吐出ヘッド装置、流体吐出装置、及び流体吐出方法
【課題】 流体吐出装置において、吐出ヘッドとサブタンクとが連通された状態でサブタンクを減圧して吐出ヘッドに負圧を印加するにあたり、サブタンクにおける急激な圧力変動に起因する吐出ヘッドのノズル表面に形成されたメニスカスの破壊を回避する。
【解決手段】 サブタンク１３とサブタンク１３を減圧する負圧発生部１９との間に、サブタンク１３を規定負圧へ到達させる際の速度を制御する負圧到達速度調整部２０を設ける。
【解決手段】 サブタンク１３とサブタンク１３を減圧する負圧発生部１９との間に、サブタンク１３を規定負圧へ到達させる際の速度を制御する負圧到達速度調整部２０を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリンタやインクジェット技術を応用した大型生産装置等の、媒体に対して流体の吐出材料を吐出して描画を行う流体吐出装置に関する。より詳細には、流体を吐出する吐出ヘッドからの吐出材料漏れを防止するために吐出ヘッドに負圧を与える負圧発生システムを採用した吐出ヘッド装置、該吐出ヘッドを搭載した流体吐出装置、及び流体吐出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、吐出ヘッドからの吐出材料の漏れを防止するために、吐出ヘッドを負圧に制御することが行われている。このように吐出ヘッドを負圧にするための負圧発生システムとしては、多孔質スポンジに吐出材料を含浸させたタンクを吐出ヘッドの直上に直結し、毛細管現象を利用して負圧を発生させる方法や、例えば特許文献１に開示されているように、収縮性を有したインク袋に引っ張りバネを取り付け、該バネがインク袋を膨張させる力を利用して負圧を発生させる方式が主流とされてきた。
【０００３】
また、大型の流体吐出装置では、吐出材料のタンクを吐出ヘッドを移動自在に搭載するキャリッジの外に設置し、吐出ヘッドと該タンクとの水頭差を利用して負圧を発生させる方式も広く用いられている。
【特許文献１】特開２００３−２６６７３４公報（公開日：平成１５年９月２４日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、大型の流体吐出装置への適用を考えた場合、毛細管現象を利用した方式では、タンク内の吐出材料の残量の大小により吐出ヘッドに対する水頭差が大きく変動するため、吐出ヘッドに対して安定した負圧が確保できない。例えば、吐出材料の残量が多すぎると、吐出ヘッドに過剰な正圧が印加されて吐出ヘッドから吐出材料が漏洩する惧れがある。また、逆に吐出材料の残量が少なすぎると、吐出ヘッドに過剰な負圧が印加されて吐出ヘッドにおけるノズル（吐出孔）表面に形成されたメニスカスが破壊され、ノズルからエアが混入して不吐出が発生する惧れがある。
【０００５】
また、上記特許文献１に記載の技術では、サブタンクに取り付けられたバネがキャリッジの移動の際に振動し、適正な負圧を維持できなくなる危険性がある。また、経時的なばね定数の低下が予想され、その結果、適正な負圧を長期にわたって維持できなくなり、定期的な部品交換が必要となる可能性がある。さらに、サブタンク内のインク残量が極端に減少した場合には、サブタンクの内圧は過剰な負圧となり、吐出ヘッドからエアが吸い込まれる結果、不吐出が発生する惧れもある。
【０００６】
また、大型の流体吐出装置で採用されている、タンクをキャリッジ外に設置する方式では、タンクから吐出ヘッドまでの吐出材料の供給系のチューブ配管が複雑となり、さらに該チューブにも吐出材料が満たされている必要があり、吐出ヘッド近傍にタンクを設置する場合に比べ、吐出材料の消費量が増すという問題がある。
【０００７】
そこで、吐出ヘッドに対して描画に必要となる吐出材料を供給する小容量で袋状のサブタンクと、該サブタンク内の吐出材料の残量が不足した際にサブタンクに吐出材料を供給する大容量のメインタンクとで構成された吐出材料の供給系において、サブタンクとメインタンクとは通常連通していない状態であり、サブタンクは吐出ヘッドとの水頭差の影響を受けないよう、タンクフル時とタンクエンプティ時での液面高さの差異をできるだけ小さくできる構成とし、サブタンクに取り付けられた負圧発生手段によりサブタンクの内圧を負圧に設定することで、常時安定した負圧を吐出ヘッドに対して確保できる構成が考えられる。
【０００８】
しかしながら、このような構成のインク供給系としても、サブタンクに対して上記負圧発生手段以外に別の系統の圧力発生系が接続されている場合、該別系統の圧力発生系により設定されていた圧力から上記負圧発生系による設定圧力へと吐出ヘッドに印加される圧力を切り替える際に、急激な圧力変動が生じることにより、吐出ヘッドのノズル表面に形成されたメニスカスが破壊され、結果としてノズルからエアを吸引し、インクの不吐出を招く可能性がある。
【０００９】
また、上記別系統の圧力発生系による圧力設定に関わり無く、電源遮断状態から電源を投入し、該負圧発生系により負圧を発生させる際にも、同様の不具合が発生する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の吐出ヘッド装置は、上記課題を解決するために、媒体に対して吐出材料を吐出する吐出ヘッドと、上記吐出ヘッドに供給する吐出材料を貯留するサブタンクと、上記サブタンクに供給する吐出材料を貯留するメインタンクと、上記サブタンクに接続され、上記サブタンクを減圧することにより上記吐出ヘッドの圧力を定められた負圧とする負圧発生手段と、上記負圧発生手段が上記吐出ヘッドの圧力を上記定められた負圧に到達させるまでの到達速度を制御する負圧到達速度調整手段とを有することを特徴としている。
【００１１】
この構成によれば、吐出ヘッドの圧力を負圧発生手段にてインク吐出に必要な定める負圧に移行させるにおいて、負圧到達速度調整部が、吐出ヘッドの圧力が定める負圧へと到達するまでの到達速度を制御するので、吐出ヘッドの圧力が急激に変化するようなことがなく、吐出ヘッドのノズル表面に形成されているメニスカスが破壊されず、インク吐出が可能な状態を作り出すことができる。
【００１２】
また、本発明の吐出ヘッド装置では、上記サブタンクに、上記サブタンクの圧力を上記負圧発生手段とは異なる圧力にする圧力発生手段が接続されている構成としてもよい。サブタンクに別の圧力発生手段が接続されている構成、特に、吐出ヘッドに対して正圧を発生させるもの接続されている場合など、吐出ヘッドの圧力を負圧発生手段にてインク吐出に必要な定める負圧に移行させるにおいて、吐出ヘッドの圧力の急激な変化が非常に起こりやすくなり、上記メニスカスの破壊が起こりやすいが、本発明の構成を採用することで、インク吐出が可能な状態を作り出すことができる。
【００１３】
また、負圧発生手段としては、負圧発生源として真空ポンプを備え、該真空ポンプにより発生した負圧を定められた負圧に調整するレギュレータを有する構成や、負圧発生源として負圧発生器を備え、該負圧発生器により発生した負圧を定められた負圧に調整するレギュレータとを有する構成等がある。
【００１４】
負圧発生源として真空ポンプを用いることにより、真空発生器を利用した場合と比べて外部入力を必要とせず、比較的簡便な構成で負圧を発生することができる。その一方で、負圧発生源として電磁切替弁を内蔵した真空発生器を用いた場合は、真空発生ポンプを使用した場合と比べて省スペース化が図れ、かつ負圧発生制御用の切替弁を途中経路に設ける必要が無いため、コストダウンおよび省スペース化が図れる。
【００１５】
また、本発明の吐出ヘッド装置では、上記負圧到達速度調整手段がスピードコントローラからなり、上記サブタンクと上記負圧発生手段との間に配置されている構成とすることができる。
【００１６】
定められた負圧への到達速度を制御する負圧到達速度調整手段としてスピードコントローラを用いることにより、比較的簡単かつ安価な構成で、複雑な制御を必要とすることなく到達速度を制御性よく調整できる。
【００１７】
また、本発明の吐出ヘッド装置では、上記負圧到達速度調整手段が電空レギュレータからなり、上記サブタンクと上記負圧発生手段との間に配置され、上記定められた負圧を複数の設定圧力に分割し、段階的に設定圧力を増加させることで上記定められた負圧への到達速度を調整する構成、さらには、上記負圧到達速度調整手段がマスフローコントローラからなり、上記サブタンクと上記負圧発生手段との間に配置されている構成とすることもできる。
【００１８】
本発明の流体吐出装置は、上記課題を解決するために、上記本発明の吐出ヘッド装置を備えていることを特徴としているので、吐出ヘッドにおけるメニスカスが破壊されず、インク吐出が可能な状態を安定して作り出すことがで、ひいては安定した描画が可能な流体吐出装置を実現することができる。
【００１９】
本発明の流体吐出方法は、上記課題を解決するために、媒体に対して吐出材料を吐出する吐出ヘッドの圧力を、上記吐出ヘッドに吐出材料を供給するタンクを負圧発生手段にて減圧することで定められた負圧に制御する流体吐出方法において、吐出ヘッドの圧力を上記定められた負圧とは異なる圧力から上記定められた負圧へと到達させるにあたり、その到達速度を制御することを特徴としている。
