(57)【要約】【課題】液体吐出装置で最適なサイズの液滴を常に吐出させる。【解決手段】インクジェットプリンタ２は、インクジェットヘッド１０の内圧、および大気圧を測定する圧力測定センサ４０と、内圧と大気圧との差圧を所定値に調整するタンク上下動装置３０とを備える。システムコントローラ５０は、物性検出センサ３８から送信される検出結果と、予め既知のインクジェットヘッド１０の特性情報とから、最適なサイズのインク液滴を吐出することが可能なインクジェットヘッド１０の内圧と大気圧との差圧の所定値を設定する。システムコントローラ５０は、圧力測定センサ４０から送信される検出結果を元に、インクジェットヘッド１０の内圧から大気圧を減算することで差圧を求め、この差圧が設定した所定値となるようにタンク上下動装置３０を駆動制御して、揚水高さｈを調整する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を吐出するための複数のノズルが配列された液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドに液体を供給する貯蔵タンクとを備えた液体吐出装置において、
前記液体吐出ヘッドの内圧、および大気圧を測定する圧力測定手段と、
前記内圧と大気圧との差圧を所定値に調整する差圧調整手段とを備えたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記所定値は、前記ノズルからの液体吐出量を一定とするための目標値である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】
前記液体の物性を検出する物性検出手段と、この物性検出手段の検出結果に応じて、前記所定値を設定する制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記差圧調整手段として、前記貯蔵タンク内の液体表面から前記液体吐出ヘッドのノズル配列面までの揚水高さを変化させる揚水高さ調整手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし３に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記差圧調整手段として、前記液体の供給圧力を変化させる圧力調整手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし３に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記圧力測定手段を、前記液体吐出ヘッド、または前記液体吐出ヘッドと貯蔵タンクとを接続するインク供給路に設けたことを特徴とする請求項１ないし５に記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記液体表面にかかる圧力を常に大気圧にするとともに、液体の補充を可能とする補充口を前記貯蔵タンクに設けたことを特徴とする請求項１ないし６に記載の液体吐出装置。
【請求項８】
前記差圧調整手段は、前記貯蔵タンクから液体吐出ヘッドに液体の供給を開始したときに、前記内圧が大気圧よりも低くなるように作動することを特徴とする請求項１ないし７に記載の液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体吐出ヘッドに貯蔵タンクから液体を供給する液体吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体吐出装置、例えばインクジェットプリンタは、インクジェットヘッドに配列された複数のノズルからインクを記録媒体へ吐出することで画像を記録する。インクジェットプリンタでは、大容量のインクタンクからチューブなどの供給路を介してインクジェットヘッドにインクを供給している。
【０００３】
インクジェットプリンタには、インクジェットヘッドの印字位置が上下に移動するタイプのものがある。このようなタイプの場合、ヘッドの上下動によってノズルに作用するインクの水頭圧が変化するため、ノズルから吐出されるインク液滴のサイズが変化して画質が劣化してしまう。このような問題を解決するために、ヘッドの位置に応じてインクの水頭圧を調整する圧力調整手段を備えたインクジェットプリンタが提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２７７７６８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
インクジェットプリンタでは、インクの種類によってもノズルに作用するインクの水頭圧が変化する。このため、上記の場合と同様に、ノズルから吐出されるインク液滴のサイズが変化して画質が劣化したり、場合によってはインクが吐出されなくなるおそれがある。また、画像の記録途中にインクタンクへインクを補充した場合にも、水頭圧の変化による画質劣化が起こり、最悪の場合はインクが漏れて記録媒体を汚してしまう。
