液体吐出装置
【課題】吐出口から液体と共に気泡及び異物を効率よく排出しつつ、液体が無駄に消費されるのを抑制する。
【解決手段】サブタンクが、インク供給管を介してインク流入流路と連通し、インク帰還管を介して排気流路と連通している。インク流入流路は、インク流出流路及び排気流路と連通している。インク流出流路は、圧力室及び吐出口を含む個別インク流路と連通している。インク供給管にはパージポンプが、インク帰還管には循環バルブが設けられている。循環バルブを開いた状態で、パージポンプを駆動し、サブタンク、インク流入流路及び排気流路の順にインクを循環させる。この状態で、循環バルブを閉じることによって、吐出口からインクを排出する。循環期間において、個別インク流路内のインクが振動するように、アクチュエータユニットを駆動させる。
【解決手段】サブタンクが、インク供給管を介してインク流入流路と連通し、インク帰還管を介して排気流路と連通している。インク流入流路は、インク流出流路及び排気流路と連通している。インク流出流路は、圧力室及び吐出口を含む個別インク流路と連通している。インク供給管にはパージポンプが、インク帰還管には循環バルブが設けられている。循環バルブを開いた状態で、パージポンプを駆動し、サブタンク、インク流入流路及び排気流路の順にインクを循環させる。この状態で、循環バルブを閉じることによって、吐出口からインクを排出する。循環期間において、個別インク流路内のインクが振動するように、アクチュエータユニットを駆動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吐出口から液体を吐出する液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の吐出口からインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいては、インクジェットヘッド内のインク流路にポンプを用いてインクを強制的に供給することによって、吐出口近傍のインク流路に存在する気泡や増粘したインクを排出して吐出口のクリーニングを行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、三方弁を閉じて排出路を閉塞した後、供給ポンプを動作させてインクジェットヘッド内流路のインクを所定時間だけ加圧し、ノズルからインクを排出させてノズルのクリーニングを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
全ての吐出口から確実にインクを排出して吐出口のクリーニングをするためには、インク流路に付与するインク圧を高くする必要がある。しかしながら、ポンプの駆動が開始されてからインク流路におけるインク圧がその所望の圧力に達するまで時間がかかると、インクの排出抵抗（流路抵抗）が低い吐出口から順にインクが排出され、全ての吐出口から瞬時にインクを排出することができない。そのため、吐出口のクリーニング時に、吐出口から無駄にインクが排出される。
【０００５】
本発明の目的は、吐出口から液体と共に気泡や異物などを効率よく排出しつつ、液体が無駄に消費されるのを抑制することができる液体吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の液体吐出装置は、液体が流入する流入口と、液体が流出する流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通する内部流路と、液体を吐出するための複数の吐出口と、前記内部流路から分岐して前記複数の吐出口に至る複数の個別液体流路と、前記複数の個別液体流路内の液体に圧力を付与する圧力付与手段とを有する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに供給される液体を内部に貯溜するタンクと、前記タンクの内部と前記流入口とを連通する供給流路と、前記タンクの内部と前記流出口とを連通する帰還流路と、前記タンクに貯留された液体を、前記供給流路を介して前記内部流路に強制的に供給する供給手段と、前記帰還流路における流路抵抗値を所定の最小値と所定の最大値との間で調整可能な調整手段と、前記圧力付与手段、前記供給手段及び前記調整手段を制御する制御手段とを備えている。前記制御手段は、前記調節手段の調節により前記流路抵抗値を前記所定の最大値より減少させつつ前記供給手段を駆動させることにより、前記タンクの液体を前記供給流路、前記内部流路及び前記帰還流路の順に移送させるように循環させ、前記循環中に、前記調整手段を調整して前記流路抵抗値を増加させることにより、前記複数の吐出口から液体を排出させ、次に、前記排出中に、前記調整手段を調整して前記流路抵抗値を減少させることにより、前記複数の吐出口からの液体の排出を停止させる制御を行い、さらに、前記制御手段は、前記循環中に、前記圧力付与手段を制御して、前記複数の吐出口から液体を吐出させることなく前記複数の個別液体流路内の液体を振動させる。
【０００７】
本発明によると、循環を行うことによって、吐出口から液体が漏れ出さないようにしつつ内部流路に残留する気泡や異物などをタンク内に排出できる。この状態で、調整手段の調整により流路抵抗値を増加させることによって、瞬時に内部流路の圧力が高くなり、内部流路の液体が個別液体流路に流れ込む。これにより、吐出口から液体が排出される。このとき、排出開始時から全ての吐出口に高い圧力が付与されて液体が排出される。したがって、吐出口内の増粘した液体、気泡及び異物を効率よく排出することができると共に、液体が無駄に排出されるのを抑制することができる。さらに、循環中に複数の吐出口から液体を吐出することなく複数の個別液体流路内の液体を振動させるため、個別液体流路の壁面に固着している気泡や異物を壁面から剥がして、排出しやすい状態にすることができる。これにより、排出時において気泡や異物を効率よく排出することができる。
【０００８】
本発明においては、前記制御手段が、前記排出中に、前記圧力付与手段による前記複数の個別液体流路内の液体振動を行わせないことが好ましい。これによると、個別液体流路内の液体振動は、個別液体流路内の液体を吐出口から排出させない方向にも作用するため、排出中は液体振動を行わないようにすることにより、排出時において吐出口からの液体の排出が阻害されるのを防止することができる。
【０００９】
このとき、前記制御手段は、前記排出が開始される時の所定時間前から前記排出が完了するまでの間に、前記圧力付与手段による前記複数の個別液体流路内の液体振動を行わせないことがより好ましい。これによると、排出が開始される時の所定時間前から液体振動が行われないため、排出が開始される時までの所定時間の間に液体振動が減衰し、排出時において吐出口からの液体の排出が阻害されるのをさらに防止することができる。
【００１０】
本発明においては、前記制御手段が、前記排出が開始される直前に、前記複数の個別液体流路内の液体振動が打ち消されるように、前記圧力付与手段を駆動させることが好ましい。これによると、排出が開始される直前に液体振動が打ち消されるため、排出時において吐出口からの液体の排出が阻害されるのを確実に防止することができる。
【００１１】
また、本発明においては、前記制御手段が、前記排出中に、前記流路抵抗値を減少させることにより、前記複数の吐出口からの液体の排出を停止させるよう前記調整手段を制御するとともに、前記排出が完了すると同時に前記複数の個別液体流路内の液体振動が開始されるように、前記圧力付与手段を制御することが好ましい。これによると、排出が停止された直後において、個別液体流路内の液体の流れを素早く整えることができる。これにより、吐出口から液体が無駄に漏れ出るのをさらに抑制することができる。
【００１２】
さらに、本発明においては、前記圧力付与手段が、前記複数の吐出口から液体を吐出させるための吐出エネルギーを前記複数の個別液体流路内の液体に付与するピエゾ式アクチュエータであることが好ましい。これによると、圧力付与手段が、吐出口から液体を吐出させる機能と、液体振動を行わせる機能とを有しているため、液体振動を行わせる機能を有する機構を別途設ける必要がなく、液体吐出ヘッドの低コスト化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、循環を行うことによって、吐出口から液体が漏れ出さないようにしつつ内部流路に残留する気泡や異物などをタンク内に排出できる。この状態で、調整手段の調整により流路抵抗値を増加させることによって、瞬時に内部流路の圧力が高くなり、内部流路の液体が個別液体流路に流れ込む。これにより、吐出口から液体が排出される。このとき、排出開始時から全ての吐出口に高い圧力が付与されて液体が排出される。したがって、吐出口内の増粘した液体、気泡及び異物を効率よく排出することができると共に、液体が無駄に排出されるのを抑制することができる。さらに、循環中に複数の吐出口から液体を吐出することなく複数の個別液体流路内の液体を振動させるため、個別液体流路の壁面に固着している気泡や異物を壁面から剥がして、排出しやすい状態にすることができる。これにより、排出時において気泡や異物を効率よく排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタの概略平面図である。
【図２】図１に示すインクジェットヘッド及びインク供給ユニットの断面図である。
【図３】図２に示すヘッド本体の平面図である。
【図４】図３に示す一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。
【図５】図４に示すV-V線の断面図である。
【図６】図５に示すアクチュエータユニットの部分拡大断面である。
【図７】図２に示すパージポンプの動作特性を示すグラフである。
【図８】図１に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図９】（ａ）図８に示すヘッド制御部が生成する吐出駆動信号の波形図である。（ｂ）図８に示すヘッド制御部が生成するメニスカス振動信号の波形図である。（ｃ）図８に示すヘッド制御部が生成する振動抑制信号の波形図である。
【図１０】図８に示す循環・パージ制御部がインク循環を行ったときのインクの流れを示す図である。
【図１１】図１に示すインクジェットプリンタの動作シーケンスを示す図である。
【図１２】図８に示す循環・パージ制御部によるパージ動作におけるインク流量の変化示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
インクジェットプリンタ１０１は、図１に示すように、図１上方から下方に向かって用紙Ｐを搬送する搬送ユニット２０と、搬送ユニット２０によって搬送された用紙Ｐに、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのインク滴をそれぞれ吐出する４つのインクジェットヘッド１と、インクジェットヘッド１にインクを供給する４つのインク供給ユニット１０と、インクジェットヘッド１のメンテナンスを行うメンテナンスユニット３１と、インクジェットプリンタ１０１全体を制御する制御装置１６とを有している。なお、本実施形態において、副走査方向とは搬送ユニット２０で用紙Ｐを搬送するときの搬送方向と平行な方向であり、主走査方向とは副走査方向に直交する方向であって水平面に沿った方向である。
【００１７】
搬送ユニット２０は、２つのベルトローラ６、７と、両ローラ６、７間に架け渡されるように巻回されたエンドレスの搬送ベルト８とを有している。ベルトローラ７は、駆動ローラであって、図示しない搬送モータから駆動力が与えられることで回転する。ベルトローラ６は、従動ローラであって、ベルトローラ７の回転により搬送ベルト８が走行するのに伴って回転する。搬送ベルト８の外周面に載置された用紙Ｐは、図１下方へと搬送される。
【００１８】
４つのインクジェットヘッド１は、それぞれ主走査方向に沿って延在し、副走査方向には互いに平行に配置されている。すなわち、インクジェットプリンタ１０１は、主走査方向にインク滴が吐出される複数の吐出口１０８が配列されたライン式のカラーインクジェットプリンタである。各インクジェットヘッド１の下面は、複数の吐出口１０８が配列された吐出面２ａとなっている（図２〜図４参照）。
【００１９】
搬送ベルト８の上側ループの外周面と吐出面２ａとが対向しつつ平行となっている。搬送ベルト８によって搬送されてきた用紙Ｐが４つのインクジェットヘッド１の下方を通過する際に、各インクジェットヘッド１から用紙Ｐの上面に向けて各色のインク滴が順に吐出され、用紙Ｐ上に所望のカラー画像が形成される。
【００２０】
インク供給ユニット１０は、インクジェットヘッド１の下面の図１左方端部近傍に接続されており、接続されたインクジェットヘッド１にインクを供給する。
【００２１】