【００２０】
これにより、吐出ヘッドの圧力を負圧発生手段にてインク吐出に必要な定める負圧に移行させるにおいて、吐出ヘッドの圧力が定める負圧へと到達するまでの到達速度が制御されるので、吐出ヘッドの圧力が急激に変化するようなことがなく、吐出ヘッドのノズル表面に形成されているメニスカスが破壊されず、インク吐出が可能な状態を作り出すことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の吐出ヘッド装置、或いは流体吐出装置は、以上のように、負圧発生手段が上記吐出ヘッドの圧力を上記定められた負圧に到達させるまでの到達速度を制御する負圧到達速度調整手段を有しているので、吐出ヘッドの圧力が急激に変化するようなことがなく、吐出ヘッドのノズル表面に形成されているメニスカスが破壊されず、インク吐出が可能な状態を作り出すことができ、ひいては安定した描画が可能な流体吐出装置を実現することができる。
【００２２】
本発明の流体吐出方法は、以上のように、媒体に対して吐出材料を吐出する吐出ヘッドの圧力を、上記吐出ヘッドに吐出材料を供給するタンクを負圧発生手段にて減圧することで定められた負圧に制御する流体吐出方法において、吐出ヘッドの圧力を上記定められた負圧とは異なる圧力から上記定められた負圧へと到達させるにあたり、その到達速度を制御するので、吐出ヘッドの圧力が急激に変化するようなことがなく、吐出ヘッドのノズル表面に形成されているメニスカスが破壊されず、インク吐出が可能な状態を作り出すことができ、ひいては安定した描画を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施の一形態について、図１ないし図８に基づいて説明すると以下の通りである。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態の一つであるインクジェット装置等の流体吐出装置に搭載される吐出ヘッド装置１の主要な構成の概要を示す模式図である。
【００２５】
吐出ヘッド装置１では、吐出ヘッド１１が、記録媒体の記録面に対して往復移動するキャリッジ１６に搭載されている。吐出ヘッド１１は、キャリッジ１６の移動に伴って、記録媒体１０の記録面を平行に走査し、走査中に吐出材料であるインク１２の量を調節しつつ、記録媒体１０に吐出して描画を行うものである。
【００２６】
該吐出ヘッド１１には、後述するインク管２４を介してサブタンク１３が接続されている。サブタンク１３は、吐出ヘッド１１に供給するインク１２を貯留するもので、ここでは、サブタンク１３は、伸縮性を有する袋状の部材から形成されており、気密性が高く、膨張及び収縮しない構成のタンクボックス１７に格納されている。詳細については後述するが、該タンクボックス１７内の気圧が制御されることで、サブタンク１３に、吐出ヘッド１１に対する負圧を発生させたり、メインタンク１４に対する正圧を発生させたりする。また、上述したように、サブタンク１３は吐出ヘッド１１との水頭差の影響を受けないよう、タンクフル時とタンクエンプティ時での液面高さの差異をできるだけ小さくできる構成とすることが好ましい。そこで、ここでは、上記サブタンク１３の容量は小さく、メインタンク１４の容量はこれよりも大きく形成されている
サブタンク１３には、インク管２４を介してメインタンク１４が接続されている。メインタンク１４は、サブタンク１３に供給するインク１２を貯留したものである。これらサブタンク１３とメインタンク１４とは（正確にはタンクボックス１７に格納された状態のサブタンク１３とメインタンク１４とは）、吐出ヘッド１１と共に上記キャリッジ１６に搭載されており、吐出ヘッド１１と共に移動する構成となっている。
【００２７】
キャリッジ１６上においては、サブタンク１３は吐出ヘッド１１よりも高い位置に設置され、メインタンク１４はサブタンク１３よりも高い位置に設置されている。このような設置位置とすることで、メインタンク１４からサブタンク１３へのインク１２の供給、並びにサブタンク１３から吐出ヘッド１１へのインク１２の供給は、何れも水頭差を利用して行われる。
【００２８】
吐出ヘッド１１、サブタンク１３、及びメインタンク１４を繋ぐ上記インク管２４は、三方に分岐された分岐管２４ａ・２４ｂ・２４ｃからなり、分岐点には三方切替弁１５が配設されている。三方切替弁１５は、コモンポートＣＯＭ、ノーマリーオープンポートＮＯ、及びノーマリークローズポートＮＣを備えた電磁弁であり、電圧力未印加時はコモンポートＣＯＭポートとノーマリーオープンポートＮＯとが連通し、所定の電圧力（例えば２４Ｖ）印加時には、コモンポートＣＯＭとノーマリークローズポートＮＣとが連通する。
【００２９】
ノーマリークローズポートＮＣは、一端が吐出ヘッド１１に接続された分岐管２４ａの他端と接続され、コモンポートＣＯＭは、一端がサブタンク１３に接続された分岐管２４ｂの他端と接続されている。また、ノーマリーオープンポートＮＯは、一端がメインタンク１４に接続された分岐管２４ｃの他端と接続されている。
【００３０】
電源が遮断されている場合、或いは切替弁１５に所定の電圧力が印加されていない場合サブタンク１３とメインタンク１４とが連通してサブタンク１３へとインク１２が供給される。一方、切替弁１５に所定の電圧力が印加されている場合は、吐出ヘッド１１とサブタンク１３とが連通して、吐出ヘッド１１にインクが供給される。いずれにしても、分岐点にこのようなサブタンク１３との接続先を択一的に切り替える切替弁１５を設けたことで、吐出ヘッド１１とメインタンク１４とが連通することはなく、吐出ヘッド１１とメインタンク１４との水頭差がもたらす加圧成分にて吐出ヘッド１１からインク漏れが発生するようなことはない。
【００３１】
なお、上記三方切替弁１５としては、薬液用のもの用い、接液部分や、インク管２４との接続部分は、耐薬品性の高いテフロン（登録商標）樹脂で形成されていることが好ましい。また、インク管２４は、テフロン（登録商標）チューブ及び／又はカルレッツチューブで形成されていることが好ましい。
【００３２】
一方、サブタンク１３を格納する上記タンクボックス１７には、キャリッジ１６外に設けられた正圧発生部（正圧発生手段）１８と負圧発生部（負圧発生手段）１９とが、別々のたわみ管２６・２７を介して接続されている。正圧発生部１８は、たわみ管２６を介してタンクボックス１７内を加圧することによって、メインタンク１４に対する正圧をサブタンク１３に発生させる。一方、負圧発生部１９は、たわみ管２７を介してタンクボックス１７内を減圧することによって、吐出ヘッド１１に対する負圧をサブタンク１３に発生させる。これら正圧発生部１８と負圧発生部１９とは、同時に作動することは無い。
【００３３】
そして、負圧発生部１９とタンクボックス１７とを繋ぐたわみ管２７には、タンクボックス１７内が規定圧力へとなるまでの速度を調整するための負圧到達速度調整部（負圧到達速度調整手段）２０が配設されている。詳細には後述するが、このような負圧到達速度調整部２０にてタンクボックス１７内の圧力変化の速度を調整することで、吐出ヘッド１１における急激な圧力変動を抑えて、エアの吸い込みによるインク不吐出の不具合を効果的に回避できる。
【００３４】
そして、このような負圧到達速度調整部２０、正圧発生部１８、負圧発生部１９、及び三方切替弁１５は、ＣＰＵ等からなる制御部２５によって制御され、負圧到達速度調整部２０と該制御部２５とで負圧到達速度調整手段が構成され、正圧発生部１８と該制御部２５とで正圧発生手段が構成され、負圧発生部１９と該制御部２５とで負圧発生手段が構成されている。
【００３５】
上記負圧発生部１９は、上述したように、吐出ヘッド１１に対して負圧を発生させるものであるが、制御部２５は、吐出ヘッド１１からインク１２を吐出させる際など、吐出ヘッド１１に対するメンテナンスシーケンスの一部作業時を除いては、切替弁１５に所定の電圧力を印加して吐出ヘッド１１とサブタンク１３とを連結させている間、負圧発生部１９を作動させてタンクボックス１７内を減圧する。これにより、サブタンク１３に、吐出ヘッド１１とサブタンク１３との水頭差に起因する吐出ヘッド１１からのインク漏れを防止し得るだけの負圧が発生し、吐出ヘッド１１にこの負圧が付与されることで、インク漏れは起こらない。
【００３６】
この負圧についてより詳細に説明する。本実施の形態の吐出ヘッド装置１において、吐出ヘッド１１とサブタンク１３との間の水頭差は１０ｃｍである。水頭差１０ｃｍは１ｋＰａの圧力を発生させるので、仮にサブタンク１３にかかる圧力、すなわちタンクボックス１７内の圧力が大気圧と等しく、キャリッジ１６が静止している状態であれば、吐出ヘッド１１には、大気圧よりも１ｋＰａ大きい圧力がかかることになる。すなわち、吐出ヘッド１１は、外部に対して１ｋＰａ正圧になる。この１ｋＰａがインク漏れの原因となる。また、キャリッジ１６が移動している間は、キャリッジ１６の加減速によって吐出ヘッド１１がさらに大きい正圧となる場合もある。