【０００６】
したがって、ノズルに作用するインクの水頭圧を、インクの種類に応じて制御する必要がある。しかしながら、特許文献１には、インクの種類やインクの補充による水頭圧の変化に対する記載がされていない。また、インクジェットヘッドの印字位置が上下に移動するタイプに限定されているので、汎用性に乏しいという欠点があった。
【０００７】
また、インクの水頭圧は、大気圧によっても影響を受けるので、厳密にインクの水頭圧を制御するためには、インクの種類や大気圧による影響を総合的に加味しなければならない。
【０００８】
本発明は、最適なサイズの液滴を常に吐出させることができる液体吐出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、液体を吐出するための複数のノズルが配列された液体吐出ヘッドと、この液体吐出ヘッドに液体を供給する貯蔵タンクとを備えた液体吐出装置において、前記液体吐出ヘッドの内圧、および大気圧を測定する圧力測定手段と、前記内圧と大気圧との差圧を所定値に調整する差圧調整手段とを備えたことを特徴とする。なお、前記所定値は、前記ノズルからの液体吐出量を一定とするための目標値であることが好ましい。また、前記液体の物性を検出する物性検出手段と、この物性検出手段の検出結果に応じて、前記所定値を設定する制御手段とを備えることが好ましい。
【００１０】
また、前記差圧調整手段として、前記貯蔵タンク内の液体表面から前記液体吐出ヘッドのノズル配列面までの揚水高さを変化させる揚水高さ調整手段、あるいは、前記液体の供給圧力を変化させる圧力調整手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
なお、前記圧力測定手段を、前記液体吐出ヘッド、または前記液体吐出ヘッドと貯蔵タンクとを接続するインク供給路に設けることが好ましい。また、前記液体表面にかかる圧力を常に大気圧にするとともに、液体の補充を可能とする補充口を前記貯蔵タンクに設けることが好ましい。さらに、前記差圧調整手段は、前記貯蔵タンクから液体吐出ヘッドに液体の供給を開始したときに、前記内圧が大気圧よりも低くなるように作動することが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の第１の実施形態に係るインクジェットプリンタ２の概略を示す。インクジェットプリンタ２のインクジェットヘッド１０は、主走査方向Ｍに伸びたガイド軸１１に挿通されたキャリッジ１２に保持され、このキャリッジ１２により主走査方向Ｍに往復移動して、図示しない搬送ローラにより副走査方向Ｓ（図２参照）に間欠搬送される記録媒体１３へ画像記録を行う。
【００１３】
インクジェットヘッド１０の記録媒体１３と対向する面（以下、ノズル配列面と表記する。）１４には、吐出口１５を有するノズル１６が複数配列されている。ノズル１６には、図示しないインク吐出手段が接続され、このインク吐出手段により吐出口１５からインクが記録媒体１３に向けて吐出される。また、ノズル配列面１４には、例えば図２に示すように、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（ＢＫ）の各色のライン記録用のノズル１６ａ〜１６ｄが副走査方向Ｓに並べて設けられている。なお、この他にもダークイエロー、ライトマゼンタ、ライトシアンなどを加えてもよい。
【００１４】
図１において、インクジェットヘッド１０の移動範囲は、記録媒体１３に画像記録を施すプリント領域Ｒと、画像記録を行わない待機領域Ｗとに分けられる。この待機領域Ｗには、吸引キャップ１７が配置されている。この吸引キャップ１７は、ノズル配列面１４に密着、あるいはノズル配列面１４と対面する位置に移動し、吸引ポンプ１８の吸引力を利用して、ノズル１６から不用なインクを回収する。
【００１５】
プリント時には、プリントする画像データに応じた駆動信号が各インク吐出手段に与えられる。これにより、画像データに応じたサイズおよび数量のインク液滴が記録媒体１３に向けて吐出され、このインク液滴が記録媒体１３に付着することでフルカラー画像が得られる。
【００１６】
サブタンク１９には、インクタンク２０からインク供給路２１を介してインクが供給される。インクタンク２０には、揚水高さ調整手段としてのタンク上下動装置３０が付設されている。タンク上下動装置３０は、レール３１、カム３２、およびパルスモータ３３から構成される。レール３１には、インクタンク２０の側面に設けられたガイド突起３４が当接しており、インクタンク２０はこのレール３１に沿って上下動される。なお、サブタンク１９、インクタンク２０、およびタンク上下動装置３０は、使用するインク（この場合はイエロー、マゼンタ、シアン、ブラックの４種類）の分だけ設けられている。また、インクタンク２０には、使用するインクが充填されたカートリッジがセットされる。