メンテナンスユニット３１は、４つのワイパ部材３２を有している。４つのワイパ部材３２は、後述のメンテナンス動作に係るワイプ動作において、インクジェットヘッド１の吐出面２ａをワイプする弾性部材であり、図示しないアクチュエータによって、主走査方向に沿って往復移動可能となっている（図１矢印参照）。
【００２２】
次に、図２を参照しつつ、インクジェットヘッド１について詳細に説明する。図２に示すように、インクジェットヘッド１は、リザーバユニット７１と、ヘッド本体２とを有している。
【００２３】
リザーバユニット７１は、ヘッド本体２の上面に固定されており、ヘッド本体２にインクを供給する流路形成部材である。また、リザーバユニット７１は、その内部に、インク流入流路７２、１０個のインク流出流路７５及び排気流路７３が形成されている。なお、図２においては、１つのインク流出流路７５のみが表れている。
【００２４】
インク流入流路７２は、リザーバユニット７１の下面に開口する流入口７２ａを介して、インク供給ユニット１０からのインクが流入する流路である。インク流入流路７２は、流入したインクを一時的に貯溜するインクリザーバとしての機能を有する。インク流入流路７２の内壁面にはリザーバユニット７１の外壁面まで貫通する穴７２ｂが形成されている。可撓性を有する樹脂フィルム７６により、リザーバユニット７１の外壁面側から封止されている。つまり、樹脂フィルム７６が、インク流入流路７２の内壁面の一部となっている。樹脂フィルム７６は、インク流入流路７２におけるインク圧の変動に伴って変位するため、インク圧の変動を抑制するダンパーとして機能する。樹脂フィルム７６を用いることによって、ダンパーを安価な構成で実現することができる。なお、通常印刷時においては、樹脂フィルム７６はインク流入流路７２内に向かって僅かに凸となった状態となっている。リザーバユニット７１の外壁面には、穴７２ｂを覆うように板形状の規制部材７７が固定されており、樹脂フィルム７６がリザーバユニット７１の外側に向かって凸となるのを規制している。これにより、インク流入流路７２のインク圧が異常に高くなったとき、樹脂フィルム７６が過剰に変位して破損するのが防止される。規制部材７７には、大気連通孔７７ａが形成されており、規制部材７７と樹脂フィルム７６との間が常に大気圧となっている。これにより、樹脂フィルム７６が変位し易くなっている。
【００２５】
インク流出流路７５は、フィルタ７５ａを介してインク流入流路７２と連通していると共に、ヘッド本体２の流路ユニット９の上面に形成されたインク供給口１０５ｂに連通している（図３参照）。フィルタ７５ａは、インク流入流路７２におけるインクの流れる方向（図２左右方向）に沿って延在している。通常印刷時においては、インク供給ユニット１０からのインクは、インク流入流路７２に流入し、インク流出流路７５を通過して、インク供給口１０５ｂから流路ユニット９に供給される。
【００２６】
排気流路７３は、インク流入流路７２におけるフィルタ７５ａの上流側においてインク流入流路７２と連通していると共に、リザーバユニット７１の下面に形成された流出口７３ａを介してインク供給ユニット１０に接続されている。
【００２７】
排気流路７３の下方側内壁面にはリザーバユニット７１の外壁面まで貫通する穴７３ｂが形成されている。また、可撓性を有する樹脂フィルム７８により、リザーバユニット７１の下方の外壁面側から封止されている。つまり、樹脂フィルム７８が、排気流路７３の内壁面の一部となっている。樹脂フィルム７８は、排気流路７３のインク圧の変動に伴って変位するため、インク圧の変動を抑制するダンパーとして機能する。樹脂フィルム７８を用いることによって、ダンパーを安価な構成で実現することができる。なお、通常印刷時においては、樹脂フィルム７８は排気流路７３内に向かって僅かに凸となった状態となっている。リザーバユニット７１の下方の外壁面には、穴７３ｂを覆うように板形状の規制部材７９が固定されており、樹脂フィルム７８がリザーバユニット７１の外側に向かって凸となるのを規制している。これにより、排気流路７３のインク圧が異常に高くなったとき、樹脂フィルム７８が過剰に変位して破損するのが防止される。規制部材７９には、大気連通孔７９ａが形成されており、規制部材７９と樹脂フィルム７８との間が常に大気圧となっている。これにより、樹脂フィルム７８が変位し易くなっている。後述のインク循環時においては、インク供給ユニット１０からのインクが、流入口７２ａを介してインク流入流路７２に流入し、インク流入流路７２から排気流路７３を通過して、流出口７３ａを介してインク供給ユニット１０に還流する（図１０参照）。
【００２８】
さらに、図３〜図５を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。なお、図４では説明の都合上、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１１０、アパーチャ１１２及び吐出口１０８を実線で描いている。
【００２９】
ヘッド本体２は、図３に示すように、流路ユニット９と、流路ユニット９の上面に固定された４つのアクチュエータユニット２１とを有している。流路ユニット９は、図４に示すように、圧力室１１０等を含むインク流路が内部に形成されている。アクチュエータユニット２１は、各圧力室１１０に対応した複数のユニモルフ型のアクチュエータを含んでおり、圧力室１１０内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与する機能を有する。
【００３０】
流路ユニット９は、図５に示すように、ステンレス鋼からなる金属製のプレート１２２〜１３０を互いに位置合わせしつつ積層することによって、流路ユニット９内に、マニホールド流路１０５から圧力室１１０を経て吐出口１０８に至る流路が形成された積層体である。図３に示すように、流路ユニット９の上面には、リザーバユニット７１のインク流出流路７５（図２参照）に連通する計１０個のインク供給口１０５ｂが開口している。図４に示すように、流路ユニット９の内部には、インク供給口１０５ｂに連通するマニホールド流路１０５、及び、マニホールド流路１０５に含まれる複数の副マニホールド流路１０５ａが形成されている。さらに、図５に示すように、流路ユニット９の内部には、各副マニホールド流路１０５ａから分岐しつつ、圧力室１１０を介して吐出面２ａに開口する吐出口１０８に至る複数の個別インク流路１３２が形成されている。吐出面２ａには複数の吐出口１０８がマトリクス状に配置されている。
【００３１】
流路ユニット９におけるインクの流れについて説明する。図３〜図５に示すように、通常印刷時においては、リザーバユニット７１のインク流出流路７５からインク供給口１０５ｂに供給されたインクは、マニホールド流路１０５の副マニホールド流路１０５ａに分配される。副マニホールド流路１０５ａ内のインクは、アパーチャ１１２を経由して各個別インク流路１３２に流れ込み、圧力室１１０を介して吐出口１０８に至る。
【００３２】
次に、アクチュエータユニット２１について説明する。図６に示すように、アクチュエータユニット２１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる３枚の圧電シート１４１〜１４３から構成されているピエゾ式アクチュエータである。最上層の圧電シート１４１はその厚み方向に分極されている。また、圧電シート１４１の上面には、複数の個別電極１３５が形成されている。圧電シート１４１とその下側の圧電シート１４２との間にはシート全面に形成された共通電極１３４が介在している。複数の個別電極１３５と共通電極１３４とが圧電シート１４１を挟持している。
【００３３】
個別電極１３５は、圧力室１１０と対向している。個別電極１３５の先端には個別電極１３５と電気的に接続された個別ランド１３６が設けられている。個別電極１３５を共通電極１３４と異なる電位にして圧電シート１４１に分極方向の電界が印加されると、圧電シート１４１における電界印加部分が圧電効果により歪む駆動活性部として働く。これに対応して、個別電極１３５と圧力室１１０とで挟まれた部分が、個別のアクチュエータとして働く。つまり、アクチュエータユニット２１は、圧力室１１０の数に対応した複数のアクチュエータが作り込まれた圧電素子である。
【００３４】
共通電極１３４は、すべての圧力室１１０に対応する領域において等しくグランド電位が付与されている。一方、個別電極１３５には駆動信号が供給される。
【００３５】
ここで、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。例えば、分極方向と電界の印加方向とが同じであれば、駆動活性部は分極方向に直交する方向（平面方向）に縮む。ここで、アクチュエータユニット２１は、圧力室１１０から離れた上側１枚の圧電シート１４１を駆動活性部が含まれる層とし、且つ圧力室１１０に近い下側２枚の圧電シート１４２、１４３を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプのアクチュエータである。圧電シート１４１〜１４３は圧力室１１０を画定するプレート１２２の上面に固定されているため、電界印加部分（駆動活性部）が平面方向に縮んでその下方の圧電シート１４２、１４３との間で平面方向への歪みに差が生じると、圧電シート１４１〜１４３全体が圧力室１１０側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。これにより圧力室１１０内のインクに圧力（吐出エネルギー）が付与され、ノズル１０８からインク滴が吐出される。
【００３６】
なお、本実施形態においては、予め個別電極１３５に所定の電位を付与しておき、吐出要求があるごとに一旦個別電極１３５をグランド電位にした後、所定のタイミングで再び個別電極１３５に所定の電位を付与するような駆動信号が供給される（図９（ａ）参照）。この場合、個別電極１３５がグランド電位となるタイミングで圧電シート１４１〜１４３が元の状態に戻り、圧力室１１０の容積は初期状態（予め電圧が印加された状態）と比較して増加し、副マニホールド流路１０５ａから個別インク流路１３２へとインクが吸い込まれる。その後、再び個別電極１３５に所定の電位が付与されたタイミングで圧電シート１４１〜１４３において活性領域と対向する部分が圧力室１１０側に凸となるように変形し、圧力室１１０の容積低下によりインクの圧力が上昇し、ノズル１０８からインク滴が吐出される。
【００３７】
インク供給ユニット１０について詳細に説明する。図２に示すように、インク供給ユニット１０は、サブタンク８０と、サブタンク８０に接続されたインク補給管８１と、インク補給管８１に設けられた補給ポンプ９１及び補給バルブ９２と、インク供給管８２及びインク帰還管８３と、インク供給管８２に設けられたパージポンプ８６と、インク帰還管８３に設けられた循環バルブ８７と、サブタンク８０に接続された大気連通バルブ８８とを有している。
【００３８】
サブタンク８０は、インクジェットヘッド１に供給されるインクを貯溜するものであり、サブタンク８０のインク量が少なくなった時、補給バルブ９２が開弁され且つ補給ポンプ９１が駆動されることで、インクタンク９０に貯溜されたインクがインク補給管８１を介して補給される。大気連通バルブ８８は、サブタンク８０内と大気とを連通（以下、開と称する）又は遮断（以下、閉と称する）する。通常印刷時においては、大気連通バルブ８８が開となっており、サブタンク８０内と大気とを連通している。これにより、サブタンク８０内の気圧が、貯溜しているインクの量にかかわらず常に大気圧となり、安定したインク供給を可能にする。
【００３９】
インク供給管８２の一端はサブタンク８０に接続されており、他端はジョイント８２ａを介してリザーバユニット７１の流入口７２ａに接続されている。これにより、サブタンク８０のインクがインク供給管８２を介してリザーバユニット７１のインク流入流路７２に供給される。パージポンプ８６は、駆動することによって、サブタンク８０のインクを、インク供給管８２を介してインク流入流路７２に強制的に供給する供給手段として機能する。また、パージポンプ８６は、インク供給管８２においてジョイント８２ａからサブタンク８０に向かってインクが流れるのを防止する逆止弁として機能する。なお、パージポンプ８６が停止している場合であっても、サブタンク８０のインクは、インク供給管８２を流れてリザーバユニット７１に供給可能となっている。パージポンプ８６は、容積型ポンプである三相ダイヤフラムポンプであり、図７に示すように、３つのダイヤフラムが互いに異なる位相で駆動し、インクを排出することによって、インク送出時の圧力変動を抑制する構成となっている。
【００４０】