【００３７】
そこで、吐出ヘッド装置１では、負圧発生部１９がサブタンク１３に負圧を発生させることにより、この水頭差及びキャリッジ１６の加減速による正圧を打ち消している。具体的には、負圧発生部１９は、気密性の高いタンクボックス１７内を減圧している。減圧の際の圧力は、サブタンク１３と吐出ヘッド１１との間の水頭差によって発生する圧力及びキャリッジ１６の走査時の加減速に伴う圧力を考慮した圧力である。吐出ヘッド装置１では、水頭差による圧力が１ｋＰａであるので、キャリッジ１６の移動に伴う圧力変化を考慮して、さらに１ｋＰａ加えた２ｋＰａで減圧している。これにより、吐出ヘッド１１は、サブタンク１３との間の水頭差や、キャリッジ１６の加減速に伴う圧力変化に打ち勝し、吐出ヘッドを安定的に負圧に保つことができる。
【００３８】
上記負圧発生部１９の一構成例を図２に示す。図２に示す負圧発生部１９Ａは、負圧発生源としての真空ポンプ２１により負圧を発生させ、発生した負圧を、真空ポンプ２１とサブタンク１３が格納されたタンクボックス１７との間に接続されたレギュレータ２２により所望の圧力に調整するようになっている。また、真空ポンプ２１とタンクボックス１７との間には、タンクボックス１７を減圧するか否かを制御する二方の切替弁２３が配設されている。切替弁２３は制御部２５の制御のもと、電源遮断時、もしくは所定の電圧力が印加されていない状態では、タンクボックス１７を減圧せず、所定の電圧力が印加されると、タンクボックス１７を減圧する。なお、図では、切替弁２３をレギュレータ２２とタンクボックス１７との間に配しているが、もちろん、レギュレータ２２と真空ポンプ２１との間に切替弁２３を設けてもよい。
【００３９】
また、図３に、上記負圧発生部１９の別の一構成例を示す。負圧発生部１９Ｂは、負圧発生源として圧力縮空気の供給により真空を生成する真空発生器３０を用いて負圧を発生させ、発生した負圧を、真空ポンプ２１とサブタンク１３が格納されたタンクボックス１７との間に接続されたレギュレータ２２により所望の圧力に調整するようになっている。制御部２５によるタンクボックス１７を減圧するか否かの制御は、真空発生器３０に内蔵された電磁切替弁により行うものであり、電源遮断時、もしくは所定の電圧力が印加されていない状態では、タンクボックス１７を減圧せず、所定の電圧力が印加されると、タンクボックス１７を減圧する。なお、真空発生器３０に内蔵された電磁切替弁によりタンクボックス１７を減圧するか否かの制御を行う代わりに、真空発生器３０の電磁切替弁は機能させず（常時開の設定とし）、レギュレータ２２とタンクボックス１７との間に、或いはレギュレータ２２と真空発生器３０との間に、図２の負圧発生部１９Ａと同様に、二方の切替弁を接続してもよい。
【００４０】
負圧発生源として真空ポンプ２１を用いることにより、真空発生器３０を利用した場合と比べて外部入力を必要とせず、比較的簡便な構成で負圧を発生することができる。一方で、負圧発生源として電磁切替弁を内蔵した真空発生器３０を用いた場合は、真空ポンプ２１を使用した場合と比べて省スペース化が図れ、かつ負圧発生制御用の切替弁２３を途中経路に設ける必要が無いため、コストダウンおよび省スペース化が図れる。
【００４１】
一方、正圧発生部１８は、サブタンク１３内の過剰なインクをメインタンク１４に戻すために用いられる。切替弁１５の印加電圧力が遮断されてサブタンク１３とメインタンク１４とが連通すると、メインタンク１４からサブタンク１３ヘと水頭差によりインク１２が供給され、サブタンク１３が満たされる。しかしながら、このとき、サブタンク１３内のインク量が過剰なまま、吐出ヘッド１１とサブタンク１３とを連通すると、吐出ヘッド１１に対して過剰な正圧が印加されてしまい、吐出ヘッド１１のノズル面からのインク漏れや異常なインク吐出が起こる。
【００４２】
そこで、制御部２５は、サブタンク１３が満杯となった状態で、正圧発生部１８を作動させてサブタンク１３を加圧することにより、サブタンク１３内のインク１２をメインタンク１４に一部（所定量）戻す。これにより、サブタンク１３内のインク量が過剰であるがための吐出ヘッド１１のノズル面からのインク漏れや異常なインク吐出を回避することができる。
【００４３】
また、正圧発生部１８は、吐出ヘッド１１のノズル面からインク１２を排出するために用いられる。吐出ヘッド１１のノズル内にエアやダストがつまると、インク１２の不吐出や記録媒体１０に対する着弾ずれが発生する。このような不具合を回避するためには、吐出ヘッド１１のノズル内のエアやダストを排出する回復作業が必要である。回復作業にあたり、制御部２５は、負圧発生部１９によるサブタンク１３の減圧作業を停止し、切替弁１５は電圧力を印加したままとして吐出ヘッド１１とサブタンク１３とを連結させた状態を保ち、ここで正圧発生部１８によりサブタンク１３を加圧する。これにより、吐出ヘッド１１のノズルよりインクが排出され、ノズル内のエアやダストを同時に排出することができる。
【００４４】
ところで、上記構成においては、描画工程や、その他の各工程に応じて正圧発生部１８及び負圧発生部１９によりサブタンク１３の内圧を変化させるが、ここで、吐出ヘッド１１の圧力を、インク吐出時、その他待機時に設定する定められた負圧である規定負圧にその他の圧力から復帰させる際、その到達速度を制御することが、吐出ヘッド１１からインク１２を正常かつ安定して吐出させる上で非常に重要となることが判明した。これは、負圧発生部１９によりサブタンク１３を規定負圧に復帰させる際に、到達速度を制御する手段を導入せずに流量が過剰となった場合、メニスカスに急激な圧力変動が生じ、これによりメニスカスが瞬間的に破壊されるため、ノズルよりエアが混入する恐れがあるためである。
【００４５】
そのため、上記吐出ヘッド装置１では、負圧発生部１９により発生する規定負圧への到達速度を制御する負圧到達速度調整部２０が設けられており、以下、この負圧到達速度調整部２０について詳細に説明する。
【００４６】
図４に、タンクボックス１７と負圧発生部１９との間に、規定負圧への到達速度を制御する負圧到達速度調整部２０としてニードル弁タイプのスピードコントローラ４０が接続されているインク供給系の概要を示す。スピードコントローラ４０は、図５に示すように、ニードルの回転数に応じて気体流量がリニアに変化する特性を有しており、規定圧力への到達速度を制御性良く調整できるものである。なおスピードコントローラ４０は、同一ニードル回転数でも到達圧力によって気体流量が異なる特性を有しており、到達圧力が高くなるほど同一回転数における流量は多くなる。従って、図５における複数ラインは複数の到達圧力におけるニードル回転数と気体流量との相関を示している。
【００４７】
ここで、制御部２５の制御の下に行われる実際の到達速度の制御シーケンスについて説明する。制御部２５は、吐出ヘッド１１とサブタンク１３とが連通されている状態で、正圧発生部１８にてサブタンク１３が加圧されている状態から（例えばノズルの清掃）、サブタンク１３が負圧発生部１９にて減圧されている状態へと移行（復帰）する際には、正圧発生部１８によるサブタンク１３の加圧作業を停止し、次に負圧発生部１９により発生した負圧に対し、スピードコントローラ４０を用いて気体流量を調整し、サブタンク１３に印加される規定負圧への到達速度を抑える。これにより、吐出ヘッド１１に対して急激な負圧がかかることを抑え、吐出ヘッド１１のノズル表面に形成されているメニスカスを破壊することなく、インク吐出が可能な状態を作り出すことができる。
【００４８】
また、図６に、タンクボックス１７と負圧発生部１９との間に、規定負圧への到達速度を制御する負圧到達速度調整部２０として電空レギュレータ６０を組み込んだ吐出ヘッド装置１のインク供給系の概要を示す。電空レギュレータ６０は、図７に示すように、入力信号電圧力に応じて制御圧力がリニアに変化する特性を有している。ここでは、入力信号を２５６段階で制御できるシステムを適用しており、予め、規定圧力を発生させるのに必要となる電空レギュレータ６０の入力信号に対して設定値を多段階に分割しておき、複数の設定値を準備しておく。
【００４９】
制御部２５の制御の下に行われる実際の到達速度の制御シーケンスについて説明する。制御部２５は、吐出ヘッド１１とサブタンク１３とが連通されている状態で、正圧発生部１８によるサブタンク１３が加圧されている状態から（例えばノズルの清掃）、サブタンク１３が負圧発生部１９にて減圧されている状態へと移行（復帰）する際には、正圧発生部１８によるサブタンク１３の加圧作業を停止する。次に負圧発生部１９により発生した負圧に対し、電空レギュレータ６０を用いて図８に示すように、予め分割しておいた設定値を分割番号１で設定された信号から順次入力していく。分割番号１０で設定された信号が入力された時点で、サブタンク１３が規定の圧力まで減圧される。これにより、急激な負圧の発生を抑え、吐出ヘッド１１のノズル表面に形成されているメニスカスを破壊することなく、インク吐出が可能な状態を作り出すことができる。
【００５０】