【００１７】
カム３２は、インクタンク２０の底面にその周縁が接触しており、パルスモータ３３により回転駆動される。タンク上下動装置３０は、インクタンク２０を上下動させることで、インクタンク２０内のインク液面３５からインクジェットヘッド１０のノズル配列面１４までの揚水高さｈを調整する。
【００１８】
インクタンク２０からインクジェットヘッド１０にインクの供給を開始する際には、インク液面３５がノズル配列面１４よりも高くなるようにタンク上下動装置３０を駆動させる。このようにすると、インクが供給されやすくなってインク供給ポンプの吸引負荷が軽減されるので、ポンプを小型化させることができ、消費電力を低減させることが可能である。
【００１９】
インクタンク２０の上面には、インク液面３５にかかる圧力を常に大気圧にするとともに、インクの補充を可能とする補充口３６が設けられている。また、インクタンク２０の内部には、インク液面３５の位置を検出する位置検出センサ３７が取り付けられている。この位置検出センサ３７には、電気抵抗の変化を利用した電極タイプのセンサやフロートスイッチなどを用いることができる。
【００２０】
インクタンク２０の内部には、使用するインクの物性を検出する物性検出センサ３８が設けられている。この物性検出センサ３８は、カートリッジを新品や別の色に交換した際に、カートリッジの形状、あるいはカートリッジに組み込まれたバーコードやＩＣチップなどから、カートリッジに充填されたインクの物性情報を読み取り、この検出結果をシステムコントローラ５０（図３参照）に送信する。なお、インクの物性情報としては、粘度、表面張力、密度、製造年月日などが挙げられる。
【００２１】
サブタンク１９には、タンク内を大気圧にするための開放弁３９が設けられている。また、サブタンク１９の内部には、インクジェットヘッド１０の内圧、および大気圧を測定する圧力測定センサ４０が設けられている。開放弁３９は、圧力測定センサ４０で大気圧を測定する際に開放され、インクジェットヘッド１０の内圧を測定する際には閉じられる。
【００２２】
圧力測定センサ４０は、開放弁３９が開いた状態で大気圧を測定するとともに、開放弁３９が閉じてインクをノズル１６に充填した状態でインクジェットヘッド１０の内圧を測定し、この測定結果をシステムコントローラ５０（図３参照）に送信する。圧力測定センサ４０は、インクジェットプリンタ２の初期動作時、および画像記録を始めて一定時間経過毎にインクジェットヘッド１０の内圧および大気圧を測定し、インクが一定打滴吐出される毎にインクジェットヘッド１０の内圧を測定する。なお、圧力測定センサ４０としては、例えば歪みゲージを利用し、ダイヤフラムの変位を電気信号に変換して出力するセンサなどが用いられる。
【００２３】
インクジェットプリンタ２の電気的構成を示す図３において、システムコントローラ５０は、インクジェットプリンタ２全体を統括的に制御する。システムコントローラ５０は、物性検出センサ３８から送信される検出結果と、予め既知のインクジェットヘッド１０の特性情報とから、最適なサイズのインク液滴を吐出することが可能なインクジェットヘッド１０の内圧と大気圧との差圧の所定値（目標値）を設定する。この所定値は、−２００〜−４０ｍｍＨｇの範囲内で設定される。
【００２４】
システムコントローラ５０は、圧力測定センサ４０から送信される検出結果を元に、インクジェットヘッド１０の内圧から大気圧を減算することで差圧を求め、この差圧が設定した所定値となるようにタンク上下動装置３０を駆動制御して、位置検出センサ３７でインク液面３５の位置を検出し、揚水高さｈを調整する。
【００２５】
次に、上記実施形態による作用について、図４および図５のフローチャートを参照して説明する。まず、インクジェットプリンタ２の電源が投入され、インクタンク２０に新しいカートリッジがセットされた場合、物性検出センサ３８によりインクの物性を表す情報が読み取られ、この検出結果がシステムコントローラ５０に送信される。
【００２６】
システムコントローラ５０で、送信されたインクの物性情報と予め既知のインクジェットヘッド１０の特性情報とから、インクジェットヘッド１０の内圧と大気圧との差圧の所定値が設定される。差圧が設定した所定値となるように、システムコントローラ５０によりタンク上下動装置３０が駆動制御され、揚水高さｈの初期調整が行われる。なお、カートリッジが交換されていない場合は、上記揚水高さｈの初期調整は省略される。
【００２７】
揚水高さｈの初期調整後、ノズル１６からのインク漏れを防ぐために、吸引キャップ１７がノズル配列面１４に密着する、あるいはインク漏れを受け止めるために、ノズル配列面１４に対面する位置に移動する。その後、開放弁３９が開かれ、サブタンク１９内が大気圧となる。そして、この状態で圧力測定センサ４０により大気圧が測定される。
