(57)【要約】【課題】インクを無駄に捨てることなく、気泡を排出できるインクジェット記録装置を得る。【解決手段】絞り１４を介してインク室８に付与する負圧との釣合によりノズル孔４にメニスカスを形成させる負圧付与手段２１を備えると共に、加圧したインクをインク室８に供給する加圧手段２６を備える。また、圧電素子１０を制御して、圧電素子１０の変形により、負圧と不釣合となるまでメニスカスを後退させる後退制御手段と、負圧付与手段２１によりインク室８のインクを絞り１４まで後退させた後、加圧手段２６を制御してインク室８にインクを供給してメニスカスを再形成させる回復制御手段とを備える。加圧手段２６は、メニスカスを破壊しない圧力にインクを加圧してインク室８にインクを供給し、後退制御手段は、圧電素子１０を急に変形させた後、変形を徐々に戻すことを繰り返してメニスカスを後退させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絞りを介してインク室に付与する負圧との釣合によりノズル孔にメニスカスを形成させる負圧付与手段を備え、圧電素子を駆動して前記インク室のインクを前記ノズル孔から吐出するインクジェット記録装置において、
加圧して前記インクを前記インク室に供給する加圧手段と、
前記圧電素子を制御して、前記圧電素子の変形により、前記負圧と不釣合となるまで前記メニスカスを後退させる後退制御手段と、
前記負圧付与手段により前記インク室の前記インクを前記絞りまで後退させた後、前記加圧手段を制御して前記インク室に前記インクを供給して前記メニスカスを再形成させる回復制御手段と、
を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置。
【請求項２】
前記加圧手段は、前記メニスカスを破壊しない圧力に前記インクを加圧して前記インク室に前記インクを供給することを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
【請求項３】
回復スイッチを備え、該回復スイッチからの指示信号に基づいて、前記メニスカスの再形成を行わせることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項４】
前記ノズル孔からのインクの不吐出を検出する不吐出検出センサを設け、該不吐出検出センサによりインクの不吐出が検出されたときに、前記メニスカスの再形成を行わせることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインクジェット記録装置。
【請求項５】
前記後退制御手段は、前記圧電素子を急に変形させた後、該変形を徐々に戻すことを繰り返すことにより前記メニスカスを後退させることを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載のインクジェット記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電素子を駆動してインク室のインクをノズルから吐出するインクジェット記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、構成が比較的簡単で、高速記録、高品質記録が容易な記録装置として、インクジェット記録装置が知られている。インクジェット記録装置では、記録ヘッドのインク室にインクを供給して、圧電素子等を画像データに基づいて駆動し、インク室のインクをインク滴としてノズルから用紙等の被記録媒体に吐出して、インクドットのパターンを記録する。しかし、インクに溶存した微小な気泡がインク室等において成長して、インク室に気泡が生じ、吐出不良を招く場合がある。
【０００３】
そこで、パージ動作やフラッシング動作を行って気泡を除去するようにしている。例えば、特許文献１にあるように、記録ヘッドのノズル面にキャップを接触させた状態で、キャップに接続された吸引ポンプにより、ノズル室内のインクを気泡と共に吸引して、外部に排出するようにしている。あるいは、インクを加圧してノズル室内のインクを気泡と共にキャップに吐出して、外部に排出するようにしている。
【特許文献１】特開平１０−３０５５８７号公報