また、スピードコントローラ４０や電空レギュレータ６０の替わりに、流量制御に広く用いられている図示しないマスフローコントローラを使用することでも、同様の効果を得ることができる。マスフローコントローラとは、小型の熱式質量流量計をコントローラおよび制御弁と一体化し、それ自体で流量を一定の値に制御する制御機器である。ここで熱式質量流量計とは、金属細管にヒータを巻きつけ、その両側に温度センサを配置したもので、流体が流れていないときはヒータの熱が両側に均等に伝わり、両方のセンサの出力はバランスが取れるが、流体が流れると上流側センサは冷えて出力が下がり、下流側は逆に上がって、出力バランスが崩れることから、この崩れる度合いを流体の流量に換算するものである。
【００５１】
なお、ここでは、サブタンク１３を加圧状態から負圧状態へと移行させる際の圧力切替えについてのみ説明してきたが、例えば、電源遮断状態から電源を投入し、サブタンク１３に対して負圧を発生させる際にも同様の段階的に圧力が変化していくような制御を行うようになっており、これにより、常圧のサブタンク１３が負圧状態へと移行される際にも、上記した急激な負圧による吐出ヘッド１１のメニスカス破壊を回避することができる。
【００５２】
なお、本発明は、換言すれば以下のように表現することもできる。つまり、本発明は、インクジェット装置であって、記録媒体に対してインクを吐出する吐出ヘッドと、所定容量のインクを貯留し、上記吐出ヘッドに印字に使用するインクを供給する小容量のサブタンクと、上記サブタンクにインクを充填する大容量のメインタンクと、上記サブタンクに接続され、少なくとも二種類以上の異なる設定圧力を印加する上記吐出ヘッドの圧力発生機構とを有したインクジェット記録装置において、上記複数の圧力発生機構のうち少なくとも一つは上記サブタンクに接続され、上記サブタンクを減圧することにより上記吐出ヘッドに対して規定の負圧を発生させる負圧発生手段であり、上記負圧発生手段以外の上記圧力発生機構により上記吐出ヘッドに印加されていた或る設定圧力から上記規定の負圧に変化させる際に、上記負圧発生手段と上記サブタンクとの間に設けられた調整機構により規定圧力への到達速度を制御することを特徴としている。
【００５３】
上記構成において、上記負圧発生手段には、負圧発生源として真空ポンプと、上記真空ポンプにより発生した負圧を規定の圧力に調整するレギュレータとを有することを特徴とすることもできる。
【００５４】
或いは、上記構成において、上記負圧発生手段には、負圧発生源として負圧発生器と、上記負圧発生器により発生した負圧を規定の圧力に調整するレギュレータとを有することを特徴とすることもできる。
【００５５】
また、上記構成において、上記負圧発生手段と上記サブタンクとの間に設けられた上記調整機構としてスピードコントローラを用い、上記スピードコントローラは上記インクタンクと上記レギュレータとの間に配置することを特徴とすることもできる。
【００５６】
また、上記構成において、上記負圧発生手段と上記サブタンクとの間に設けられた上記調整機構として電空レギュレータを用い、上記電空レギュレータは上記インクタンクと上記レギュレータとの間に配置し、上記規定の負圧を複数設定圧力に分割し、段階的に圧力を増加させることを特徴とすることもできる。
【００５７】
また、上記構成において、上記負圧発生手段と上記サブタンクとの間に設けられた上記調整機構としてマスフローコントローラを用い、上記マスフローコントローラは上記インクタンクと上記レギュレータとの間に配置することを特徴とすることもできる。
【００５８】
また、本発明は、インクジェット記録装置の負圧調整機構であって、記録媒体に対してインクを吐出する吐出ヘッドと、所定容量のインクを貯留し、上記吐出ヘッドに印字に使用するインクを供給する小容量のサブタンクと、上記サブタンクにインクを充填する大容量のメインタンクと、上記サブタンクに接続され、少なくとも二種類以上の異なる設定圧力を印加する上記吐出ヘッドの圧力発生機構とを有し、上記複数の圧力発生機構のうち少なくとも一つは上記サブタンクに接続され、上記サブタンクを減圧することにより上記吐出ヘッドに対して規定の負圧を発生させる負圧発生手段であり、上記規定の負圧を発生させる際に、到達速度を制御できるインクジェット記録装置の負圧調整機構であって、上記負圧発生手段以外の上記圧力発生機構により上記吐出ヘッドに印加されていた或る設定圧力から上記規定の負圧に変化させる際に、上記負圧発生手段と上記サブタンクとの間に設けられた調整機構により規定圧力への到達速度を制御することを特徴としている。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、紙等の記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置や、流体吐出方式の生産装置等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の一形態に係る流体吐出装置に搭載された吐出ヘッド装置の構成を示す模式図である。
【図２】上記吐出ヘッド装置における負圧発生部の一構成例を示す模式図である。
【図３】上記吐出ヘッド装置における負圧発生部の他の構成例を示す模式図である。
【図４】上記吐出ヘッド装置における負圧到達速度を調整する調整部としてスピードコントローラを使用したインク供給系の構成を示す模式図である。
【図５】上記スピードコントローラの流量特性を示す図である。
【図６】上記吐出ヘッド装置における負圧到達速度を調整する調整部として、電空レギュレータを使用したインク供給系の構成を示す模式図である。
【図７】上記電空レギュレータの入力信号と制御圧力との相関を示す図である。
【図８】本実施例に用いた電空レギュレータによる多段階圧力制御方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 吐出ヘッド装置
１１ 吐出ヘッド
１２ インク（吐出材料）
１３ サブタンク
１４ メインタンク
１５ 三方切替弁
１８ 正圧発生部
１９ 負圧発生部
１９Ａ 負圧発生部
１９Ｂ 負圧発生部
２０ 負圧到達速度調整部
２１ 真空ポンプ
２２ レギュレータ
３０ 真空発生器
４０ スピードコントローラ
６０ 電空レギュレータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクジェットプリンタやインクジェット技術を応用した大型生産装置等の、媒体に対して流体の吐出材料を吐出して描画を行う流体吐出装置に関する。より詳細には、流体を吐出する吐出ヘッドからの吐出材料漏れを防止するために吐出ヘッドに負圧を与える負圧発生システムを採用した吐出ヘッド装置、該吐出ヘッドを搭載した流体吐出装置、及び流体吐出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、吐出ヘッドからの吐出材料の漏れを防止するために、吐出ヘッドを負圧に制御することが行われている。このように吐出ヘッドを負圧にするための負圧発生システムとしては、多孔質スポンジに吐出材料を含浸させたタンクを吐出ヘッドの直上に直結し、毛細管現象を利用して負圧を発生させる方法や、例えば特許文献１に開示されているように、収縮性を有したインク袋に引っ張りバネを取り付け、該バネがインク袋を膨張させる力を利用して負圧を発生させる方式が主流とされてきた。
【０００３】
また、大型の流体吐出装置では、吐出材料のタンクを吐出ヘッドを移動自在に搭載するキャリッジの外に設置し、吐出ヘッドと該タンクとの水頭差を利用して負圧を発生させる方式も広く用いられている。
【特許文献１】特開２００３−２６６７３４公報（公開日：平成１５年９月２４日）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、大型の流体吐出装置への適用を考えた場合、毛細管現象を利用した方式では、タンク内の吐出材料の残量の大小により吐出ヘッドに対する水頭差が大きく変動するため、吐出ヘッドに対して安定した負圧が確保できない。例えば、吐出材料の残量が多すぎると、吐出ヘッドに過剰な正圧が印加されて吐出ヘッドから吐出材料が漏洩する惧れがある。また、逆に吐出材料の残量が少なすぎると、吐出ヘッドに過剰な負圧が印加されて吐出ヘッドにおけるノズル（吐出孔）表面に形成されたメニスカスが破壊され、ノズルからエアが混入して不吐出が発生する惧れがある。
【０００５】
また、上記特許文献１に記載の技術では、サブタンクに取り付けられたバネがキャリッジの移動の際に振動し、適正な負圧を維持できなくなる危険性がある。また、経時的なばね定数の低下が予想され、その結果、適正な負圧を長期にわたって維持できなくなり、定期的な部品交換が必要となる可能性がある。さらに、サブタンク内のインク残量が極端に減少した場合には、サブタンクの内圧は過剰な負圧となり、吐出ヘッドからエアが吸い込まれる結果、不吐出が発生する惧れもある。
【０００６】
また、大型の流体吐出装置で採用されている、タンクをキャリッジ外に設置する方式では、タンクから吐出ヘッドまでの吐出材料の供給系のチューブ配管が複雑となり、さらに該チューブにも吐出材料が満たされている必要があり、吐出ヘッド近傍にタンクを設置する場合に比べ、吐出材料の消費量が増すという問題がある。