【００２８】
大気圧の測定後、開放弁３９が閉じられ、吸引キャップ１７がノズル配列面１４に密着し、ノズル１６からインクが吸引される。そして、サブタンク１９からノズル１６にインクが充填され、吸引キャップ１７がノズル配列面１４から離脱する。この状態で圧力測定センサ４０によりインクジェットヘッド１０の内圧が測定される。
【００２９】
圧力測定センサ４０からの測定結果を受けて、システムコントローラ５０では、インクジェットヘッド１０の内圧から大気圧を減算することで差圧が求められる。そして、この差圧が設定した所定値となるように、パルスモータ３３の出力を少しずつ変化させ、揚水高さｈの微調整が行われる。このとき、揚水高さｈの初期調整時と同様に、インク漏れを受け止めるために、吸引キャップ１７がノズル配列面１４に対面する位置に移動する。
【００３０】
この微調整時に、圧力測定センサ４０で急激な圧力変動が検出された場合は、インクジェットヘッド１０からのインク漏れ、あるいはノズル１６に空気が流入したと判断される。また、一定時間経過後も揚水高さｈの微調整が終了しない場合は、インク切れと判断される。そして、アラームを発してオペレータに報知する。
【００３１】
揚水高さｈの微調整終了後、インクジェットプリンタ２は待機状態となる。この状態でプリント指示がなされると、インクジェットヘッド１０が主走査方向Ｍに往復移動され、副走査方向Ｓに搬送される記録媒体１３に画像記録が施される。この画像記録中、ノズル１６からインクが一定打滴吐出される毎に、圧力測定センサ４０によりインクジェットヘッド１０の内圧が測定され、この内圧および既に測定してある大気圧に基づいて差圧が求められ、この差圧が所定値となるように、その都度揚水高さｈの調整が行われる。
【００３２】
上記のような構成であると、常に最適なサイズのインク液滴で画像を記録することができる。また、インクにじみが発生する記録媒体、例えば普通紙や再生紙などにも高画質なプリントを施すことができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では、画像記録中にも一定打滴吐出毎に差圧変動を検出して揚水高さｈを調整しているが、１つの画像の記録毎に行うようにしてもよく、さらには、複数画像の記録毎に行ってもよい。また、打滴数や記録画像数に代えて、一定記録ライン数や一定記録時間毎に差圧変動を検出してもよい。
【００３４】
図６に、本発明の第２の実施形態に係るインクジェットプリンタ６０の概略を示す。このインクジェットプリンタ６０は、インクジェットヘッド１０の内圧と大気圧との差圧を調整する手段として、第１の実施形態におけるタンク上下動装置３０の代わりに、加圧ポンプ６１を備えている。また、可撓性の密閉容器からなるインクタンク６２が設けられている。
【００３５】
加圧ポンプ６１は、インクタンク６２の側面に接して配置された可撓性容器６３に空気を送り込むことで、可撓性容器６３を膨張させ、サブタンク１９に供給されるインクの供給圧力を変化させる。なお、インク供給路２１にポンプ吸引される圧力調整弁を設け、インクの種類や補充による水頭圧の変化を相殺するような圧力を発生させてもよい。
【００３６】
上記実施形態では、インクの物性とインクジェットヘッドの特性とからインクジェットヘッド１０の内圧と大気圧との差圧の所定値を設定し、これを元に揚水高さｈを調整しているが、記録する画像の画質に応じて揚水高さｈを調整してもよい。例えば高画質モードでは揚水高さｈを大きくしてインク液滴のサイズを小さくし、ベタ画像を記録する場合は揚水高さｈを小さくしてインク液滴のサイズを大きくする。
【００３７】
上記実施形態では、インクタンク２０のインク液面３５とインクジェットヘッド１０のノズル配列面１４とが平行になるようにインクジェットヘッド１０とインクタンク２０とを配置しているが、インクジェットヘッドを斜めもしくは垂直に配置した場合についても、本発明は有効である。但し、この場合、低く配置されたノズルには、高く配置されたノズルよりも高さの分だけ圧力が掛かるので、高く配置されたノズルに空気が流入しやすくなり、低く配置されたノズルからはインクが漏れやすくなる。したがって、インクジェットヘッド１０の内圧と大気圧との差圧の所定値を小さく設定する必要がある。
【００３８】
なお、揚水高さ調整手段としては、上記実施形態で挙げたタンク上下動装置３０に限らず、例えばインクタンク２０の底面あるいは側面を移動させることでインク液面３５の位置を変化させてもよい。また、インクタンクを上下動させる代わりに、インクジェットヘッド１０および記録媒体１３を上下動させてもよく、これらを複合して稼働させてもよい。さらに、揚水高さｈの変動が、吐出口１５におけるインクメニスカスの界面張力に比べて充分に小さい場合には、各色毎に揚水高さｈを調整せず、全ての色をまとめて行ってもよい。なお、タンク上下動装置３０をカム３２から構成したが、ラックアンドピニオン機構やリンク機構など、種々の機構によってタンクなどを上下動させてもよい。