図２に示すように、インク帰還管８３の一端はサブタンク８０に接続されており、他端はジョイント８３ａを介してリザーバユニット７１の流出口７３ａに接続されている。循環バルブ８７は、インク帰還管８３における流路抵抗値を所定の最小値（以下、開と称する）と所定の最大値（以下、閉と称する）との間で調整可能な調整手段である。なお、本実施形態においては、循環バルブ８７は、完全解放である開と、完全遮断（インクの通過が禁止される）である閉との切り替えを行う開閉弁であるが、流路抵抗値を任意の値で調整可能な流路制御弁であってもよい。
【００４１】
次に、図８を参照しつつ、制御装置１６について説明する。制御装置１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが実行するプログラム及びこれらプログラムに使用されるデータを書き替え可能に記憶するＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）と、プログラム実行時にデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）とを含んでいる。制御装置１６を構成する各機能部は、これらハードウェアとＥＥＰＲＯＭ内のソフトウェアとが協働して構築されている。制御装置１６は、インクジェットプリンタ１０１全体を制御するものであり、搬送制御部４１と、画像データ記憶部４２と、ヘッド制御部４３と、不吐出時間検出部４６と、循環・パージ制御部４４と、メンテナンス制御部４５とを有している。
【００４２】
搬送制御部４１は、用紙Ｐが搬送方向に沿って所定の速度で搬送されるように搬送ユニット２０の搬送モータを制御する。画像データ記憶部４２は、用紙Ｐに印刷すべき画像に関する画像データを記憶する。
【００４３】
ヘッド制御部４３は、通常印刷時において、画像データに基づいて、生成した吐出駆動信号をアクチュエータユニット２１に供給する。図９（ａ）に示すように、吐出駆動信号は、１印刷周期において電位Ｖ１から所定時間グランド電位Ｖ０となるパルスを含む信号である。このパルス幅ｔは、圧力波が副マニホールド流路１０５ａの出口から吐出口１０８に至る距離ＡＬ（Acoustic Length）長を伝播する時間と等しい。なお、図９（ａ）の波形は、小滴のインク滴を吐出するときの波形であり、１つのパルスを有している。中滴のインク滴を吐出するときの波形は、２つのパルスを連続して並べて構成し、大滴のインク滴を吐出するときの波形は、３つのパルスを連続して並べて構成する。
【００４４】
また、ヘッド制御部４３は、後述のメンテナンス動作において、全ての個別インク流路１３２内のインクを、吐出口１０８からインクを漏れ出させることなく振動させる（インク振動）インク振動信号をアクチュエータユニット２１に供給する。インク振動を行うことにより、個別インク流路１３２内において、壁面に固着している気泡や異物が、壁面から剥がされる。なお、図９（ｂ）に示すように、メニスカス振動信号は、電位Ｖ１から所定時間グランド電位Ｖ０となるパルスが所定の周期で繰り返される信号である。このパルス幅は、圧力波がＡＬ長を伝播する時間の１／３以下であることが好ましい。
【００４５】
さらに、ヘッド制御部４３は、後述のメンテナンス動作において、アクチュエータユニット２１にインク振動信号を供給することで各個別インク流路１３２内に発生させたインク振動を抑制するための振動抑制信号をアクチュエータユニット２１に供給する。駆動抑制信号の波形は、図９（ｃ）に示すように、インク振動信号の波形に係る逆位相の波形を有している。個別インク流路１３２内に、図９（ｂ）のメニスカス振動信号によるインク振動が発生しているときに、アクチュエータユニット２１に、図９（ｂ）とは逆位相の信号である図９（ｃ）の駆動抑制信号が供給されることによって、アクチュエータユニット２１が、インク振動を打ち消すように変位する。
【００４６】
不吐出時間検出部４６は、過去の吐出履歴から各インクジェットヘッド１について、最後に吐出口１０８からインク滴が吐出されてから現在に至るまでの経過時間を検出する。具体的には、ヘッド制御部４３から出力される吐出駆動信号あるいは画像データ記憶部４２のデータに基づいて経過時間を検出する。
【００４７】
循環・パージ制御部４４は、後述のメンテナンス動作において、各インク供給ユニット１０のパージポンプ８６、循環バルブ８７及び大気連通バルブ８８の動作を制御するものである。具体的な動作内容については後述する。なお、循環・パージ制御部４４は、インク補給のために補給ポンプ９１と補給バルブ９２も制御しているが、図８では省略している。
【００４８】
メンテナンス制御部４５は、後述のメンテナンス動作において、メンテナンスユニット３１の動作を制御するものである。
【００４９】
図１０〜図１２を参照しつつ、メンテナンス動作について説明する。メンテナンス動作は、インクジェットヘッド１のメンテナンスを行う動作であり、インクジェットプリンタ１０１が起動されたとき、印刷を行わない待機時間が一定時間を超えたとき、及び、ユーザから指示があったときなどに開始される。待機時及び通常印刷時には、パージポンプ８６が停止しており、循環バルブ８７が閉になっており、大気連通バルブ８８が開となっており、また、補給ポンプ９１は停止しており、補給バルブ９２が閉となっている（図２参照）。
【００５０】
図１０及び図１１に示すように、メンテナンス動作が開始されると、循環・パージ制御部４４は、循環バルブ８７を開にする。その後、ヘッド制御部４３が、アクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を開始する（インク振動期間の開始）。これにより、全ての個別インク流路１３２内にインク振動が発生する。個別インク流路１３２内にインク振動が発生することにより、個別インク流路１３２内において、壁面に固着している気泡や異物が、壁面から剥がされて浮遊する。
【００５１】
これと同時に、循環・パージ制御部４４は、大気連通バルブ８８を閉にすると同時にパージポンプ８６の駆動を開始する（循環期間の開始）。これにより、サブタンク８０のインクが、インク供給管８２を介してインク流入流路７２に強制的に供給される。このとき、循環バルブ８７が開になっているため、インク流入流路７２から排気流路７３及びインク帰還管８３を通過してサブタンク８０に至る経路における流路抵抗が、インク流入流路７２からインク流出流路７５及びマニホールド流路１０５を経由して各吐出口１０８に至る経路の流路抵抗より小さくなる。このため、インク流入流路７２に供給されたインクが、インク流出流路７５に流れ込むことなく、排気流路７３及びインク帰還管８３を順に通過してサブタンク８０に帰還するインク循環が行われる。インク循環が行われることによって、循環経路のうちパージポンプ８６からサブタンク８０に至るまでの流路内のインクの圧力が高くなり、インク循環によるインク流れにより、インク流入流路７２内に滞留している気泡及び異物、特にフィルタ７５ａ上に滞留している気泡及び異物が、インクと共に排気流路７３及びインク帰還管８３を順に通過してサブタンク８０にトラップされる。
【００５２】
インク循環において、気泡及び異物を効率よくサブタンク８０まで移動させるには、パージポンプ８６における単位時間当りのインク流量を、吐出口１０８に形成されたインクのメニスカスが壊れて（メニスカスブレーク）吐出口１０８からインクが漏れ出る流量（メニスカスブレーク流量）以下の範囲で高くする必要がある（図１２参照）。なお、メニスカスブレーク流量は、インクジェットヘッド１に係る流路構造、インクジェットプリンタ１０１内におけるインクジェットヘッド１とサブタンク８０との高さ関係、インクの粘度などから算出した値、又は、実測により得られた値である。なお、パージポンプ８６における単位時間当りのインク流量は、メニスカスブレーク流量未満、且つ、後に吐出口１０８からインクがパージされるときに、排気流路７３のインク流れを急に塞ぐことで、排気流路７３内およびインク流入流路７２内のインク圧力が急上昇し、個別インク流路１３２内に滞留している気泡や異物がインクと共に吐出口１０８から排出可能な流量（回復可能流量）以上となっている。なお、回復可能流量は、実測により得られた値であり、予め記憶されている。別の観点から、循環バルブ８７を閉じた状態で、パージポンプ８６の駆動をインク流量が回復可能流量となるように開始した場合に、個別インク流路１３２内に滞留している気泡や異物がインクと共に全ての吐出口１０８から排出可能な流量を回復可能流量ということもできる。つまり、回復可能流量未満でパージポンプ８６を駆動した場合は、気泡や増粘したインクが少ない個別インク流路１３２に係る吐出口１０８のみからインクが排出され続け、排出期間を長くしても、全ての吐出口１０８から気泡や異物と共にインクが排出されない可能性がある。
【００５３】
図１０に示すように、インク循環を行っているときは、通常印刷時と比較してインク流入流路７２及び排気流路７３内のインク圧が高くなるため、インク流入流路７２の樹脂フィルム７６が規制部材７７に密着し、排気流路７３の樹脂フィルム７８が規制部材７９に密着する。
【００５４】
また、大気連通バルブ８８が閉になっている期間においては、サブタンク８０内が負圧になる。サブタンク８０内が負圧になることによって、インク流入流路７２のインクが排気流路７３を介してサブタンク８０内に吸引され、大気連通バルブ８８が開になっている場合と比較して、インク流出流路７５にインクが流れ込み難くなる。これにより、メニスカスブレークが起こり難くなる。そのため、大気連通バルブ８８が開になっている場合よりも、インク流入流路７２内の圧力が、メニスカスブレークが起こる圧力（メニスカスブレーク圧力）に近接するように、単位時間当りのインク流量を高くすることができる。つまり、循環中のインク流入流路７２の流路内圧力が同じとすると、大気連通バルブ８８が閉になっている場合は、大気連通バルブ８８が開になっている場合よりもインク流量が多くなり、大気連通バルブ８８が閉になっている場合は、パージ期間におけるインク流入流路７２の流路内圧力を大気連通バルブ８８が開になっている場合よりも大きくすることができるので、個別インク流路内に滞留している気泡や異物をインクと共に吐出口１０８から効率よく排出することができる。この単位時間当りのインク流量は、インク循環中において、大気連通バルブ８８が開になっているときに吐出口１０８からインクが漏れ出さない最大の量を超え、且つ、大気連通バルブ８８が閉になっているときに吐出口１０８からインクが漏れ出さない最大の量以下である。なお、図１１において、インク流入流路７２に係る流路内圧力変化を示す実線波形は、インク循環において大気連通バルブ８８を閉として、上述のようにインク供給量を高くした場合（本実施形態）の流路内圧力変化を示しており、破線波形は、インク循環において大気連通バルブ８８が開になっている場合（インク供給量は高くされていない）の流路内圧力変化を示している。
【００５５】
パージポンプ８６における単位時間当りのインク流量が回復可能流量以上で安定した後に、ヘッド制御部４３が、アクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を停止（インク振動期間の終了）すると同時に、アクチュエータユニット２１に対して振動抑制信号の供給を開始する（振動抑制期間の開始）。これにより、インク振動期間において各個別インク流路１３２内に発生したインク振動が打ち消されるように、アクチュエータユニット２１が変位する。アクチュエータユニット２１に対する振動抑制信号の供給が開始されてから所定時間が経過すると、個別インク流路１３２内のインク振動が停止する。そして、ヘッド制御部４３が、アクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を停止する（振動抑制期間の終了）。
【００５６】
振動抑制期間が終了すると同時に、パージ動作が開始される。循環・パージ制御部４４は、図１０及び図１１に示すように、循環バルブ８７を閉にすると同時に大気連通バルブ８８を開にする。これにより、インク循環が停止し（循環期間の終了）、インク流入流路７２に供給されたインクが、排気流路７３に流れ込むことなく、インク流出流路７５に流れ込み、マニホールド流路１０５及び各個別インク流路を順に通過し、吐出口１０８から排出される（パージ期間の開始）。排出されたインクは、図示しない廃液トレイに受け止められる。
【００５７】