【０００７】
そこで、吐出ヘッドに対して描画に必要となる吐出材料を供給する小容量で袋状のサブタンクと、該サブタンク内の吐出材料の残量が不足した際にサブタンクに吐出材料を供給する大容量のメインタンクとで構成された吐出材料の供給系において、サブタンクとメインタンクとは通常連通していない状態であり、サブタンクは吐出ヘッドとの水頭差の影響を受けないよう、タンクフル時とタンクエンプティ時での液面高さの差異をできるだけ小さくできる構成とし、サブタンクに取り付けられた負圧発生手段によりサブタンクの内圧を負圧に設定することで、常時安定した負圧を吐出ヘッドに対して確保できる構成が考えられる。
【０００８】
しかしながら、このような構成のインク供給系としても、サブタンクに対して上記負圧発生手段以外に別の系統の圧力発生系が接続されている場合、該別系統の圧力発生系により設定されていた圧力から上記負圧発生系による設定圧力へと吐出ヘッドに印加される圧力を切り替える際に、急激な圧力変動が生じることにより、吐出ヘッドのノズル表面に形成されたメニスカスが破壊され、結果としてノズルからエアを吸引し、インクの不吐出を招く可能性がある。
【０００９】
また、上記別系統の圧力発生系による圧力設定に関わり無く、電源遮断状態から電源を投入し、該負圧発生系により負圧を発生させる際にも、同様の不具合が発生する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の吐出ヘッド装置は、上記課題を解決するために、媒体に対して吐出材料を吐出する吐出ヘッドと、上記吐出ヘッドに供給する吐出材料を貯留するサブタンクと、上記サブタンクに供給する吐出材料を貯留するメインタンクと、上記サブタンクに接続され、上記サブタンクを減圧することにより上記吐出ヘッドの圧力を定められた負圧とする負圧発生手段と、上記負圧発生手段が上記吐出ヘッドの圧力を上記定められた負圧に到達させるまでの到達速度を制御する負圧到達速度調整手段とを有することを特徴としている。
【００１１】
この構成によれば、吐出ヘッドの圧力を負圧発生手段にてインク吐出に必要な定める負圧に移行させるにおいて、負圧到達速度調整部が、吐出ヘッドの圧力が定める負圧へと到達するまでの到達速度を制御するので、吐出ヘッドの圧力が急激に変化するようなことがなく、吐出ヘッドのノズル表面に形成されているメニスカスが破壊されず、インク吐出が可能な状態を作り出すことができる。
【００１２】
また、本発明の吐出ヘッド装置では、上記サブタンクに、上記サブタンクの圧力を上記負圧発生手段とは異なる圧力にする圧力発生手段が接続されている構成としてもよい。サブタンクに別の圧力発生手段が接続されている構成、特に、吐出ヘッドに対して正圧を発生させるもの接続されている場合など、吐出ヘッドの圧力を負圧発生手段にてインク吐出に必要な定める負圧に移行させるにおいて、吐出ヘッドの圧力の急激な変化が非常に起こりやすくなり、上記メニスカスの破壊が起こりやすいが、本発明の構成を採用することで、インク吐出が可能な状態を作り出すことができる。
【００１３】
また、負圧発生手段としては、負圧発生源として真空ポンプを備え、該真空ポンプにより発生した負圧を定められた負圧に調整するレギュレータを有する構成や、負圧発生源として負圧発生器を備え、該負圧発生器により発生した負圧を定められた負圧に調整するレギュレータとを有する構成等がある。
【００１４】
負圧発生源として真空ポンプを用いることにより、真空発生器を利用した場合と比べて外部入力を必要とせず、比較的簡便な構成で負圧を発生することができる。その一方で、負圧発生源として電磁切替弁を内蔵した真空発生器を用いた場合は、真空発生ポンプを使用した場合と比べて省スペース化が図れ、かつ負圧発生制御用の切替弁を途中経路に設ける必要が無いため、コストダウンおよび省スペース化が図れる。
【００１５】
また、本発明の吐出ヘッド装置では、上記負圧到達速度調整手段がスピードコントローラからなり、上記サブタンクと上記負圧発生手段との間に配置されている構成とすることができる。
【００１６】
定められた負圧への到達速度を制御する負圧到達速度調整手段としてスピードコントローラを用いることにより、比較的簡単かつ安価な構成で、複雑な制御を必要とすることなく到達速度を制御性よく調整できる。
【００１７】
また、本発明の吐出ヘッド装置では、上記負圧到達速度調整手段が電空レギュレータからなり、上記サブタンクと上記負圧発生手段との間に配置され、上記定められた負圧を複数の設定圧力に分割し、段階的に設定圧力を増加させることで上記定められた負圧への到達速度を調整する構成、さらには、上記負圧到達速度調整手段がマスフローコントローラからなり、上記サブタンクと上記負圧発生手段との間に配置されている構成とすることもできる。
【００１８】
本発明の流体吐出装置は、上記課題を解決するために、上記本発明の吐出ヘッド装置を備えていることを特徴としているので、吐出ヘッドにおけるメニスカスが破壊されず、インク吐出が可能な状態を安定して作り出すことがで、ひいては安定した描画が可能な流体吐出装置を実現することができる。
【００１９】
本発明の流体吐出方法は、上記課題を解決するために、媒体に対して吐出材料を吐出する吐出ヘッドの圧力を、上記吐出ヘッドに吐出材料を供給するタンクを負圧発生手段にて減圧することで定められた負圧に制御する流体吐出方法において、吐出ヘッドの圧力を上記定められた負圧とは異なる圧力から上記定められた負圧へと到達させるにあたり、その到達速度を制御することを特徴としている。
【００２０】
これにより、吐出ヘッドの圧力を負圧発生手段にてインク吐出に必要な定める負圧に移行させるにおいて、吐出ヘッドの圧力が定める負圧へと到達するまでの到達速度が制御されるので、吐出ヘッドの圧力が急激に変化するようなことがなく、吐出ヘッドのノズル表面に形成されているメニスカスが破壊されず、インク吐出が可能な状態を作り出すことができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の吐出ヘッド装置、或いは流体吐出装置は、以上のように、負圧発生手段が上記吐出ヘッドの圧力を上記定められた負圧に到達させるまでの到達速度を制御する負圧到達速度調整手段を有しているので、吐出ヘッドの圧力が急激に変化するようなことがなく、吐出ヘッドのノズル表面に形成されているメニスカスが破壊されず、インク吐出が可能な状態を作り出すことができ、ひいては安定した描画が可能な流体吐出装置を実現することができる。
【００２２】
本発明の流体吐出方法は、以上のように、媒体に対して吐出材料を吐出する吐出ヘッドの圧力を、上記吐出ヘッドに吐出材料を供給するタンクを負圧発生手段にて減圧することで定められた負圧に制御する流体吐出方法において、吐出ヘッドの圧力を上記定められた負圧とは異なる圧力から上記定められた負圧へと到達させるにあたり、その到達速度を制御するので、吐出ヘッドの圧力が急激に変化するようなことがなく、吐出ヘッドのノズル表面に形成されているメニスカスが破壊されず、インク吐出が可能な状態を作り出すことができ、ひいては安定した描画を可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の実施の一形態について、図１ないし図８に基づいて説明すると以下の通りである。
【００２４】
図１は、本発明の実施の形態の一つであるインクジェット装置等の流体吐出装置に搭載される吐出ヘッド装置１の主要な構成の概要を示す模式図である。
【００２５】
吐出ヘッド装置１では、吐出ヘッド１１が、記録媒体の記録面に対して往復移動するキャリッジ１６に搭載されている。吐出ヘッド１１は、キャリッジ１６の移動に伴って、記録媒体１０の記録面を平行に走査し、走査中に吐出材料であるインク１２の量を調節しつつ、記録媒体１０に吐出して描画を行うものである。
【００２６】
該吐出ヘッド１１には、後述するインク管２４を介してサブタンク１３が接続されている。サブタンク１３は、吐出ヘッド１１に供給するインク１２を貯留するもので、ここでは、サブタンク１３は、伸縮性を有する袋状の部材から形成されており、気密性が高く、膨張及び収縮しない構成のタンクボックス１７に格納されている。詳細については後述するが、該タンクボックス１７内の気圧が制御されることで、サブタンク１３に、吐出ヘッド１１に対する負圧を発生させたり、メインタンク１４に対する正圧を発生させたりする。また、上述したように、サブタンク１３は吐出ヘッド１１との水頭差の影響を受けないよう、タンクフル時とタンクエンプティ時での液面高さの差異をできるだけ小さくできる構成とすることが好ましい。そこで、ここでは、上記サブタンク１３の容量は小さく、メインタンク１４の容量はこれよりも大きく形成されている
サブタンク１３には、インク管２４を介してメインタンク１４が接続されている。メインタンク１４は、サブタンク１３に供給するインク１２を貯留したものである。これらサブタンク１３とメインタンク１４とは（正確にはタンクボックス１７に格納された状態のサブタンク１３とメインタンク１４とは）、吐出ヘッド１１と共に上記キャリッジ１６に搭載されており、吐出ヘッド１１と共に移動する構成となっている。