【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、こうした従来のものでは、気泡を排出することはできるが、インクと共に気泡を排出しているので、インクを無駄に捨てることになるという問題があった。
本発明の課題は、インクを無駄に捨てることなく、気泡を確実に排出できるインクジェット記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、絞りを介してインク室に付与する負圧との釣合によりノズル孔にメニスカスを形成させる負圧付与手段を備え、圧電素子を駆動して前記インク室のインクを前記ノズル孔から吐出するインクジェット記録装置において、加圧して前記インクを前記インク室に供給する加圧手段と、前記圧電素子を制御して、前記圧電素子の変形により、前記負圧と不釣合となるまで前記メニスカスを後退させる後退制御手段と、前記負圧付与手段により前記インク室の前記インクを前記絞りまで後退させた後、前記加圧手段を制御して前記インク室に前記インクを供給して前記メニスカスを再形成させる回復制御手段と、を備えたことを特徴とするインクジェット記録装置がそれである。
【０００６】
前記加圧手段は、前記メニスカスを破壊しない圧力に前記インクを加圧して前記インク室に前記インクを供給するとよい。また、回復スイッチを備え、該回復スイッチからの指示信号に基づいて、前記メニスカスの再形成を行わせる構成としてもよい。あるいは、前記ノズル孔からのインクの不吐出を検出する不吐出検出センサを設け、該不吐出検出センサによりインクの不吐出が検出されたときに、前記メニスカスの再形成を行わせる構成としてもよい。更に、前記後退制御手段は、前記圧電素子を急に変形させた後、該変形を徐々に戻すことを繰り返すことにより前記メニスカスを後退させてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のインクジェット記録装置は、圧電素子の変形によりメニスカスを一旦絞りまで後退させてインク室に空気を導入し、その後、インク室にインクを供給してメニスカスを再形成させるので、インクを無駄に捨てることなく、気泡を確実に排出することができるという効果を奏する。請求項２に記載の発明では、メニスカスを破壊しない圧力でインクを加圧してインク室にインクを供給するので、メニスカスを容易に再形成できる。また、請求項３に記載の発明では、回復スイッチを設けたことにより、使用者が容易に気泡の排出を指示できる。更に、請求項４に記載の発明では、不吐出検出センサを設けたので、吐出不良を検出して、自動的に気泡の排出を行うことができる。請求項５に記載の発明では、圧電素子を急に変形させた後、変形を徐々に戻すことを繰り返してメニスカスを後退させるので、新たな機構を追加することなく、気泡を確実に排出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、記録ヘッド１は図示しない記録用紙等の被記録媒体と平行に配置されたノズルプレート２を備えている。ノズルプレート２には下向きに被記録媒体に向かって開口されたノズル孔４が形成されており、ノズル孔４に連通してディセンダ６が設けられている。ディセンダ６に連通してインク室８が設けられており、インク室８は圧電素子１０の駆動に応じて、その容積が変化するように構成されている。
【０００９】
インク室８は絞り１４を介してマニホールド１６に連通されており、マニホールド１６はチューブ等のインク流路１８を介してサブタンク２０に接続されている。絞り１４は、インク室８の底面に上下方向に開口して配置されており、マニホールド１６は絞り１４よりも下側に配置されている。絞り１４はインク室８の最も低い位置に形成するのが好ましい。サブタンク２０には図示しないインクタンクやインクカートリッジ等からインクが供給されると共に、サブタンク２０内のインク上面のレベルがほぼ一定に保たれるように構成されている。
【００１０】
本実施形態では、インク室８に負圧が付与されて、図２（ａ）に示すように、ノズル孔４に形成されるメニスカス２２の表面張力と、インク室８の負圧とが釣り合って、メニスカス２２が維持される。
【００１１】