このように、パージポンプ８６における単位時間当りのインク流量が回復可能流量以上でインク循環が行われている状態で、循環バルブ８７を閉とすることでパージ動作が開始（インパクトパージ）されるため、パージ開始直後から、インク流入流路７２におけるインク圧が高い状態となり、吐出口１０８内の増粘したインク、滞留している気泡及び異物を、吐出口１０８から効率よく排出することができる。この点、図１２に示すように、このようなインパクトパージを行わない場合、つまり、インク循環をさせることなく、循環バルブ８７を閉じた状態でパージポンプ８６の駆動を開始し、吐出口１０８からインクを排出させる従来例（インパクトパージ無）の場合には、各個別インク流路１３２内のインク圧力が、全ての吐出口１０８からインクが排出される圧力を超えるまでの到達時間が長くなり、この到達時間に達するまでは、吐出口１０８からインクが無駄に排出される。つまり、気泡や増粘したインクが少ない個別インク流路１３２に係る吐出口１０８からのみインクが排出されるので、インクが無駄に排出されることになる。また、循環バルブ８７を閉にすると同時に大気連通バルブ８８が開にされるため、サブタンク８０内が強制的に大気圧となり、インクが排出されるに伴ってサブタンク８０内の圧力が低下するのを抑制することができる。インクが排出される際にサブタンク８０内が大気と遮断されている場合は、サブタンク８０内へのインク流入がなされないので、インク排出に伴ってインク内が急激に負圧となり、パージポンプ８６の作動が阻害されることも考えられるが、インクが排出される際にサブタンク８０を大気と連通させておけば、パージポンプ８６の作動阻害のおそれを解消できる。
【００５８】
また、パージ動作においては、先のインク振動によって、個別インク流路１３２の壁面から気泡及び異物が剥がされることで、個別インク流路１３２内に浮遊しているため、気泡及び異物がインクと共に吐出口１０８から効率よく排出される。
【００５９】
循環・パージ制御部４４は、所定のパージ量のインクが吐出口１０８から排出されると、再び、循環バルブ８７を開にすると同時に大気連通バルブ８８を閉にすることによってパージ動作を停止させる（パージ期間の終了）。パージポンプ８６によるインク供給は引き続き継続されているので、これと同時に、再びインク循環が開始される。なお、所定のパージ量は、パージポンプ８６における単位時間当りのインク流量及びパージ期間の長さによって決定される。所定のパージ量を排出するための単位時間当りのインク流量及びパージ期間の長さについては実験的に求められ、予め記憶されている。循環・パージ制御部４４は、温度センサ３５によって検出された温度が高くなるに伴って、又は、不吐出時間検出部４６によって検出された経過時間が長くなるに伴って、循環期間を長くすると共にパージ量を大きくする。
【００６０】
また、ヘッド制御部４３は、パージ期間が終了すると同時に、アクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を開始する（振動期間の開始）。これにより、パージ動作が停止された直後において、個別インク流路１３２内のインクの流れが素早く整えられ、吐出口１０８からインクが無駄に漏れ出るのが抑制される。
【００６１】
その後、循環・パージ制御部４４は、パージポンプ８６を停止すると同時に大気連通バルブ８８を開にする。これにより、インク循環が停止する。また、これと同時に、ヘッド制御部４３が、インク振動信号をアクチュエータユニット２１に供給するのを停止する（振動期間の終了）。その後、循環バルブ８７を閉にする。
【００６２】
上述したように、インク循環、及び、パージ動作を順に実行することによって、インク流入流路７２に滞留している気泡及び異物を、下流側の流路（マニホールド流路１０５、及び、個別インク流路１３２など）に流し込むことなくインクジェットヘッド１外に排出することができる。
【００６３】
次に、ワイプ動作が開始されると、メンテナンス制御部４５が、図示しない移動機構によって４つのインクジェットヘッド１を上方に移動させた後、４つのワイパ部材３２の先端を対向する吐出面２ａに接触させつつ、各ワイパ部材３２を吐出面２ａに沿って主走査方向に移動させる。これにより、パージ動作によって吐出面２ａに付着した余分なインクが除去されると共に、吐出口１０８に形成されるメニスカスが整えられる。各吐出面２ａがワイプされた後、メンテナンス制御部４５は、４つのワイパ部材３２及び各インクジェットヘッド１を通常の位置に戻し、循環・パージ制御部４４が循環バルブ８７を開く。以上で、ワイプ動作が完了する。
【００６４】
以上のように、本実施形態のインクジェットプリンタ１０１によると、インク循環を行うことによって循環経路のうちパージポンプ８６からサブタンク８０に至るまでの流路内の圧力が高くなる。この状態で、循環バルブ８７を閉にすることによって、瞬時に流路内の圧力を高くしつつ吐出口１０８からインクを排出することができる。これにより、パージ開始時から全ての吐出口１０８に高い圧力が付与されてインクが排出されるため、吐出口１０８内の増粘したインク、気泡及び異物を効率よく排出することができると共に、インクが無駄に排出されるのを抑制することができる。さらに、循環期間中に吐出口１０８からインクを吐出することなく個別インク流路１３２内のインクを振動させるため、個別インク流路１３２の壁面に固着している気泡や異物を壁面から剥がして、排出しやすい状態にすることができる。これにより、パージ動作時において気泡や異物を効率よく排出することができる。
【００６５】
また、パージ期間においては、ヘッド制御部４３がアクチュエータユニット２１にインク振動信号を供給しないため、パージ期間において新たにインク振動が発生することがない。このため、インク振動が、個別インク流路１３２内のインクを吐出口１０８から排出させない方向に作用するのを抑制することができる。これにより、パージ動作において、吐出口１０８からのインクの排出がインク振動により阻害されるのを防止することができる。
【００６６】
このとき、ヘッド制御部４３が、循環期間においてアクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を停止した時から、パージ期間が開始される時まで、ヘッド制御部４３がアクチュエータユニット２１に振動抑制信号を供給することによって、パージ動作が開始される直前にインク振動が打ち消される。これにより、パージ動作時において吐出口１０８からの液体の排出がインク振動により阻害されるのを確実に防止することができる。
【００６７】
さらに、ヘッド制御部４３は、パージ期間が終了すると同時に、アクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を開始するため、パージ動作が停止された直後において、個別インク流路１３２内のインクの流れが素早く整えられ、吐出口１０８からインクが無駄に漏れ出るのが抑制される。
【００６８】
加えて、アクチュエータユニット２１が、吐出口１０８からインク滴を吐出するための吐出エネルギー、及び、個別インク流路１３２内のインクを振動させる振動エネルギーを発生させるピエゾ式アクチュエータであるため、振動エネルギーを発生させるための他の機構を別途設ける必要がなく、インクジェットヘッド１の低コスト化を図ることができる。
【００６９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。上述の実施形態では、ヘッド制御部４３が、循環期間においてアクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を停止した時から、パージ期間が開始される時までの期間、ヘッド制御部４３がアクチュエータユニット２１に振動抑制信号を供給する構成であるが、この期間に、アクチュエータユニット２１に振動抑制信号を供給しない構成であってもよい。これによると、パージ期間が開始されるまでの期間（図１１の振動抑制期間に相当）で、インク振動が減衰するため、パージ動作が開始される時に吐出口１０８からの液体の排出がインク振動により阻害されるのを防止することができる。この場合は、上述の実施形態のように、強制的に振動を減衰させるものではないので、上述と同程度の振動減衰効果を得るためには、アクチュエータユニット２１に振動抑制信号を供給しない期間を、図１１に示した振動抑制期間よりも長い期間とすることが必要となる。
【００７０】
上述の実施形態においては、ヘッド制御部４３が、パージ期間の全てにおいて、アクチュエータユニット２１に駆動信号を供給しない構成であるが、パージ期間の一部の期間において、アクチュエータユニット２１に駆動信号を供給する構成であってもよい。
【００７１】
さらに、上述の実施形態においては、インク振動期間が、パージ期間より前の循環期間と共に開始され、パージ期間が開始されるよりも所定時間前に終了する構成であるが、インク振動期間が、循環期間が開始される時より後に開始されてもよいし、パージ期間が開始されると同時に終了してもよい。
【００７２】
加えて、上述の実施形態においては、ヘッド制御部４３が、パージ期間が終了すると同時に、アクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を開始する構成であるが、パージ期間が終了した後に、アクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を行わない構成であってもよい。
【００７３】
また、上述の実施形態においては、アクチュエータユニット２１が、吐出口１０８からインク滴を吐出させるための吐出エネルギーを発生させるアクチュエータと、インク振動を発生させるアクチュエータとを兼ねている構成であるが、アクチュエータユニット２１以外のアクチュエータを別途設け、当該アクチュエータによりインク振動を発生させる構成であってもよい。
【００７４】
さらに、上述の実施形態においては、アクチュエータユニット２１が、ピエゾ式アクチュエータである構成であるが、サーマル式アクチュエータなど、他の方式のアクチュエータであってもよい。
【００７５】
本発明は、インク以外の液体を吐出する記録装置にも適用可能である。さらに、プリンタに限定されず、ファクシミリやコピー機などにも適用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１ インクジェットヘッド
１６ 制御装置
４３ ヘッド制御部
４４ 循環・パージ制御部
７２ インク流入流路
７２ａ 流入口
７３ 排気流路
７３ａ 流出口
７５ インク流出流路
８０ サブタンク
８１ インク補給管
８２ インク供給管
８３ インク帰還管
８６ パージポンプ
８７ 循環バルブ
８８ 大気連通バルブ
９０ インクタンク
１０１ インクジェットプリンタ
１０８ 吐出口
１３２ 個別インク流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吐出口から液体を吐出する液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の吐出口からインク滴を吐出させるインクジェットヘッドにおいては、インクジェットヘッド内のインク流路にポンプを用いてインクを強制的に供給することによって、吐出口近傍のインク流路に存在する気泡や増粘したインクを排出して吐出口のクリーニングを行う技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、三方弁を閉じて排出路を閉塞した後、供給ポンプを動作させてインクジェットヘッド内流路のインクを所定時間だけ加圧し、ノズルからインクを排出させてノズルのクリーニングを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
全ての吐出口から確実にインクを排出して吐出口のクリーニングをするためには、インク流路に付与するインク圧を高くする必要がある。しかしながら、ポンプの駆動が開始されてからインク流路におけるインク圧がその所望の圧力に達するまで時間がかかると、インクの排出抵抗（流路抵抗）が低い吐出口から順にインクが排出され、全ての吐出口から瞬時にインクを排出することができない。そのため、吐出口のクリーニング時に、吐出口から無駄にインクが排出される。
【０００５】
本発明の目的は、吐出口から液体と共に気泡や異物などを効率よく排出しつつ、液体が無駄に消費されるのを抑制することができる液体吐出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の液体吐出装置は、液体が流入する流入口と、液体が流出する流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通する内部流路と、液体を吐出するための複数の吐出口と、前記内部流路から分岐して前記複数の吐出口に至る複数の個別液体流路と、前記複数の個別液体流路内の液体に圧力を付与する圧力付与手段とを有する液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドに供給される液体を内部に貯溜するタンクと、前記タンクの内部と前記流入口とを連通する供給流路と、前記タンクの内部と前記流出口とを連通する帰還流路と、前記タンクに貯留された液体を、前記供給流路を介して前記内部流路に強制的に供給する供給手段と、前記帰還流路における流路抵抗値を所定の最小値と所定の最大値との間で調整可能な調整手段と、前記圧力付与手段、前記供給手段及び前記調整手段を制御する制御手段とを備えている。前記制御手段は、前記調節手段の調節により前記流路抵抗値を前記所定の最大値より減少させつつ前記供給手段を駆動させることにより、前記タンクの液体を前記供給流路、前記内部流路及び前記帰還流路の順に移送させるように循環させ、前記循環中に、前記調整手段を調整して前記流路抵抗値を増加させることにより、前記複数の吐出口から液体を排出させ、次に、前記排出中に、前記調整手段を調整して前記流路抵抗値を減少させることにより、前記複数の吐出口からの液体の排出を停止させる制御を行い、さらに、前記制御手段は、前記循環中に、前記圧力付与手段を制御して、前記複数の吐出口から液体を吐出させることなく前記複数の個別液体流路内の液体を振動させる。