【００２７】
キャリッジ１６上においては、サブタンク１３は吐出ヘッド１１よりも高い位置に設置され、メインタンク１４はサブタンク１３よりも高い位置に設置されている。このような設置位置とすることで、メインタンク１４からサブタンク１３へのインク１２の供給、並びにサブタンク１３から吐出ヘッド１１へのインク１２の供給は、何れも水頭差を利用して行われる。
【００２８】
吐出ヘッド１１、サブタンク１３、及びメインタンク１４を繋ぐ上記インク管２４は、三方に分岐された分岐管２４ａ・２４ｂ・２４ｃからなり、分岐点には三方切替弁１５が配設されている。三方切替弁１５は、コモンポートＣＯＭ、ノーマリーオープンポートＮＯ、及びノーマリークローズポートＮＣを備えた電磁弁であり、電圧力未印加時はコモンポートＣＯＭポートとノーマリーオープンポートＮＯとが連通し、所定の電圧力（例えば２４Ｖ）印加時には、コモンポートＣＯＭとノーマリークローズポートＮＣとが連通する。
【００２９】
ノーマリークローズポートＮＣは、一端が吐出ヘッド１１に接続された分岐管２４ａの他端と接続され、コモンポートＣＯＭは、一端がサブタンク１３に接続された分岐管２４ｂの他端と接続されている。また、ノーマリーオープンポートＮＯは、一端がメインタンク１４に接続された分岐管２４ｃの他端と接続されている。
【００３０】
電源が遮断されている場合、或いは切替弁１５に所定の電圧力が印加されていない場合サブタンク１３とメインタンク１４とが連通してサブタンク１３へとインク１２が供給される。一方、切替弁１５に所定の電圧力が印加されている場合は、吐出ヘッド１１とサブタンク１３とが連通して、吐出ヘッド１１にインクが供給される。いずれにしても、分岐点にこのようなサブタンク１３との接続先を択一的に切り替える切替弁１５を設けたことで、吐出ヘッド１１とメインタンク１４とが連通することはなく、吐出ヘッド１１とメインタンク１４との水頭差がもたらす加圧成分にて吐出ヘッド１１からインク漏れが発生するようなことはない。
【００３１】
なお、上記三方切替弁１５としては、薬液用のもの用い、接液部分や、インク管２４との接続部分は、耐薬品性の高いテフロン（登録商標）樹脂で形成されていることが好ましい。また、インク管２４は、テフロン（登録商標）チューブ及び／又はカルレッツチューブで形成されていることが好ましい。
【００３２】
一方、サブタンク１３を格納する上記タンクボックス１７には、キャリッジ１６外に設けられた正圧発生部（正圧発生手段）１８と負圧発生部（負圧発生手段）１９とが、別々のたわみ管２６・２７を介して接続されている。正圧発生部１８は、たわみ管２６を介してタンクボックス１７内を加圧することによって、メインタンク１４に対する正圧をサブタンク１３に発生させる。一方、負圧発生部１９は、たわみ管２７を介してタンクボックス１７内を減圧することによって、吐出ヘッド１１に対する負圧をサブタンク１３に発生させる。これら正圧発生部１８と負圧発生部１９とは、同時に作動することは無い。
【００３３】
そして、負圧発生部１９とタンクボックス１７とを繋ぐたわみ管２７には、タンクボックス１７内が規定圧力へとなるまでの速度を調整するための負圧到達速度調整部（負圧到達速度調整手段）２０が配設されている。詳細には後述するが、このような負圧到達速度調整部２０にてタンクボックス１７内の圧力変化の速度を調整することで、吐出ヘッド１１における急激な圧力変動を抑えて、エアの吸い込みによるインク不吐出の不具合を効果的に回避できる。
【００３４】
そして、このような負圧到達速度調整部２０、正圧発生部１８、負圧発生部１９、及び三方切替弁１５は、ＣＰＵ等からなる制御部２５によって制御され、負圧到達速度調整部２０と該制御部２５とで負圧到達速度調整手段が構成され、正圧発生部１８と該制御部２５とで正圧発生手段が構成され、負圧発生部１９と該制御部２５とで負圧発生手段が構成されている。
【００３５】
上記負圧発生部１９は、上述したように、吐出ヘッド１１に対して負圧を発生させるものであるが、制御部２５は、吐出ヘッド１１からインク１２を吐出させる際など、吐出ヘッド１１に対するメンテナンスシーケンスの一部作業時を除いては、切替弁１５に所定の電圧力を印加して吐出ヘッド１１とサブタンク１３とを連結させている間、負圧発生部１９を作動させてタンクボックス１７内を減圧する。これにより、サブタンク１３に、吐出ヘッド１１とサブタンク１３との水頭差に起因する吐出ヘッド１１からのインク漏れを防止し得るだけの負圧が発生し、吐出ヘッド１１にこの負圧が付与されることで、インク漏れは起こらない。
【００３６】
この負圧についてより詳細に説明する。本実施の形態の吐出ヘッド装置１において、吐出ヘッド１１とサブタンク１３との間の水頭差は１０ｃｍである。水頭差１０ｃｍは１ｋＰａの圧力を発生させるので、仮にサブタンク１３にかかる圧力、すなわちタンクボックス１７内の圧力が大気圧と等しく、キャリッジ１６が静止している状態であれば、吐出ヘッド１１には、大気圧よりも１ｋＰａ大きい圧力がかかることになる。すなわち、吐出ヘッド１１は、外部に対して１ｋＰａ正圧になる。この１ｋＰａがインク漏れの原因となる。また、キャリッジ１６が移動している間は、キャリッジ１６の加減速によって吐出ヘッド１１がさらに大きい正圧となる場合もある。
【００３７】
そこで、吐出ヘッド装置１では、負圧発生部１９がサブタンク１３に負圧を発生させることにより、この水頭差及びキャリッジ１６の加減速による正圧を打ち消している。具体的には、負圧発生部１９は、気密性の高いタンクボックス１７内を減圧している。減圧の際の圧力は、サブタンク１３と吐出ヘッド１１との間の水頭差によって発生する圧力及びキャリッジ１６の走査時の加減速に伴う圧力を考慮した圧力である。吐出ヘッド装置１では、水頭差による圧力が１ｋＰａであるので、キャリッジ１６の移動に伴う圧力変化を考慮して、さらに１ｋＰａ加えた２ｋＰａで減圧している。これにより、吐出ヘッド１１は、サブタンク１３との間の水頭差や、キャリッジ１６の加減速に伴う圧力変化に打ち勝し、吐出ヘッドを安定的に負圧に保つことができる。
【００３８】
上記負圧発生部１９の一構成例を図２に示す。図２に示す負圧発生部１９Ａは、負圧発生源としての真空ポンプ２１により負圧を発生させ、発生した負圧を、真空ポンプ２１とサブタンク１３が格納されたタンクボックス１７との間に接続されたレギュレータ２２により所望の圧力に調整するようになっている。また、真空ポンプ２１とタンクボックス１７との間には、タンクボックス１７を減圧するか否かを制御する二方の切替弁２３が配設されている。切替弁２３は制御部２５の制御のもと、電源遮断時、もしくは所定の電圧力が印加されていない状態では、タンクボックス１７を減圧せず、所定の電圧力が印加されると、タンクボックス１７を減圧する。なお、図では、切替弁２３をレギュレータ２２とタンクボックス１７との間に配しているが、もちろん、レギュレータ２２と真空ポンプ２１との間に切替弁２３を設けてもよい。
【００３９】
また、図３に、上記負圧発生部１９の別の一構成例を示す。負圧発生部１９Ｂは、負圧発生源として圧力縮空気の供給により真空を生成する真空発生器３０を用いて負圧を発生させ、発生した負圧を、真空ポンプ２１とサブタンク１３が格納されたタンクボックス１７との間に接続されたレギュレータ２２により所望の圧力に調整するようになっている。制御部２５によるタンクボックス１７を減圧するか否かの制御は、真空発生器３０に内蔵された電磁切替弁により行うものであり、電源遮断時、もしくは所定の電圧力が印加されていない状態では、タンクボックス１７を減圧せず、所定の電圧力が印加されると、タンクボックス１７を減圧する。なお、真空発生器３０に内蔵された電磁切替弁によりタンクボックス１７を減圧するか否かの制御を行う代わりに、真空発生器３０の電磁切替弁は機能させず（常時開の設定とし）、レギュレータ２２とタンクボックス１７との間に、或いはレギュレータ２２と真空発生器３０との間に、図２の負圧発生部１９Ａと同様に、二方の切替弁を接続してもよい。
【００４０】
負圧発生源として真空ポンプ２１を用いることにより、真空発生器３０を利用した場合と比べて外部入力を必要とせず、比較的簡便な構成で負圧を発生することができる。一方で、負圧発生源として電磁切替弁を内蔵した真空発生器３０を用いた場合は、真空ポンプ２１を使用した場合と比べて省スペース化が図れ、かつ負圧発生制御用の切替弁２３を途中経路に設ける必要が無いため、コストダウンおよび省スペース化が図れる。
【００４１】
一方、正圧発生部１８は、サブタンク１３内の過剰なインクをメインタンク１４に戻すために用いられる。切替弁１５の印加電圧力が遮断されてサブタンク１３とメインタンク１４とが連通すると、メインタンク１４からサブタンク１３ヘと水頭差によりインク１２が供給され、サブタンク１３が満たされる。しかしながら、このとき、サブタンク１３内のインク量が過剰なまま、吐出ヘッド１１とサブタンク１３とを連通すると、吐出ヘッド１１に対して過剰な正圧が印加されてしまい、吐出ヘッド１１のノズル面からのインク漏れや異常なインク吐出が起こる。
