(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通液体流路と、前記共通液体流路の出口から圧力室を介してノズルに至る複数の個別液体流路と前記圧力室内の液体に圧力を付与する複数のアクチュエータとを有する記録ヘッドと、
前記複数のアクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備えており、
前記制御手段が、
いずれかの前記ノズルから液滴が吐出されたことに応じて、液滴を吐出しない前記ノズルに形成されたメニスカスにおける液体側の圧力と気体側の圧力との間の圧力差が、当該メニスカスに係るメニスカス耐圧未満の閾値を超える超過状態になることを検知する超過状態検知手段と、
前記超過状態検知手段が前記超過状態になることを検知した場合、前記超過状態となる時点から所定の振動時間が経過するまでの間、液滴を吐出しない全ての前記ノズルに形成されたメニスカスが液滴を吐出することなく振動するように、当該ノズルに関する前記アクチュエータを駆動させるメニスカス振動手段とを有していることを特徴とする記録装置。
【請求項２】
前記超過状態検知手段は、単位時間において液滴を吐出する全ての前記ノズルから吐出される液滴の総量の変化量に基づいて、前記圧力差を算出することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項３】
前記記録ヘッド内の液体の温度を検出する温度検出手段をさらに備えており、
前記超過状態検出手段は、温度検出手段が検出する温度が高くなるに伴って、前記閾値を大きくすることを特徴とする請求項２に記載の記録装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記ノズルから吐出される液滴のサイズを示す駆動データを記憶する記憶手段をさらに有しており、
前記超過状態検知手段は、前記駆動データから前記液滴の総量を決定することを特徴とする請求項２又は３に記載の記録装置。
【請求項５】
前記メニスカス振動手段は、前記圧力差が大きくなるに伴って、前記振動時間を長くすることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の記録装置。
【請求項６】
前記共通液体流路に液体を供給する液体供給源と、
前記液体供給源と前記共通液体流路とを連通する供給流路と、
前記供給流路内の液体の圧力を計測する圧力センサとをさらに備えており、
前記超過状態検知手段は、前記圧力センサによって計測される前記供給流路内の液体の圧力に基づいて前記超過状態になることを検知することを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
【請求項７】
前記閾値は、全ての前記ノズルから最大サイズの液滴が吐出されている場合に、全ての前記ノズルから流出する液体の量と前記共通液体流路に供給される液体の量とに釣り合いが生じているときに、前記圧力センサによって計測される圧力に対応した値以上であり、且つ、前記メニスカスが破壊に至る前記圧力差に対応した値未満であることを特徴とする請求項６に記載の記録装置。
【請求項８】
前記記録ヘッドは、互いに異なる種類の液体が供給される複数の前記共通液体流路を有しており、
前記閾値及び前記振動時間のすくなくともいずれかが液体の種類毎に決定されていることを特徴する請求項１〜７のいずれかに記載の記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出して記録媒体に画像を記録する記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
記録用紙等の記録媒体にインク滴を吐出して画像を記録するインクジェットプリンタとして、インクタンクからのインクが供給される共通インク流路及び共通インク流路の出口から記録媒体にインク滴を吐出するノズルに至る複数の個別インク流路を有するインクジェットヘッドを備えるものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０１８４４号公報（図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したインクジェットヘッドにおいては、多数のノズルから同時にインク滴を吐出したときに、個別インク流路へのインクの供給が不足することによって、共通インク流路内のインクが負圧となり、特に、インク滴を吐出していないノズルに形成されたメニスカスが壊れることがある。メニスカスが壊れると、当該ノズルからインク滴が正常に吐出されなくなる。そこで、流路断面積を大きくして共通インク室の流路抵抗を下げることによって、個別インク流路へのインクの供給不足を解消することが考えられる。しかしながら、共通インク流路の流路断面積を大きくすると、インクジェットヘッドが大型化してしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、記録ヘッドの小型化を図りつつノズルのメニスカスが破壊されるのを防止することができる記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の記録装置は、共通液体流路と、前記共通液体流路の出口から圧力室を介してノズルに至る複数の個別液体流路と前記圧力室内の液体に圧力を付与する複数のアクチュエータとを有する記録ヘッドと、前記複数のアクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備えている。前記制御手段が、いずれかの前記ノズルから液滴が吐出されたことに応じて、液滴を吐出しない前記ノズルに形成されたメニスカスにおける液体側の圧力と気体側の圧力との間の圧力差が、当該メニスカスに係るメニスカス耐圧未満の閾値を超える超過状態になることを検知する超過状態検知手段と、前記超過状態検知手段が前記超過状態になることを検知した場合、前記超過状態となる時点から所定の振動時間が経過するまでの間、液滴を吐出しない全ての前記ノズルに形成されたメニスカスが液滴を吐出することなく振動するように、当該ノズルに関する前記アクチュエータを駆動させるメニスカス振動手段とを有している。