インク室８への負圧は、本実施形態では、サブタンク２０内のインク上面とノズル孔４との水頭差ｈにより付与されるように構成されており、絞り１４、マニホールド１６、インク流路１８、サブタンク２０により負圧付与手段２１が構成されている。負圧付与手段２１によりインク室８に付与される負圧が、図２に示すように、ノズル孔４に形成されるメニスカス２２の表面張力と釣り合って、メニスカス２２が維持されるように設定されている。負圧付与手段２１は、水頭差ｈにより負圧を付与する場合に限らず、サブタンク２０その他マニホールド１６の上流側の箇所において吸収材を挿入し、その吸収材により負圧を付与する構成のものでもよい。
【００１２】
圧電素子１０への電圧の印加により圧電素子１０が駆動されて、インク室８の容積が増大して、絞り１４を介してインクをインク室８内に吸入すると共に、ノズル孔４のメニスカス２２が後退する。そして、圧電素子１０への電圧の印加を所定のタイミングで停止すると、インク室８が元の容積に戻り、メニスカス２２がノズル孔４を前進して、ノズル孔４からインク滴として吐出されるように構成されている。
【００１３】
インク室８の容積の急な増大の際には、メニスカス２２がノズル孔４を後退すると共に、絞り１４を介してインク室８にインクを吸入でき、インク室８の容積が急に元に戻る際には、ノズル孔４からインク滴を吐出できるように、絞り１４が、適度な流路抵抗を付与する形状に形成されており、実験等により決定される。また、ノズル孔４、ディセンダ６、インク室８内に空気が充填された状態で、絞り１４に形成されるメニスカスの表面張力と、負圧付与手段２１による負圧とが釣り合うように、絞り１４の形状が形成されている。
【００１４】
一方、サブタンク２０はチューブ等のエア流路２４を介して加圧手段２６に接続されている。加圧手段２６は、例えば、チューブポンプ２８、チャージタンク３０、切換弁３２等を備え、エア流路２４を介してサブタンク２０に圧縮エアを供給して、サブタンク２０内のインクを加圧できる構成のものである。加圧手段２６がサブタンク２０内のインクを加圧する圧力は、ノズル孔４に形成されるメニスカス２２を破壊しない程度に設定されており、例えば、４ｋＰａ程度の圧力である。
【００１５】
圧電素子１０、加圧手段２６は制御回路３４に接続されており、制御回路３４は、インクジェット記録装置の動作内容に関する制御プログラムに従って、インクジェット記録装置を制御するＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。
【００１６】
制御回路３４には、被記録媒体にテストパターン等を記録した際に、かすれ等の記録不良が生じた際に使用者により押下される回復スイッチ３６が接続されている。記録ヘッド１が色に応じて複数ある場合には、それぞれの記録ヘッド１毎に回復スイッチ３６が設けられる。
【００１７】
また、ノズル孔４から吐出されるインク滴により被記録媒体に記録されたか否かを検出する不吐出検出センサ３８が制御回路３４に接続されている。不吐出検出センサ３８は、例えば、光の反射によりインク滴が吐出されて記録されたか否かを検出するもので、ノズル孔４が複数ある場合、不吐出検出センサ３８はノズル孔４毎に設けられる。回復スイッチ３６、不吐出検出センサ３８は、どちらか一方でもよく、必要に応じて設ければよい。
【００１８】
次に、前述した制御回路３４で行われる気泡排出制御処理について、図３に示すフローチャートと共に説明する。
本実施形態では、メニスカス２２を後退させてインク滴を吐出する負極性駆動法を用いている。被記録媒体に記録する際の記録モードでは、図４（ａ）に示すように、圧電素子１０に印加している電圧を急に低下させることにより、圧電素子１０が急に変形され、インク室８の容積が急に増大して、ノズル孔４のメニスカス２２が後退する。所定のタイミングで圧電素子１０へ所定の電圧レベルまで急に印加すると、メニスカス２２がノズル孔４を前進して、ノズル孔４からインク滴が吐出される。
【００１９】
これが繰り返され、圧電素子１０を画像データに基づいて駆動し、インク室８のインクをインク滴としてノズル孔４から被記録媒体に吐出して、インクドットのパターンを記録する。インク滴を吐出する際の圧電素子１０の電圧の印加・停止は、急激に行われ、電圧波形は矩形である。尚、前述したように、圧電素子１０に印加した電圧を低下させて、インク室８の容積を増大させてもよく、あるいは、圧電素子１０に高い電圧を印加して、インク室８の容積を増大させる構成でも実施可能である。