【０００７】
本発明によると、循環を行うことによって、吐出口から液体が漏れ出さないようにしつつ内部流路に残留する気泡や異物などをタンク内に排出できる。この状態で、調整手段の調整により流路抵抗値を増加させることによって、瞬時に内部流路の圧力が高くなり、内部流路の液体が個別液体流路に流れ込む。これにより、吐出口から液体が排出される。このとき、排出開始時から全ての吐出口に高い圧力が付与されて液体が排出される。したがって、吐出口内の増粘した液体、気泡及び異物を効率よく排出することができると共に、液体が無駄に排出されるのを抑制することができる。さらに、循環中に複数の吐出口から液体を吐出することなく複数の個別液体流路内の液体を振動させるため、個別液体流路の壁面に固着している気泡や異物を壁面から剥がして、排出しやすい状態にすることができる。これにより、排出時において気泡や異物を効率よく排出することができる。
【０００８】
本発明においては、前記制御手段が、前記排出中に、前記圧力付与手段による前記複数の個別液体流路内の液体振動を行わせないことが好ましい。これによると、個別液体流路内の液体振動は、個別液体流路内の液体を吐出口から排出させない方向にも作用するため、排出中は液体振動を行わないようにすることにより、排出時において吐出口からの液体の排出が阻害されるのを防止することができる。
【０００９】
このとき、前記制御手段は、前記排出が開始される時の所定時間前から前記排出が完了するまでの間に、前記圧力付与手段による前記複数の個別液体流路内の液体振動を行わせないことがより好ましい。これによると、排出が開始される時の所定時間前から液体振動が行われないため、排出が開始される時までの所定時間の間に液体振動が減衰し、排出時において吐出口からの液体の排出が阻害されるのをさらに防止することができる。
【００１０】
本発明においては、前記制御手段が、前記排出が開始される直前に、前記複数の個別液体流路内の液体振動が打ち消されるように、前記圧力付与手段を駆動させることが好ましい。これによると、排出が開始される直前に液体振動が打ち消されるため、排出時において吐出口からの液体の排出が阻害されるのを確実に防止することができる。
【００１１】
また、本発明においては、前記制御手段が、前記排出中に、前記流路抵抗値を減少させることにより、前記複数の吐出口からの液体の排出を停止させるよう前記調整手段を制御するとともに、前記排出が完了すると同時に前記複数の個別液体流路内の液体振動が開始されるように、前記圧力付与手段を制御することが好ましい。これによると、排出が停止された直後において、個別液体流路内の液体の流れを素早く整えることができる。これにより、吐出口から液体が無駄に漏れ出るのをさらに抑制することができる。
【００１２】
さらに、本発明においては、前記圧力付与手段が、前記複数の吐出口から液体を吐出させるための吐出エネルギーを前記複数の個別液体流路内の液体に付与するピエゾ式アクチュエータであることが好ましい。これによると、圧力付与手段が、吐出口から液体を吐出させる機能と、液体振動を行わせる機能とを有しているため、液体振動を行わせる機能を有する機構を別途設ける必要がなく、液体吐出ヘッドの低コスト化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、循環を行うことによって、吐出口から液体が漏れ出さないようにしつつ内部流路に残留する気泡や異物などをタンク内に排出できる。この状態で、調整手段の調整により流路抵抗値を増加させることによって、瞬時に内部流路の圧力が高くなり、内部流路の液体が個別液体流路に流れ込む。これにより、吐出口から液体が排出される。このとき、排出開始時から全ての吐出口に高い圧力が付与されて液体が排出される。したがって、吐出口内の増粘した液体、気泡及び異物を効率よく排出することができると共に、液体が無駄に排出されるのを抑制することができる。さらに、循環中に複数の吐出口から液体を吐出することなく複数の個別液体流路内の液体を振動させるため、個別液体流路の壁面に固着している気泡や異物を壁面から剥がして、排出しやすい状態にすることができる。これにより、排出時において気泡や異物を効率よく排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るインクジェットプリンタの概略平面図である。
【図２】図１に示すインクジェットヘッド及びインク供給ユニットの断面図である。
【図３】図２に示すヘッド本体の平面図である。
【図４】図３に示す一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。
【図５】図４に示すV-V線の断面図である。
【図６】図５に示すアクチュエータユニットの部分拡大断面である。
【図７】図２に示すパージポンプの動作特性を示すグラフである。
【図８】図１に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図９】（ａ）図８に示すヘッド制御部が生成する吐出駆動信号の波形図である。（ｂ）図８に示すヘッド制御部が生成するメニスカス振動信号の波形図である。（ｃ）図８に示すヘッド制御部が生成する振動抑制信号の波形図である。
【図１０】図８に示す循環・パージ制御部がインク循環を行ったときのインクの流れを示す図である。
【図１１】図１に示すインクジェットプリンタの動作シーケンスを示す図である。
【図１２】図８に示す循環・パージ制御部によるパージ動作におけるインク流量の変化示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
インクジェットプリンタ１０１は、図１に示すように、図１上方から下方に向かって用紙Ｐを搬送する搬送ユニット２０と、搬送ユニット２０によって搬送された用紙Ｐに、ブラック、マゼンタ、シアン、イエローのインク滴をそれぞれ吐出する４つのインクジェットヘッド１と、インクジェットヘッド１にインクを供給する４つのインク供給ユニット１０と、インクジェットヘッド１のメンテナンスを行うメンテナンスユニット３１と、インクジェットプリンタ１０１全体を制御する制御装置１６とを有している。なお、本実施形態において、副走査方向とは搬送ユニット２０で用紙Ｐを搬送するときの搬送方向と平行な方向であり、主走査方向とは副走査方向に直交する方向であって水平面に沿った方向である。
【００１７】
搬送ユニット２０は、２つのベルトローラ６、７と、両ローラ６、７間に架け渡されるように巻回されたエンドレスの搬送ベルト８とを有している。ベルトローラ７は、駆動ローラであって、図示しない搬送モータから駆動力が与えられることで回転する。ベルトローラ６は、従動ローラであって、ベルトローラ７の回転により搬送ベルト８が走行するのに伴って回転する。搬送ベルト８の外周面に載置された用紙Ｐは、図１下方へと搬送される。
【００１８】
４つのインクジェットヘッド１は、それぞれ主走査方向に沿って延在し、副走査方向には互いに平行に配置されている。すなわち、インクジェットプリンタ１０１は、主走査方向にインク滴が吐出される複数の吐出口１０８が配列されたライン式のカラーインクジェットプリンタである。各インクジェットヘッド１の下面は、複数の吐出口１０８が配列された吐出面２ａとなっている（図２〜図４参照）。
【００１９】
搬送ベルト８の上側ループの外周面と吐出面２ａとが対向しつつ平行となっている。搬送ベルト８によって搬送されてきた用紙Ｐが４つのインクジェットヘッド１の下方を通過する際に、各インクジェットヘッド１から用紙Ｐの上面に向けて各色のインク滴が順に吐出され、用紙Ｐ上に所望のカラー画像が形成される。
【００２０】
インク供給ユニット１０は、インクジェットヘッド１の下面の図１左方端部近傍に接続されており、接続されたインクジェットヘッド１にインクを供給する。
【００２１】
メンテナンスユニット３１は、４つのワイパ部材３２を有している。４つのワイパ部材３２は、後述のメンテナンス動作に係るワイプ動作において、インクジェットヘッド１の吐出面２ａをワイプする弾性部材であり、図示しないアクチュエータによって、主走査方向に沿って往復移動可能となっている（図１矢印参照）。
【００２２】
次に、図２を参照しつつ、インクジェットヘッド１について詳細に説明する。図２に示すように、インクジェットヘッド１は、リザーバユニット７１と、ヘッド本体２とを有している。
【００２３】
リザーバユニット７１は、ヘッド本体２の上面に固定されており、ヘッド本体２にインクを供給する流路形成部材である。また、リザーバユニット７１は、その内部に、インク流入流路７２、１０個のインク流出流路７５及び排気流路７３が形成されている。なお、図２においては、１つのインク流出流路７５のみが表れている。
【００２４】
インク流入流路７２は、リザーバユニット７１の下面に開口する流入口７２ａを介して、インク供給ユニット１０からのインクが流入する流路である。インク流入流路７２は、流入したインクを一時的に貯溜するインクリザーバとしての機能を有する。インク流入流路７２の内壁面にはリザーバユニット７１の外壁面まで貫通する穴７２ｂが形成されている。可撓性を有する樹脂フィルム７６により、リザーバユニット７１の外壁面側から封止されている。つまり、樹脂フィルム７６が、インク流入流路７２の内壁面の一部となっている。樹脂フィルム７６は、インク流入流路７２におけるインク圧の変動に伴って変位するため、インク圧の変動を抑制するダンパーとして機能する。樹脂フィルム７６を用いることによって、ダンパーを安価な構成で実現することができる。なお、通常印刷時においては、樹脂フィルム７６はインク流入流路７２内に向かって僅かに凸となった状態となっている。リザーバユニット７１の外壁面には、穴７２ｂを覆うように板形状の規制部材７７が固定されており、樹脂フィルム７６がリザーバユニット７１の外側に向かって凸となるのを規制している。これにより、インク流入流路７２のインク圧が異常に高くなったとき、樹脂フィルム７６が過剰に変位して破損するのが防止される。規制部材７７には、大気連通孔７７ａが形成されており、規制部材７７と樹脂フィルム７６との間が常に大気圧となっている。これにより、樹脂フィルム７６が変位し易くなっている。
【００２５】
インク流出流路７５は、フィルタ７５ａを介してインク流入流路７２と連通していると共に、ヘッド本体２の流路ユニット９の上面に形成されたインク供給口１０５ｂに連通している（図３参照）。フィルタ７５ａは、インク流入流路７２におけるインクの流れる方向（図２左右方向）に沿って延在している。通常印刷時においては、インク供給ユニット１０からのインクは、インク流入流路７２に流入し、インク流出流路７５を通過して、インク供給口１０５ｂから流路ユニット９に供給される。
【００２６】
排気流路７３は、インク流入流路７２におけるフィルタ７５ａの上流側においてインク流入流路７２と連通していると共に、リザーバユニット７１の下面に形成された流出口７３ａを介してインク供給ユニット１０に接続されている。
【００２７】
排気流路７３の下方側内壁面にはリザーバユニット７１の外壁面まで貫通する穴７３ｂが形成されている。また、可撓性を有する樹脂フィルム７８により、リザーバユニット７１の下方の外壁面側から封止されている。つまり、樹脂フィルム７８が、排気流路７３の内壁面の一部となっている。樹脂フィルム７８は、排気流路７３のインク圧の変動に伴って変位するため、インク圧の変動を抑制するダンパーとして機能する。樹脂フィルム７８を用いることによって、ダンパーを安価な構成で実現することができる。なお、通常印刷時においては、樹脂フィルム７８は排気流路７３内に向かって僅かに凸となった状態となっている。リザーバユニット７１の下方の外壁面には、穴７３ｂを覆うように板形状の規制部材７９が固定されており、樹脂フィルム７８がリザーバユニット７１の外側に向かって凸となるのを規制している。これにより、排気流路７３のインク圧が異常に高くなったとき、樹脂フィルム７８が過剰に変位して破損するのが防止される。規制部材７９には、大気連通孔７９ａが形成されており、規制部材７９と樹脂フィルム７８との間が常に大気圧となっている。これにより、樹脂フィルム７８が変位し易くなっている。後述のインク循環時においては、インク供給ユニット１０からのインクが、流入口７２ａを介してインク流入流路７２に流入し、インク流入流路７２から排気流路７３を通過して、流出口７３ａを介してインク供給ユニット１０に還流する（図１０参照）。