【００４２】
そこで、制御部２５は、サブタンク１３が満杯となった状態で、正圧発生部１８を作動させてサブタンク１３を加圧することにより、サブタンク１３内のインク１２をメインタンク１４に一部（所定量）戻す。これにより、サブタンク１３内のインク量が過剰であるがための吐出ヘッド１１のノズル面からのインク漏れや異常なインク吐出を回避することができる。
【００４３】
また、正圧発生部１８は、吐出ヘッド１１のノズル面からインク１２を排出するために用いられる。吐出ヘッド１１のノズル内にエアやダストがつまると、インク１２の不吐出や記録媒体１０に対する着弾ずれが発生する。このような不具合を回避するためには、吐出ヘッド１１のノズル内のエアやダストを排出する回復作業が必要である。回復作業にあたり、制御部２５は、負圧発生部１９によるサブタンク１３の減圧作業を停止し、切替弁１５は電圧力を印加したままとして吐出ヘッド１１とサブタンク１３とを連結させた状態を保ち、ここで正圧発生部１８によりサブタンク１３を加圧する。これにより、吐出ヘッド１１のノズルよりインクが排出され、ノズル内のエアやダストを同時に排出することができる。
【００４４】
ところで、上記構成においては、描画工程や、その他の各工程に応じて正圧発生部１８及び負圧発生部１９によりサブタンク１３の内圧を変化させるが、ここで、吐出ヘッド１１の圧力を、インク吐出時、その他待機時に設定する定められた負圧である規定負圧にその他の圧力から復帰させる際、その到達速度を制御することが、吐出ヘッド１１からインク１２を正常かつ安定して吐出させる上で非常に重要となることが判明した。これは、負圧発生部１９によりサブタンク１３を規定負圧に復帰させる際に、到達速度を制御する手段を導入せずに流量が過剰となった場合、メニスカスに急激な圧力変動が生じ、これによりメニスカスが瞬間的に破壊されるため、ノズルよりエアが混入する恐れがあるためである。
【００４５】
そのため、上記吐出ヘッド装置１では、負圧発生部１９により発生する規定負圧への到達速度を制御する負圧到達速度調整部２０が設けられており、以下、この負圧到達速度調整部２０について詳細に説明する。
【００４６】
図４に、タンクボックス１７と負圧発生部１９との間に、規定負圧への到達速度を制御する負圧到達速度調整部２０としてニードル弁タイプのスピードコントローラ４０が接続されているインク供給系の概要を示す。スピードコントローラ４０は、図５に示すように、ニードルの回転数に応じて気体流量がリニアに変化する特性を有しており、規定圧力への到達速度を制御性良く調整できるものである。なおスピードコントローラ４０は、同一ニードル回転数でも到達圧力によって気体流量が異なる特性を有しており、到達圧力が高くなるほど同一回転数における流量は多くなる。従って、図５における複数ラインは複数の到達圧力におけるニードル回転数と気体流量との相関を示している。
【００４７】
ここで、制御部２５の制御の下に行われる実際の到達速度の制御シーケンスについて説明する。制御部２５は、吐出ヘッド１１とサブタンク１３とが連通されている状態で、正圧発生部１８にてサブタンク１３が加圧されている状態から（例えばノズルの清掃）、サブタンク１３が負圧発生部１９にて減圧されている状態へと移行（復帰）する際には、正圧発生部１８によるサブタンク１３の加圧作業を停止し、次に負圧発生部１９により発生した負圧に対し、スピードコントローラ４０を用いて気体流量を調整し、サブタンク１３に印加される規定負圧への到達速度を抑える。これにより、吐出ヘッド１１に対して急激な負圧がかかることを抑え、吐出ヘッド１１のノズル表面に形成されているメニスカスを破壊することなく、インク吐出が可能な状態を作り出すことができる。
【００４８】
また、図６に、タンクボックス１７と負圧発生部１９との間に、規定負圧への到達速度を制御する負圧到達速度調整部２０として電空レギュレータ６０を組み込んだ吐出ヘッド装置１のインク供給系の概要を示す。電空レギュレータ６０は、図７に示すように、入力信号電圧力に応じて制御圧力がリニアに変化する特性を有している。ここでは、入力信号を２５６段階で制御できるシステムを適用しており、予め、規定圧力を発生させるのに必要となる電空レギュレータ６０の入力信号に対して設定値を多段階に分割しておき、複数の設定値を準備しておく。
【００４９】
制御部２５の制御の下に行われる実際の到達速度の制御シーケンスについて説明する。制御部２５は、吐出ヘッド１１とサブタンク１３とが連通されている状態で、正圧発生部１８によるサブタンク１３が加圧されている状態から（例えばノズルの清掃）、サブタンク１３が負圧発生部１９にて減圧されている状態へと移行（復帰）する際には、正圧発生部１８によるサブタンク１３の加圧作業を停止する。次に負圧発生部１９により発生した負圧に対し、電空レギュレータ６０を用いて図８に示すように、予め分割しておいた設定値を分割番号１で設定された信号から順次入力していく。分割番号１０で設定された信号が入力された時点で、サブタンク１３が規定の圧力まで減圧される。これにより、急激な負圧の発生を抑え、吐出ヘッド１１のノズル表面に形成されているメニスカスを破壊することなく、インク吐出が可能な状態を作り出すことができる。
【００５０】
また、スピードコントローラ４０や電空レギュレータ６０の替わりに、流量制御に広く用いられている図示しないマスフローコントローラを使用することでも、同様の効果を得ることができる。マスフローコントローラとは、小型の熱式質量流量計をコントローラおよび制御弁と一体化し、それ自体で流量を一定の値に制御する制御機器である。ここで熱式質量流量計とは、金属細管にヒータを巻きつけ、その両側に温度センサを配置したもので、流体が流れていないときはヒータの熱が両側に均等に伝わり、両方のセンサの出力はバランスが取れるが、流体が流れると上流側センサは冷えて出力が下がり、下流側は逆に上がって、出力バランスが崩れることから、この崩れる度合いを流体の流量に換算するものである。
【００５１】
なお、ここでは、サブタンク１３を加圧状態から負圧状態へと移行させる際の圧力切替えについてのみ説明してきたが、例えば、電源遮断状態から電源を投入し、サブタンク１３に対して負圧を発生させる際にも同様の段階的に圧力が変化していくような制御を行うようになっており、これにより、常圧のサブタンク１３が負圧状態へと移行される際にも、上記した急激な負圧による吐出ヘッド１１のメニスカス破壊を回避することができる。
【００５２】
なお、本発明は、換言すれば以下のように表現することもできる。つまり、本発明は、インクジェット装置であって、記録媒体に対してインクを吐出する吐出ヘッドと、所定容量のインクを貯留し、上記吐出ヘッドに印字に使用するインクを供給する小容量のサブタンクと、上記サブタンクにインクを充填する大容量のメインタンクと、上記サブタンクに接続され、少なくとも二種類以上の異なる設定圧力を印加する上記吐出ヘッドの圧力発生機構とを有したインクジェット記録装置において、上記複数の圧力発生機構のうち少なくとも一つは上記サブタンクに接続され、上記サブタンクを減圧することにより上記吐出ヘッドに対して規定の負圧を発生させる負圧発生手段であり、上記負圧発生手段以外の上記圧力発生機構により上記吐出ヘッドに印加されていた或る設定圧力から上記規定の負圧に変化させる際に、上記負圧発生手段と上記サブタンクとの間に設けられた調整機構により規定圧力への到達速度を制御することを特徴としている。
【００５３】
上記構成において、上記負圧発生手段には、負圧発生源として真空ポンプと、上記真空ポンプにより発生した負圧を規定の圧力に調整するレギュレータとを有することを特徴とすることもできる。
【００５４】
或いは、上記構成において、上記負圧発生手段には、負圧発生源として負圧発生器と、上記負圧発生器により発生した負圧を規定の圧力に調整するレギュレータとを有することを特徴とすることもできる。
【００５５】
また、上記構成において、上記負圧発生手段と上記サブタンクとの間に設けられた上記調整機構としてスピードコントローラを用い、上記スピードコントローラは上記インクタンクと上記レギュレータとの間に配置することを特徴とすることもできる。
【００５６】
また、上記構成において、上記負圧発生手段と上記サブタンクとの間に設けられた上記調整機構として電空レギュレータを用い、上記電空レギュレータは上記インクタンクと上記レギュレータとの間に配置し、上記規定の負圧を複数設定圧力に分割し、段階的に圧力を増加させることを特徴とすることもできる。
【００５７】
また、上記構成において、上記負圧発生手段と上記サブタンクとの間に設けられた上記調整機構としてマスフローコントローラを用い、上記マスフローコントローラは上記インクタンクと上記レギュレータとの間に配置することを特徴とすることもできる。
【００５８】