【００２０】
一方、記録が行われている間に、図１に示すように、インクに溶存した微小な気泡がインク室８において成長して大きな気泡４０が発生すると、圧電素子１０を駆動しても、ノズル孔４からインク滴が適切に吐出されず、吐出不良を招く。
【００２１】
そこで、気泡排出制御処理を一定時間毎に繰り返し実行して、まず、不吐出があったか否かを判断する（ステップ１００）。不吐出があったか否かは、回復スイッチ３６の押下による指示信号の入力があったか否か、あるいは、不吐出検出センサ３８により不吐出が検出されたか否かに基づいて判断する。また、回復スイッチ３６や不吐出検出センサ３８に限らず、インクジェット記録装置に接続された図示しないパソコン等の外部機器からの指示信号に基づいて判断するようにしてもよい。
【００２２】
不吐出がなかったときには（ステップ１００：Ｎｏ）、本制御処理を繰り返し実行し、不吐出があったと判断したときには（ステップ１００：Ｙｅｓ）、圧電素子１０を退避モードで駆動する（ステップ１１０）。退避モードでは、図４（ｂ）に示すように、圧電素子１０に印加している電圧を急に低下させることにより、圧電素子１０が急に変形され、インク室８の容積を急に増大して、ノズル孔４のメニスカス２２を後退させる。その後、圧電素子１０に印加する電圧を徐々に上昇させて、圧電素子１０の変形を元に戻し、インク室８を徐々に元の容積に戻す。
【００２３】
負圧付与手段２１による負圧の付与や絞り１４の形状等により、インク室８のインクが絞り１４を介してマニホールド１６に流出するほうが、ノズル孔４のメニスカス２２を前進させるよりも、流路抵抗が小さい。よって、増大したインク室８の容積を徐々に戻すことにより、インク室８のインクが絞り１４を介してマニホールド１６に流出し、メニスカス２２は、図２（ｂ）に示すように、後退した状態を維持する。
【００２４】
その際、インク室８に気泡４０が発生しているので、インク室８の容積を急に増大させた際、例えば、気泡４０内の空気圧力が低下して気泡４０が膨らむが、その後、気泡４０の空気圧力とインク圧力とが等しくなるように気泡４０が縮小して、メニスカス２２の後退速度が気泡４０がないときよりも緩やかな速度でメニスカス２２が後退する。そして、インク室８の容積を徐々に戻すので、気泡４０の空気圧力とインク圧力とが等しい状態を維持し、インク室８のインクが絞り１４を介してマニホールド１６に流出し、メニスカス２２は後退した状態を維持する。
【００２５】
前述した圧電素子１０の駆動を繰り返して、インク室８の容積を急に増大させると共に、徐々に元の容積に戻して、メニスカス２２を連続的に後退させる。図２（ｃ）に示すように、メニスカス２２がノズル孔４から退避して、ディセンダ６内にまで達すると、負圧付与手段２１による負圧とメニスカス２２の表面張力とが不釣合となり、負圧付与手段２１により、インク室８内のインクは絞り１４を介してマニホールド１６、インク流路１８、サブタンク２０に吸引される。圧電素子１０の駆動は、予め設定された所定回数（例えば、５０〜１００回）実行することにより、メニスカス２２がノズル孔４から退避するようにしてもよく、あるいは、所定時間（例えば、５〜１０ｍｓｅｃ）駆動して、メニスカス２２がノズル孔４から退避するようにしてもよい。
【００２６】
圧電素子１０を退避モードで駆動した後、所定時間（例えば、３〜１０秒）待機する（ステップ１２０）。この所定時間が経過するまでに、図５に示すように、メニスカス２２が後退して、ノズル孔４から空気が吸引され、インク室８内のインクの後退と共に、空気がインク室８内に進入する。そして、インク室８内の気泡４０と進入した空気が一体となって気泡４０が消滅する。
【００２７】
インク室８を通って後退するインクが、絞り１４に達すると、絞り１４にメニスカスが形成される。この絞り１４のメニスカスの表面張力と、負圧付与手段２１による負圧とが釣り合って、図５に示すように、インクの後退が絞り１４で停止する。
【００２８】