【００２８】
さらに、図３〜図５を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。なお、図４では説明の都合上、アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき圧力室１１０、アパーチャ１１２及び吐出口１０８を実線で描いている。
【００２９】
ヘッド本体２は、図３に示すように、流路ユニット９と、流路ユニット９の上面に固定された４つのアクチュエータユニット２１とを有している。流路ユニット９は、図４に示すように、圧力室１１０等を含むインク流路が内部に形成されている。アクチュエータユニット２１は、各圧力室１１０に対応した複数のユニモルフ型のアクチュエータを含んでおり、圧力室１１０内のインクに選択的に吐出エネルギーを付与する機能を有する。
【００３０】
流路ユニット９は、図５に示すように、ステンレス鋼からなる金属製のプレート１２２〜１３０を互いに位置合わせしつつ積層することによって、流路ユニット９内に、マニホールド流路１０５から圧力室１１０を経て吐出口１０８に至る流路が形成された積層体である。図３に示すように、流路ユニット９の上面には、リザーバユニット７１のインク流出流路７５（図２参照）に連通する計１０個のインク供給口１０５ｂが開口している。図４に示すように、流路ユニット９の内部には、インク供給口１０５ｂに連通するマニホールド流路１０５、及び、マニホールド流路１０５に含まれる複数の副マニホールド流路１０５ａが形成されている。さらに、図５に示すように、流路ユニット９の内部には、各副マニホールド流路１０５ａから分岐しつつ、圧力室１１０を介して吐出面２ａに開口する吐出口１０８に至る複数の個別インク流路１３２が形成されている。吐出面２ａには複数の吐出口１０８がマトリクス状に配置されている。
【００３１】
流路ユニット９におけるインクの流れについて説明する。図３〜図５に示すように、通常印刷時においては、リザーバユニット７１のインク流出流路７５からインク供給口１０５ｂに供給されたインクは、マニホールド流路１０５の副マニホールド流路１０５ａに分配される。副マニホールド流路１０５ａ内のインクは、アパーチャ１１２を経由して各個別インク流路１３２に流れ込み、圧力室１１０を介して吐出口１０８に至る。
【００３２】
次に、アクチュエータユニット２１について説明する。図６に示すように、アクチュエータユニット２１は、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる３枚の圧電シート１４１〜１４３から構成されているピエゾ式アクチュエータである。最上層の圧電シート１４１はその厚み方向に分極されている。また、圧電シート１４１の上面には、複数の個別電極１３５が形成されている。圧電シート１４１とその下側の圧電シート１４２との間にはシート全面に形成された共通電極１３４が介在している。複数の個別電極１３５と共通電極１３４とが圧電シート１４１を挟持している。
【００３３】
個別電極１３５は、圧力室１１０と対向している。個別電極１３５の先端には個別電極１３５と電気的に接続された個別ランド１３６が設けられている。個別電極１３５を共通電極１３４と異なる電位にして圧電シート１４１に分極方向の電界が印加されると、圧電シート１４１における電界印加部分が圧電効果により歪む駆動活性部として働く。これに対応して、個別電極１３５と圧力室１１０とで挟まれた部分が、個別のアクチュエータとして働く。つまり、アクチュエータユニット２１は、圧力室１１０の数に対応した複数のアクチュエータが作り込まれた圧電素子である。
【００３４】
共通電極１３４は、すべての圧力室１１０に対応する領域において等しくグランド電位が付与されている。一方、個別電極１３５には駆動信号が供給される。
【００３５】
ここで、アクチュエータユニット２１の駆動方法について述べる。例えば、分極方向と電界の印加方向とが同じであれば、駆動活性部は分極方向に直交する方向（平面方向）に縮む。ここで、アクチュエータユニット２１は、圧力室１１０から離れた上側１枚の圧電シート１４１を駆動活性部が含まれる層とし、且つ圧力室１１０に近い下側２枚の圧電シート１４２、１４３を非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプのアクチュエータである。圧電シート１４１〜１４３は圧力室１１０を画定するプレート１２２の上面に固定されているため、電界印加部分（駆動活性部）が平面方向に縮んでその下方の圧電シート１４２、１４３との間で平面方向への歪みに差が生じると、圧電シート１４１〜１４３全体が圧力室１１０側へ凸になるように変形（ユニモルフ変形）する。これにより圧力室１１０内のインクに圧力（吐出エネルギー）が付与され、ノズル１０８からインク滴が吐出される。
【００３６】
なお、本実施形態においては、予め個別電極１３５に所定の電位を付与しておき、吐出要求があるごとに一旦個別電極１３５をグランド電位にした後、所定のタイミングで再び個別電極１３５に所定の電位を付与するような駆動信号が供給される（図９（ａ）参照）。この場合、個別電極１３５がグランド電位となるタイミングで圧電シート１４１〜１４３が元の状態に戻り、圧力室１１０の容積は初期状態（予め電圧が印加された状態）と比較して増加し、副マニホールド流路１０５ａから個別インク流路１３２へとインクが吸い込まれる。その後、再び個別電極１３５に所定の電位が付与されたタイミングで圧電シート１４１〜１４３において活性領域と対向する部分が圧力室１１０側に凸となるように変形し、圧力室１１０の容積低下によりインクの圧力が上昇し、ノズル１０８からインク滴が吐出される。
【００３７】
インク供給ユニット１０について詳細に説明する。図２に示すように、インク供給ユニット１０は、サブタンク８０と、サブタンク８０に接続されたインク補給管８１と、インク補給管８１に設けられた補給ポンプ９１及び補給バルブ９２と、インク供給管８２及びインク帰還管８３と、インク供給管８２に設けられたパージポンプ８６と、インク帰還管８３に設けられた循環バルブ８７と、サブタンク８０に接続された大気連通バルブ８８とを有している。
【００３８】
サブタンク８０は、インクジェットヘッド１に供給されるインクを貯溜するものであり、サブタンク８０のインク量が少なくなった時、補給バルブ９２が開弁され且つ補給ポンプ９１が駆動されることで、インクタンク９０に貯溜されたインクがインク補給管８１を介して補給される。大気連通バルブ８８は、サブタンク８０内と大気とを連通（以下、開と称する）又は遮断（以下、閉と称する）する。通常印刷時においては、大気連通バルブ８８が開となっており、サブタンク８０内と大気とを連通している。これにより、サブタンク８０内の気圧が、貯溜しているインクの量にかかわらず常に大気圧となり、安定したインク供給を可能にする。
【００３９】
インク供給管８２の一端はサブタンク８０に接続されており、他端はジョイント８２ａを介してリザーバユニット７１の流入口７２ａに接続されている。これにより、サブタンク８０のインクがインク供給管８２を介してリザーバユニット７１のインク流入流路７２に供給される。パージポンプ８６は、駆動することによって、サブタンク８０のインクを、インク供給管８２を介してインク流入流路７２に強制的に供給する供給手段として機能する。また、パージポンプ８６は、インク供給管８２においてジョイント８２ａからサブタンク８０に向かってインクが流れるのを防止する逆止弁として機能する。なお、パージポンプ８６が停止している場合であっても、サブタンク８０のインクは、インク供給管８２を流れてリザーバユニット７１に供給可能となっている。パージポンプ８６は、容積型ポンプである三相ダイヤフラムポンプであり、図７に示すように、３つのダイヤフラムが互いに異なる位相で駆動し、インクを排出することによって、インク送出時の圧力変動を抑制する構成となっている。
【００４０】
図２に示すように、インク帰還管８３の一端はサブタンク８０に接続されており、他端はジョイント８３ａを介してリザーバユニット７１の流出口７３ａに接続されている。循環バルブ８７は、インク帰還管８３における流路抵抗値を所定の最小値（以下、開と称する）と所定の最大値（以下、閉と称する）との間で調整可能な調整手段である。なお、本実施形態においては、循環バルブ８７は、完全解放である開と、完全遮断（インクの通過が禁止される）である閉との切り替えを行う開閉弁であるが、流路抵抗値を任意の値で調整可能な流路制御弁であってもよい。
【００４１】
次に、図８を参照しつつ、制御装置１６について説明する。制御装置１６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが実行するプログラム及びこれらプログラムに使用されるデータを書き替え可能に記憶するＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）と、プログラム実行時にデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）とを含んでいる。制御装置１６を構成する各機能部は、これらハードウェアとＥＥＰＲＯＭ内のソフトウェアとが協働して構築されている。制御装置１６は、インクジェットプリンタ１０１全体を制御するものであり、搬送制御部４１と、画像データ記憶部４２と、ヘッド制御部４３と、不吐出時間検出部４６と、循環・パージ制御部４４と、メンテナンス制御部４５とを有している。
【００４２】
搬送制御部４１は、用紙Ｐが搬送方向に沿って所定の速度で搬送されるように搬送ユニット２０の搬送モータを制御する。画像データ記憶部４２は、用紙Ｐに印刷すべき画像に関する画像データを記憶する。
【００４３】
ヘッド制御部４３は、通常印刷時において、画像データに基づいて、生成した吐出駆動信号をアクチュエータユニット２１に供給する。図９（ａ）に示すように、吐出駆動信号は、１印刷周期において電位Ｖ１から所定時間グランド電位Ｖ０となるパルスを含む信号である。このパルス幅ｔは、圧力波が副マニホールド流路１０５ａの出口から吐出口１０８に至る距離ＡＬ（Acoustic Length）長を伝播する時間と等しい。なお、図９（ａ）の波形は、小滴のインク滴を吐出するときの波形であり、１つのパルスを有している。中滴のインク滴を吐出するときの波形は、２つのパルスを連続して並べて構成し、大滴のインク滴を吐出するときの波形は、３つのパルスを連続して並べて構成する。
【００４４】
また、ヘッド制御部４３は、後述のメンテナンス動作において、全ての個別インク流路１３２内のインクを、吐出口１０８からインクを漏れ出させることなく振動させる（インク振動）インク振動信号をアクチュエータユニット２１に供給する。インク振動を行うことにより、個別インク流路１３２内において、壁面に固着している気泡や異物が、壁面から剥がされる。なお、図９（ｂ）に示すように、メニスカス振動信号は、電位Ｖ１から所定時間グランド電位Ｖ０となるパルスが所定の周期で繰り返される信号である。このパルス幅は、圧力波がＡＬ長を伝播する時間の１／３以下であることが好ましい。
【００４５】
さらに、ヘッド制御部４３は、後述のメンテナンス動作において、アクチュエータユニット２１にインク振動信号を供給することで各個別インク流路１３２内に発生させたインク振動を抑制するための振動抑制信号をアクチュエータユニット２１に供給する。駆動抑制信号の波形は、図９（ｃ）に示すように、インク振動信号の波形に係る逆位相の波形を有している。個別インク流路１３２内に、図９（ｂ）のメニスカス振動信号によるインク振動が発生しているときに、アクチュエータユニット２１に、図９（ｂ）とは逆位相の信号である図９（ｃ）の駆動抑制信号が供給されることによって、アクチュエータユニット２１が、インク振動を打ち消すように変位する。
【００４６】
不吐出時間検出部４６は、過去の吐出履歴から各インクジェットヘッド１について、最後に吐出口１０８からインク滴が吐出されてから現在に至るまでの経過時間を検出する。具体的には、ヘッド制御部４３から出力される吐出駆動信号あるいは画像データ記憶部４２のデータに基づいて経過時間を検出する。
【００４７】
循環・パージ制御部４４は、後述のメンテナンス動作において、各インク供給ユニット１０のパージポンプ８６、循環バルブ８７及び大気連通バルブ８８の動作を制御するものである。具体的な動作内容については後述する。なお、循環・パージ制御部４４は、インク補給のために補給ポンプ９１と補給バルブ９２も制御しているが、図８では省略している。