また、本発明は、インクジェット記録装置の負圧調整機構であって、記録媒体に対してインクを吐出する吐出ヘッドと、所定容量のインクを貯留し、上記吐出ヘッドに印字に使用するインクを供給する小容量のサブタンクと、上記サブタンクにインクを充填する大容量のメインタンクと、上記サブタンクに接続され、少なくとも二種類以上の異なる設定圧力を印加する上記吐出ヘッドの圧力発生機構とを有し、上記複数の圧力発生機構のうち少なくとも一つは上記サブタンクに接続され、上記サブタンクを減圧することにより上記吐出ヘッドに対して規定の負圧を発生させる負圧発生手段であり、上記規定の負圧を発生させる際に、到達速度を制御できるインクジェット記録装置の負圧調整機構であって、上記負圧発生手段以外の上記圧力発生機構により上記吐出ヘッドに印加されていた或る設定圧力から上記規定の負圧に変化させる際に、上記負圧発生手段と上記サブタンクとの間に設けられた調整機構により規定圧力への到達速度を制御することを特徴としている。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、紙等の記録媒体に記録を行うインクジェット記録装置や、流体吐出方式の生産装置等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の実施の一形態に係る流体吐出装置に搭載された吐出ヘッド装置の構成を示す模式図である。
【図２】上記吐出ヘッド装置における負圧発生部の一構成例を示す模式図である。
【図３】上記吐出ヘッド装置における負圧発生部の他の構成例を示す模式図である。
【図４】上記吐出ヘッド装置における負圧到達速度を調整する調整部としてスピードコントローラを使用したインク供給系の構成を示す模式図である。
【図５】上記スピードコントローラの流量特性を示す図である。
【図６】上記吐出ヘッド装置における負圧到達速度を調整する調整部として、電空レギュレータを使用したインク供給系の構成を示す模式図である。
【図７】上記電空レギュレータの入力信号と制御圧力との相関を示す図である。
【図８】本実施例に用いた電空レギュレータによる多段階圧力制御方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ 吐出ヘッド装置
１１ 吐出ヘッド
１２ インク（吐出材料）
１３ サブタンク
１４ メインタンク
１５ 三方切替弁
１８ 正圧発生部
１９ 負圧発生部
１９Ａ 負圧発生部
１９Ｂ 負圧発生部
２０ 負圧到達速度調整部
２１ 真空ポンプ
２２ レギュレータ
３０ 真空発生器
４０ スピードコントローラ
６０ 電空レギュレータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体に対して吐出材料を吐出する吐出ヘッドと、
上記吐出ヘッドに供給する吐出材料を貯留するサブタンクと、
上記サブタンクに供給する吐出材料を貯留するメインタンクと、
上記サブタンクに接続され、上記サブタンクを減圧することにより上記吐出ヘッドの圧力を定められた負圧とする負圧発生手段と、
上記負圧発生手段が上記吐出ヘッドの圧力を上記定められた負圧に到達させるまでの到達速度を制御する負圧到達速度調整手段とを有することを特徴とする吐出ヘッド装置。
【請求項２】
上記サブタンクに、上記サブタンクの圧力を上記負圧発生手段とは異なる圧力とする圧力発生手段が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド装置。
【請求項３】
上記負圧発生手段は、負圧発生源としての真空ポンプと、上記真空ポンプにより発生した負圧を上記定められた負圧に調整するレギュレータとを有することを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド装置。
【請求項４】
上記負圧発生手段は、負圧発生源としての負圧発生器と、上記負圧発生器により発生した負圧を上記定められた負圧に調整するレギュレータとを有することを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド装置。
【請求項５】
上記負圧到達速度調整手段がスピードコントローラからなり、上記サブタンクと上記負圧発生手段との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド装置。
【請求項６】
上記負圧到達速度調整手段が電空レギュレータからなり、上記サブタンクと上記負圧発生手段との間に配置され、上記定められた負圧を複数の設定圧力に分割し、段階的に設定圧力を増加させることで上記定められた負圧への到達速度を調整することを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド装置。
【請求項７】
上記負圧到達速度調整手段がマスフローコントローラからなり、上記サブタンクと上記負圧発生手段との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか１項に記載の吐出ヘッド装置を備えていることを特徴とする流体吐出装置。
【請求項９】
媒体に対して吐出材料を吐出する吐出ヘッドの圧力を、上記吐出ヘッドに吐出材料を供給するタンクを負圧発生手段にて減圧することで定められた負圧に制御する流体吐出方法において、
吐出ヘッドの圧力を上記定められた負圧とは異なる圧力から上記定められた負圧へと到達させるにあたり、その到達速度を制御することを特徴とする流体吐出方法。
【請求項１】
媒体に対して吐出材料を吐出する吐出ヘッドと、
上記吐出ヘッドに供給する吐出材料を貯留するサブタンクと、
上記サブタンクに供給する吐出材料を貯留するメインタンクと、
上記サブタンクに接続され、上記サブタンクを減圧することにより上記吐出ヘッドの圧力を定められた負圧とする負圧発生手段と、
上記負圧発生手段が上記吐出ヘッドの圧力を上記定められた負圧に到達させるまでの到達速度を制御する負圧到達速度調整手段とを有することを特徴とする吐出ヘッド装置。
【請求項２】
上記サブタンクに、上記サブタンクの圧力を上記負圧発生手段とは異なる圧力とする圧力発生手段が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド装置。
【請求項３】
上記負圧発生手段は、負圧発生源としての真空ポンプと、上記真空ポンプにより発生した負圧を上記定められた負圧に調整するレギュレータとを有することを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド装置。
【請求項４】
上記負圧発生手段は、負圧発生源としての負圧発生器と、上記負圧発生器により発生した負圧を上記定められた負圧に調整するレギュレータとを有することを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド装置。
【請求項５】
上記負圧到達速度調整手段がスピードコントローラからなり、上記サブタンクと上記負圧発生手段との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド装置。
【請求項６】
上記負圧到達速度調整手段が電空レギュレータからなり、上記サブタンクと上記負圧発生手段との間に配置され、上記定められた負圧を複数の設定圧力に分割し、段階的に設定圧力を増加させることで上記定められた負圧への到達速度を調整することを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド装置。
【請求項７】
上記負圧到達速度調整手段がマスフローコントローラからなり、上記サブタンクと上記負圧発生手段との間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の吐出ヘッド装置。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか１項に記載の吐出ヘッド装置を備えていることを特徴とする流体吐出装置。
【請求項９】
媒体に対して吐出材料を吐出する吐出ヘッドの圧力を、上記吐出ヘッドに吐出材料を供給するタンクを負圧発生手段にて減圧することで定められた負圧に制御する流体吐出方法において、
吐出ヘッドの圧力を上記定められた負圧とは異なる圧力から上記定められた負圧へと到達させるにあたり、その到達速度を制御することを特徴とする流体吐出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−６２３３０（Ｐ２００６−６２３３０Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５１０６８（Ｐ２００４−２５１０６８）
【出願日】平成１６年８月３０日（２００４．８．３０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３０日（２００４．８．３０）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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