【００３９】
上記実施形態では、サブタンク１９に開放弁３９を設け、インクジェットヘッド１０の内圧および大気圧を１つの圧力測定センサ４０で測定しているが、開放弁３９を設けずにサブタンク１９を密閉構造とし、大気圧を測定する専用の圧力測定センサを別に設けてもよい。この場合、開放弁３９の開閉および吸引キャップ１７の稼動／離脱の制御を省略することができる。また、圧力測定センサをインクジェットヘッド１０の共通液室内に配置してもよい。但し、この場合は、インクの吐出に影響を及ぼさないように配置場所を考慮する必要がある。
【００４０】
なお、インクジェットヘッド１０の内圧と大気圧との差圧を調整するタイミングを、オペレータが選択することができるようにしてもよい。また、インクジェットヘッド１０の内圧と大気圧との差圧から、インクの残量を検出してもよい。
【００４１】
なお、インクジェットプリンタ２にて、図７に示すような手順で画像の記録を行ってもよい。この場合は、まず、上記第１の実施形態と同様に、インクタンク２０にセットされたカートリッジから、物性検出センサ３８によりインクの物性を表す情報が読み取られ、この検出結果がシステムコントローラ５０に送信される。
【００４２】
取得したインクの物性情報から、使用するインクが特殊インク（例えば金銀やメタリック系のインク）か、通常使用するインクかが判断される。インクが通常使用するインクであれば、位置検出センサ３７でインク液面３５の位置を検出し、タンク上下動装置３０を駆動させて揚水高さｈを調整しながら、最適なサイズのインク液滴で画像の記録を行う。
【００４３】
インクが特殊インクである場合は、テストプリントを行って記録媒体１３へのインク液滴のサイズを測定する。この測定は、例えばＣＣＤカメラでテストプリントの画像を取り込み、周知の輪郭抽出技術を用いて行う。
【００４４】
次に、測定したインク液滴のサイズと最適なインク液滴のサイズとを比較し、この比較結果に基づいて揚水高さｈを校正する。すなわち、測定したインク液滴のサイズが大きい場合は揚水高さｈを大きくし、測定したインク液滴のサイズが小さい場合は揚水高さｈを小さくするようにタンク上下動装置３０を駆動させる。校正終了後、通常のインクを使用した場合と同様に、揚水高さｈを調整しながら画像を記録する。
【００４５】
上記実施形態では、いわゆるシリアルプリンタを挙げて説明したが、他のプリンタ、例えばラインプリンタなどにも本発明を適用することができる。また、吐出する液体はインクに限定されない。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の液体吐出装置によれば、液体吐出ヘッドの内圧、および大気圧を測定する圧力測定手段と、内圧と大気圧との差圧を所定値に調整する差圧調整手段とを備えたので、液体の種類によらず最適なサイズの液滴を常に吐出させることができる。また、液体表面の高さ変動による液体の水頭圧変化がないので、液体表面の面積を大きくする必要がなく、貯蔵タンクの形状に対する制約を軽減させることができる。さらに、液体表面にかかる圧力を常に大気圧にするとともに、液体の補充を可能とする補充口を貯蔵タンクに設けたので、補充した液体の増加分だけ揚水高さを調整すればよく、装置の稼働中に液体を補充することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るインクジェットプリンタの概略図である。
【図２】ノズル配列面におけるノズルの配置を示す平面図である。
【図３】インクジェットプリンタの電気的構成を示すブロック図である。
【図４】画像記録手順を示すフローチャートである。
【図５】画像記録手順を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２の実施形態に係るインクジェットプリンタの概略図である。
【図７】本発明の別の実施形態に係る画像記録手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２、６０　インクジェットプリンタ
１０　インクジェットヘッド
１４　ノズル配列面
１６　ノズル
１９　サブタンク
２０、６２　インクタンク
２１　インク供給路
３０　タンク上下動装置
３５　インク液面
３６　補充口
３７　位置検出センサ
３８　物性検出センサ
３９　開放弁
４０　圧力測定センサ
５０　システムコントローラ
６１　加圧ポンプ
【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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【図７】
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