【００４８】
メンテナンス制御部４５は、後述のメンテナンス動作において、メンテナンスユニット３１の動作を制御するものである。
【００４９】
図１０〜図１２を参照しつつ、メンテナンス動作について説明する。メンテナンス動作は、インクジェットヘッド１のメンテナンスを行う動作であり、インクジェットプリンタ１０１が起動されたとき、印刷を行わない待機時間が一定時間を超えたとき、及び、ユーザから指示があったときなどに開始される。待機時及び通常印刷時には、パージポンプ８６が停止しており、循環バルブ８７が閉になっており、大気連通バルブ８８が開となっており、また、補給ポンプ９１は停止しており、補給バルブ９２が閉となっている（図２参照）。
【００５０】
図１０及び図１１に示すように、メンテナンス動作が開始されると、循環・パージ制御部４４は、循環バルブ８７を開にする。その後、ヘッド制御部４３が、アクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を開始する（インク振動期間の開始）。これにより、全ての個別インク流路１３２内にインク振動が発生する。個別インク流路１３２内にインク振動が発生することにより、個別インク流路１３２内において、壁面に固着している気泡や異物が、壁面から剥がされて浮遊する。
【００５１】
これと同時に、循環・パージ制御部４４は、大気連通バルブ８８を閉にすると同時にパージポンプ８６の駆動を開始する（循環期間の開始）。これにより、サブタンク８０のインクが、インク供給管８２を介してインク流入流路７２に強制的に供給される。このとき、循環バルブ８７が開になっているため、インク流入流路７２から排気流路７３及びインク帰還管８３を通過してサブタンク８０に至る経路における流路抵抗が、インク流入流路７２からインク流出流路７５及びマニホールド流路１０５を経由して各吐出口１０８に至る経路の流路抵抗より小さくなる。このため、インク流入流路７２に供給されたインクが、インク流出流路７５に流れ込むことなく、排気流路７３及びインク帰還管８３を順に通過してサブタンク８０に帰還するインク循環が行われる。インク循環が行われることによって、循環経路のうちパージポンプ８６からサブタンク８０に至るまでの流路内のインクの圧力が高くなり、インク循環によるインク流れにより、インク流入流路７２内に滞留している気泡及び異物、特にフィルタ７５ａ上に滞留している気泡及び異物が、インクと共に排気流路７３及びインク帰還管８３を順に通過してサブタンク８０にトラップされる。
【００５２】
インク循環において、気泡及び異物を効率よくサブタンク８０まで移動させるには、パージポンプ８６における単位時間当りのインク流量を、吐出口１０８に形成されたインクのメニスカスが壊れて（メニスカスブレーク）吐出口１０８からインクが漏れ出る流量（メニスカスブレーク流量）以下の範囲で高くする必要がある（図１２参照）。なお、メニスカスブレーク流量は、インクジェットヘッド１に係る流路構造、インクジェットプリンタ１０１内におけるインクジェットヘッド１とサブタンク８０との高さ関係、インクの粘度などから算出した値、又は、実測により得られた値である。なお、パージポンプ８６における単位時間当りのインク流量は、メニスカスブレーク流量未満、且つ、後に吐出口１０８からインクがパージされるときに、排気流路７３のインク流れを急に塞ぐことで、排気流路７３内およびインク流入流路７２内のインク圧力が急上昇し、個別インク流路１３２内に滞留している気泡や異物がインクと共に吐出口１０８から排出可能な流量（回復可能流量）以上となっている。なお、回復可能流量は、実測により得られた値であり、予め記憶されている。別の観点から、循環バルブ８７を閉じた状態で、パージポンプ８６の駆動をインク流量が回復可能流量となるように開始した場合に、個別インク流路１３２内に滞留している気泡や異物がインクと共に全ての吐出口１０８から排出可能な流量を回復可能流量ということもできる。つまり、回復可能流量未満でパージポンプ８６を駆動した場合は、気泡や増粘したインクが少ない個別インク流路１３２に係る吐出口１０８のみからインクが排出され続け、排出期間を長くしても、全ての吐出口１０８から気泡や異物と共にインクが排出されない可能性がある。
【００５３】
図１０に示すように、インク循環を行っているときは、通常印刷時と比較してインク流入流路７２及び排気流路７３内のインク圧が高くなるため、インク流入流路７２の樹脂フィルム７６が規制部材７７に密着し、排気流路７３の樹脂フィルム７８が規制部材７９に密着する。
【００５４】
また、大気連通バルブ８８が閉になっている期間においては、サブタンク８０内が負圧になる。サブタンク８０内が負圧になることによって、インク流入流路７２のインクが排気流路７３を介してサブタンク８０内に吸引され、大気連通バルブ８８が開になっている場合と比較して、インク流出流路７５にインクが流れ込み難くなる。これにより、メニスカスブレークが起こり難くなる。そのため、大気連通バルブ８８が開になっている場合よりも、インク流入流路７２内の圧力が、メニスカスブレークが起こる圧力（メニスカスブレーク圧力）に近接するように、単位時間当りのインク流量を高くすることができる。つまり、循環中のインク流入流路７２の流路内圧力が同じとすると、大気連通バルブ８８が閉になっている場合は、大気連通バルブ８８が開になっている場合よりもインク流量が多くなり、大気連通バルブ８８が閉になっている場合は、パージ期間におけるインク流入流路７２の流路内圧力を大気連通バルブ８８が開になっている場合よりも大きくすることができるので、個別インク流路内に滞留している気泡や異物をインクと共に吐出口１０８から効率よく排出することができる。この単位時間当りのインク流量は、インク循環中において、大気連通バルブ８８が開になっているときに吐出口１０８からインクが漏れ出さない最大の量を超え、且つ、大気連通バルブ８８が閉になっているときに吐出口１０８からインクが漏れ出さない最大の量以下である。なお、図１１において、インク流入流路７２に係る流路内圧力変化を示す実線波形は、インク循環において大気連通バルブ８８を閉として、上述のようにインク供給量を高くした場合（本実施形態）の流路内圧力変化を示しており、破線波形は、インク循環において大気連通バルブ８８が開になっている場合（インク供給量は高くされていない）の流路内圧力変化を示している。
【００５５】
パージポンプ８６における単位時間当りのインク流量が回復可能流量以上で安定した後に、ヘッド制御部４３が、アクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を停止（インク振動期間の終了）すると同時に、アクチュエータユニット２１に対して振動抑制信号の供給を開始する（振動抑制期間の開始）。これにより、インク振動期間において各個別インク流路１３２内に発生したインク振動が打ち消されるように、アクチュエータユニット２１が変位する。アクチュエータユニット２１に対する振動抑制信号の供給が開始されてから所定時間が経過すると、個別インク流路１３２内のインク振動が停止する。そして、ヘッド制御部４３が、アクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を停止する（振動抑制期間の終了）。
【００５６】
振動抑制期間が終了すると同時に、パージ動作が開始される。循環・パージ制御部４４は、図１０及び図１１に示すように、循環バルブ８７を閉にすると同時に大気連通バルブ８８を開にする。これにより、インク循環が停止し（循環期間の終了）、インク流入流路７２に供給されたインクが、排気流路７３に流れ込むことなく、インク流出流路７５に流れ込み、マニホールド流路１０５及び各個別インク流路を順に通過し、吐出口１０８から排出される（パージ期間の開始）。排出されたインクは、図示しない廃液トレイに受け止められる。
【００５７】
このように、パージポンプ８６における単位時間当りのインク流量が回復可能流量以上でインク循環が行われている状態で、循環バルブ８７を閉とすることでパージ動作が開始（インパクトパージ）されるため、パージ開始直後から、インク流入流路７２におけるインク圧が高い状態となり、吐出口１０８内の増粘したインク、滞留している気泡及び異物を、吐出口１０８から効率よく排出することができる。この点、図１２に示すように、このようなインパクトパージを行わない場合、つまり、インク循環をさせることなく、循環バルブ８７を閉じた状態でパージポンプ８６の駆動を開始し、吐出口１０８からインクを排出させる従来例（インパクトパージ無）の場合には、各個別インク流路１３２内のインク圧力が、全ての吐出口１０８からインクが排出される圧力を超えるまでの到達時間が長くなり、この到達時間に達するまでは、吐出口１０８からインクが無駄に排出される。つまり、気泡や増粘したインクが少ない個別インク流路１３２に係る吐出口１０８からのみインクが排出されるので、インクが無駄に排出されることになる。また、循環バルブ８７を閉にすると同時に大気連通バルブ８８が開にされるため、サブタンク８０内が強制的に大気圧となり、インクが排出されるに伴ってサブタンク８０内の圧力が低下するのを抑制することができる。インクが排出される際にサブタンク８０内が大気と遮断されている場合は、サブタンク８０内へのインク流入がなされないので、インク排出に伴ってインク内が急激に負圧となり、パージポンプ８６の作動が阻害されることも考えられるが、インクが排出される際にサブタンク８０を大気と連通させておけば、パージポンプ８６の作動阻害のおそれを解消できる。
【００５８】
また、パージ動作においては、先のインク振動によって、個別インク流路１３２の壁面から気泡及び異物が剥がされることで、個別インク流路１３２内に浮遊しているため、気泡及び異物がインクと共に吐出口１０８から効率よく排出される。
【００５９】
循環・パージ制御部４４は、所定のパージ量のインクが吐出口１０８から排出されると、再び、循環バルブ８７を開にすると同時に大気連通バルブ８８を閉にすることによってパージ動作を停止させる（パージ期間の終了）。パージポンプ８６によるインク供給は引き続き継続されているので、これと同時に、再びインク循環が開始される。なお、所定のパージ量は、パージポンプ８６における単位時間当りのインク流量及びパージ期間の長さによって決定される。所定のパージ量を排出するための単位時間当りのインク流量及びパージ期間の長さについては実験的に求められ、予め記憶されている。循環・パージ制御部４４は、温度センサ３５によって検出された温度が高くなるに伴って、又は、不吐出時間検出部４６によって検出された経過時間が長くなるに伴って、循環期間を長くすると共にパージ量を大きくする。
【００６０】
また、ヘッド制御部４３は、パージ期間が終了すると同時に、アクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を開始する（振動期間の開始）。これにより、パージ動作が停止された直後において、個別インク流路１３２内のインクの流れが素早く整えられ、吐出口１０８からインクが無駄に漏れ出るのが抑制される。
【００６１】
その後、循環・パージ制御部４４は、パージポンプ８６を停止すると同時に大気連通バルブ８８を開にする。これにより、インク循環が停止する。また、これと同時に、ヘッド制御部４３が、インク振動信号をアクチュエータユニット２１に供給するのを停止する（振動期間の終了）。その後、循環バルブ８７を閉にする。
【００６２】
上述したように、インク循環、及び、パージ動作を順に実行することによって、インク流入流路７２に滞留している気泡及び異物を、下流側の流路（マニホールド流路１０５、及び、個別インク流路１３２など）に流し込むことなくインクジェットヘッド１外に排出することができる。
【００６３】
次に、ワイプ動作が開始されると、メンテナンス制御部４５が、図示しない移動機構によって４つのインクジェットヘッド１を上方に移動させた後、４つのワイパ部材３２の先端を対向する吐出面２ａに接触させつつ、各ワイパ部材３２を吐出面２ａに沿って主走査方向に移動させる。これにより、パージ動作によって吐出面２ａに付着した余分なインクが除去されると共に、吐出口１０８に形成されるメニスカスが整えられる。各吐出面２ａがワイプされた後、メンテナンス制御部４５は、４つのワイパ部材３２及び各インクジェットヘッド１を通常の位置に戻し、循環・パージ制御部４４が循環バルブ８７を開く。以上で、ワイプ動作が完了する。
【００６４】