所定時間の待機が終了した後、加圧手段２６を駆動制御して、サブタンク２０に圧縮エアを供給して、インクを加圧する（ステップ１３０）。これにより、図６に示すように、サブタンク２０からインクがインク流路１８、マニホールド１６、絞り１４を介して、インク室８に供給される。供給されたインクが、インク室８、ディセンダ６に再充填されると共に、ノズル孔４では、供給されたインクによりメニスカス２２が再形成される。
【００２９】
加圧手段２６は、ノズル孔４に形成されるメニスカス２２を破壊しない程度にインクを加圧しているので、ノズル孔４にメニスカス２２が形成されると、メニスカス２２の表面張力と、加圧手段２６による加圧力とが釣り合って、ノズル孔４からインクは吐出されず、インクの流動が停止し、ノズル孔４にメニスカス２２が形成された状態で維持される。
【００３０】
加圧手段２６が所定時間駆動された後は、メニスカス２２が形成されたと判断して（ステップ１４０：Ｙｅｓ）、一旦本制御処理を終了する。メニスカス２２の表面張力と、加圧手段２６による加圧力とが釣り合って、メニスカス２２が形成された状態で維持されるので、メニスカス２２が形成されるまでの十分な時間、加圧手段２６を駆動すれば、メニスカス２２が形成される。このように、気泡４０が発生しても、インク室８内のインクを無駄に破棄することなく、気泡４０を消滅させることができる。
【００３１】
しかも、加圧手段２６は、ノズル孔４等での乾燥したインクを排出するためのフラッシング動作に使用するものを流用でき、また、圧電素子１０を駆動してメニスカス２２をノズル孔４から後退させ、負圧付与手段２１によりインクを絞り１４まで後退させるので、特別に構成を追加することなく、既存の構成を用いて気泡４０を排出できる。
【００３２】
回復スイッチ３６からの指示信号に基づいて、圧電素子１０を駆動する場合には、回復スイッチ３６に応じた色の記録ヘッド１の全ての圧電素子１０を同じように駆動して、一旦、インクを絞り１４にまで後退させた後、再びインクをインク室８、ディセンダ６に充填すればよい。全てのインク室８のインクを後退させても、インクを無駄に破棄することはない。
【００３３】
また、一つのマニホールド１６には、多くの絞り１４、インク室８、ディセンダ６、ノズル孔４が設けられており、不吐出検出センサ３８はノズル孔４毎に設けられる。不吐出検出センサ３８により不吐出が検出された際には、多くあるノズル孔４のうち、不吐出が検出されたインク室８の圧電素子１０のみを駆動して、気泡４０を消滅させればよい。これにより、無駄に圧電素子１０を駆動することがなく、省エネになる。
【００３４】
尚、本実施形態では、ステップ１１０の処理の実行が後退制御手段として働き、ステップ１２０，１３０，１４０の処理の実行が回復制御手段として働く。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態としてのインクジェット記録装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態のノズル孔に形成されるメニスカスの説明図である。
【図３】本実施形態の制御回路において行われる気泡排出制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】本実施形態の圧電素子を駆動する電圧波形を示すグラフである。
【図５】本実施形態でのインクを絞りまで後退させた状態を示す構成図である。
【図６】本実施形態でのインクをインク室に供給してメニスカスを再形成させた状態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…記録ヘッド    ２…ノズルプレート    ４…ノズル孔
６…ディセンダ    ８…インク室        １０…圧電素子
１４…絞り          １６…マニホールド
１８…インク流路    ２０…サブタンク
２１…負圧付与手段  ２２…メニスカス
２４…エア流路      ２６…加圧手段
２８…チューブポンプ  ３０…チャージタンク
３２…切換弁    ３４…制御回路    ３６…回復スイッチ
３８…不吐出検出センサ  ４０…気泡
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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