以上のように、本実施形態のインクジェットプリンタ１０１によると、インク循環を行うことによって循環経路のうちパージポンプ８６からサブタンク８０に至るまでの流路内の圧力が高くなる。この状態で、循環バルブ８７を閉にすることによって、瞬時に流路内の圧力を高くしつつ吐出口１０８からインクを排出することができる。これにより、パージ開始時から全ての吐出口１０８に高い圧力が付与されてインクが排出されるため、吐出口１０８内の増粘したインク、気泡及び異物を効率よく排出することができると共に、インクが無駄に排出されるのを抑制することができる。さらに、循環期間中に吐出口１０８からインクを吐出することなく個別インク流路１３２内のインクを振動させるため、個別インク流路１３２の壁面に固着している気泡や異物を壁面から剥がして、排出しやすい状態にすることができる。これにより、パージ動作時において気泡や異物を効率よく排出することができる。
【００６５】
また、パージ期間においては、ヘッド制御部４３がアクチュエータユニット２１にインク振動信号を供給しないため、パージ期間において新たにインク振動が発生することがない。このため、インク振動が、個別インク流路１３２内のインクを吐出口１０８から排出させない方向に作用するのを抑制することができる。これにより、パージ動作において、吐出口１０８からのインクの排出がインク振動により阻害されるのを防止することができる。
【００６６】
このとき、ヘッド制御部４３が、循環期間においてアクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を停止した時から、パージ期間が開始される時まで、ヘッド制御部４３がアクチュエータユニット２１に振動抑制信号を供給することによって、パージ動作が開始される直前にインク振動が打ち消される。これにより、パージ動作時において吐出口１０８からの液体の排出がインク振動により阻害されるのを確実に防止することができる。
【００６７】
さらに、ヘッド制御部４３は、パージ期間が終了すると同時に、アクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を開始するため、パージ動作が停止された直後において、個別インク流路１３２内のインクの流れが素早く整えられ、吐出口１０８からインクが無駄に漏れ出るのが抑制される。
【００６８】
加えて、アクチュエータユニット２１が、吐出口１０８からインク滴を吐出するための吐出エネルギー、及び、個別インク流路１３２内のインクを振動させる振動エネルギーを発生させるピエゾ式アクチュエータであるため、振動エネルギーを発生させるための他の機構を別途設ける必要がなく、インクジェットヘッド１の低コスト化を図ることができる。
【００６９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。上述の実施形態では、ヘッド制御部４３が、循環期間においてアクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を停止した時から、パージ期間が開始される時までの期間、ヘッド制御部４３がアクチュエータユニット２１に振動抑制信号を供給する構成であるが、この期間に、アクチュエータユニット２１に振動抑制信号を供給しない構成であってもよい。これによると、パージ期間が開始されるまでの期間（図１１の振動抑制期間に相当）で、インク振動が減衰するため、パージ動作が開始される時に吐出口１０８からの液体の排出がインク振動により阻害されるのを防止することができる。この場合は、上述の実施形態のように、強制的に振動を減衰させるものではないので、上述と同程度の振動減衰効果を得るためには、アクチュエータユニット２１に振動抑制信号を供給しない期間を、図１１に示した振動抑制期間よりも長い期間とすることが必要となる。
【００７０】
上述の実施形態においては、ヘッド制御部４３が、パージ期間の全てにおいて、アクチュエータユニット２１に駆動信号を供給しない構成であるが、パージ期間の一部の期間において、アクチュエータユニット２１に駆動信号を供給する構成であってもよい。
【００７１】
さらに、上述の実施形態においては、インク振動期間が、パージ期間より前の循環期間と共に開始され、パージ期間が開始されるよりも所定時間前に終了する構成であるが、インク振動期間が、循環期間が開始される時より後に開始されてもよいし、パージ期間が開始されると同時に終了してもよい。
【００７２】
加えて、上述の実施形態においては、ヘッド制御部４３が、パージ期間が終了すると同時に、アクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を開始する構成であるが、パージ期間が終了した後に、アクチュエータユニット２１に対するインク振動信号の供給を行わない構成であってもよい。
【００７３】
また、上述の実施形態においては、アクチュエータユニット２１が、吐出口１０８からインク滴を吐出させるための吐出エネルギーを発生させるアクチュエータと、インク振動を発生させるアクチュエータとを兼ねている構成であるが、アクチュエータユニット２１以外のアクチュエータを別途設け、当該アクチュエータによりインク振動を発生させる構成であってもよい。
【００７４】
さらに、上述の実施形態においては、アクチュエータユニット２１が、ピエゾ式アクチュエータである構成であるが、サーマル式アクチュエータなど、他の方式のアクチュエータであってもよい。
【００７５】
本発明は、インク以外の液体を吐出する記録装置にも適用可能である。さらに、プリンタに限定されず、ファクシミリやコピー機などにも適用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１ インクジェットヘッド
１６ 制御装置
４３ ヘッド制御部
４４ 循環・パージ制御部
７２ インク流入流路
７２ａ 流入口
７３ 排気流路
７３ａ 流出口
７５ インク流出流路
８０ サブタンク
８１ インク補給管
８２ インク供給管
８３ インク帰還管
８６ パージポンプ
８７ 循環バルブ
８８ 大気連通バルブ
９０ インクタンク
１０１ インクジェットプリンタ
１０８ 吐出口
１３２ 個別インク流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が流入する流入口と、液体が流出する流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通する内部流路と、液体を吐出するための複数の吐出口と、前記内部流路から分岐して前記複数の吐出口に至る複数の個別液体流路と、前記複数の個別液体流路内の液体に圧力を付与する圧力付与手段とを有する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドに供給される液体を内部に貯溜するタンクと、
前記タンクの内部と前記流入口とを連通する供給流路と、
前記タンクの内部と前記流出口とを連通する帰還流路と、
前記タンクに貯留された液体を、前記供給流路を介して前記内部流路に強制的に供給する供給手段と、
前記帰還流路における流路抵抗値を所定の最小値と所定の最大値との間で調整可能な調整手段と、
前記圧力付与手段、前記供給手段及び前記調整手段を制御する制御手段とを備えており、
前記制御手段は、前記調節手段の調節により前記流路抵抗値を前記所定の最大値より減少させつつ前記供給手段を駆動させることにより、前記タンクの液体を前記供給流路、前記内部流路及び前記帰還流路の順に移送させるように循環させ、前記循環中に、前記調整手段を調整して前記流路抵抗値を増加させることにより、前記複数の吐出口から液体を排出させ、次に、前記排出中に、前記調整手段を調整して前記流路抵抗値を減少させることにより、前記複数の吐出口からの液体の排出を停止させる制御を行い、
さらに、前記制御手段は、前記循環中に、前記圧力付与手段を制御して、前記複数の吐出口から液体を吐出させることなく前記複数の個別液体流路内の液体を振動させることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記排出中に、前記圧力付与手段による前記複数の個別液体流路内の液体振動を行わせないことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記排出が開始される時の所定時間前から前記排出が完了するまでの間に、前記圧力付与手段による前記複数の個別液体流路内の液体振動を行わせないことを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記排出が開始される直前に、前記複数の個別液体流路内の液体振動が打ち消されるように、前記圧力付与手段を駆動させることを特徴とする請求項２又は３に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記排出中に、前記流路抵抗値を減少させることにより、前記複数の吐出口からの液体の排出を停止させるよう前記調整手段を制御するとともに、前記排出が完了すると同時に前記複数の個別液体流路内の液体振動が開始されるように、前記圧力付与手段を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記圧力付与手段は、前記複数の吐出口から液体を吐出させるための吐出エネルギーを前記複数の個別液体流路内の液体に付与するピエゾ式アクチュエータであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項１】
液体が流入する流入口と、液体が流出する流出口と、前記流入口と前記流出口とを連通する内部流路と、液体を吐出するための複数の吐出口と、前記内部流路から分岐して前記複数の吐出口に至る複数の個別液体流路と、前記複数の個別液体流路内の液体に圧力を付与する圧力付与手段とを有する液体吐出ヘッドと、
前記液体吐出ヘッドに供給される液体を内部に貯溜するタンクと、
前記タンクの内部と前記流入口とを連通する供給流路と、
前記タンクの内部と前記流出口とを連通する帰還流路と、
前記タンクに貯留された液体を、前記供給流路を介して前記内部流路に強制的に供給する供給手段と、
前記帰還流路における流路抵抗値を所定の最小値と所定の最大値との間で調整可能な調整手段と、
前記圧力付与手段、前記供給手段及び前記調整手段を制御する制御手段とを備えており、
前記制御手段は、前記調節手段の調節により前記流路抵抗値を前記所定の最大値より減少させつつ前記供給手段を駆動させることにより、前記タンクの液体を前記供給流路、前記内部流路及び前記帰還流路の順に移送させるように循環させ、前記循環中に、前記調整手段を調整して前記流路抵抗値を増加させることにより、前記複数の吐出口から液体を排出させ、次に、前記排出中に、前記調整手段を調整して前記流路抵抗値を減少させることにより、前記複数の吐出口からの液体の排出を停止させる制御を行い、
さらに、前記制御手段は、前記循環中に、前記圧力付与手段を制御して、前記複数の吐出口から液体を吐出させることなく前記複数の個別液体流路内の液体を振動させることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記排出中に、前記圧力付与手段による前記複数の個別液体流路内の液体振動を行わせないことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記排出が開始される時の所定時間前から前記排出が完了するまでの間に、前記圧力付与手段による前記複数の個別液体流路内の液体振動を行わせないことを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記排出が開始される直前に、前記複数の個別液体流路内の液体振動が打ち消されるように、前記圧力付与手段を駆動させることを特徴とする請求項２又は３に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記排出中に、前記流路抵抗値を減少させることにより、前記複数の吐出口からの液体の排出を停止させるよう前記調整手段を制御するとともに、前記排出が完了すると同時に前記複数の個別液体流路内の液体振動が開始されるように、前記圧力付与手段を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記圧力付与手段は、前記複数の吐出口から液体を吐出させるための吐出エネルギーを前記複数の個別液体流路内の液体に付与するピエゾ式アクチュエータであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−３０４９６（Ｐ２０１２−３０４９６Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７２２４０（Ｐ２０１０−１７２２４０）
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月３０日（２０１０．７．３０）
【出願人】（０００００５２６７）ブラザー工業株式会社 (13,856)
【Ｆターム（参考）】
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