【０００７】
発明者は、ノズルに形成されたメニスカスを振動させることによって当該メニスカスの耐圧が高くなることを知見した。本発明によると、ノズルから多量の液体が吐出されることによって共通インク流路内に負圧が発生したときに、この共通インク流路に連通したノズルのうち、液滴を吐出しないノズルのメニスカスを振動させて当該メニスカスの耐圧を高くするため、記録ヘッドの小型化を図りつつメニスカスが破壊されるのを防止することができる。
【０００８】
本発明においては、前記超過状態検知手段が、単位時間において液滴を吐出する全ての前記ノズルから吐出される液滴の総量の変化量に基づいて前記圧力差を算出することが好ましい。これによると、メニスカスにおける液体側の圧力と気体側の圧力との圧力差を容易に予測することができる。
【０００９】
このとき、前記記録ヘッド内の液体の温度を検出する温度検出手段をさらに備えており、前記超過状態検出手段は、前記超過状態検出手段は、温度検出手段が検出する温度が高くなるに伴って、前記閾値を大きくすることがより好ましい。これによると、温度によって液体の粘度が変化した場合においても適切な閾値を決定することができる。
【００１０】
本発明においては、前記制御手段が、前記ノズルから吐出される液滴のサイズを示す駆動データを記憶する記憶手段をさらに有しており、前記超過状態検知手段は、前記駆動データから前記液滴の総量を決定することがより好ましい。これによると、駆動データを用いることによって、メニスカスにおける液体側の圧力と気体側の圧力との圧力差をさらに容易に予測することができる。
【００１１】
また、本発明においては、前記メニスカス振動手段が、前記圧力差が大きくなるに伴って、前記振動時間を長くすることがより一層好ましい。これによると、個別液体流路においてメニスカスの耐圧を超える負圧が発生している時間に応じてメニスカスを振動させる時間を変化させることができるため、省電力化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明においては、前記共通液体流路に液体を供給する液体供給源と、前記液体供給源と前記共通液体流路とを連通する供給流路と、前記供給流路内の液体の圧力を計測する圧力センサとをさらに備えており、前記超過状態検知手段は、前記圧力センサによって計測される前記供給流路内の液体の圧力に基づいて前記超過状態になることを検知してもよい。これによると、超過状態になっていることを正確に検知することができる。
【００１３】
このとき、前記閾値は、全ての前記ノズルから最大サイズの液滴が吐出されている場合に、全ての前記ノズルから流出する液体の量と前記共通液体流路に供給される液体の量とに釣り合いが生じているときに、前記圧力センサによって計測される圧力に対応した値以上であり、且つ、前記メニスカスが破壊に至る前記圧力差に対応した値未満であることが好ましい。これによると、個別液体流路においてメニスカスを破壊し得る負圧が発生していることを確実に検知することができる。
【００１４】
また、本発明においては、前記記録ヘッドは、互いに異なる種類の液体が供給される複数の前記共通液体流路を有しており、前記閾値及び前記振動時間のすくなくともいずれかが液体の種類毎に決定されていてもよい。これによると、液体の特性に応じて最適な閾値及び振動時間を決定することができるため、各共通液体流路に関する個別液体流路において超過状態になっていることを正確に検知することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、ノズルから多量の液体が吐出されることによって共通インク流路内に負圧が発生したときに、この共通インク流路に連通したノズルのうち、液滴を吐出しないノズルのメニスカスを振動させて当該メニスカスの耐圧を高くするため、記録ヘッドの小型化を図りつつメニスカスが破壊されるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る第１実施形態のインクジェットプリンタの全体的な構成を示す概略側面図である。図１に示すように、インクジェットプリンタ１０１は、４つのインクジェットヘッド１を有するカラーインクジェットプリンタである。このインクジェットプリンタ１０１には、図中左方に給紙部１１が、図中右方に排紙部１２がそれぞれ構成されている。
【００１８】
インクジェットプリンタ１０１の内部には、給紙部１１から排紙部１２に向かって用紙Ｐが搬送される用紙搬送経路が形成されている。給紙部１１のすぐ下流側には、用紙を狭持搬送する一対の送りローラ５ａ、５ｂが配置されている。一対の送りローラ５ａ、５ｂは、用紙Ｐを給紙部１１から図中右方に送り出すためのものである。用紙搬送経路の中間部には、搬送機構１３が設けられている。この搬送機構１３は、２つのベルトローラ６、７と、両ローラ６、７の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、搬送ベルト８によって囲まれた領域内に配置されたプラテン１５とを含む。プラテン１５は、インクジェットヘッド１と対向する位置において搬送ベルト８が下方に撓まないように搬送ベルト８を支持するものである。ベルトローラ７と対向する位置には、ニップローラ４が配置されている。ニップローラ４は、給紙部１１から送りローラ５ａ、５ｂによって送り出された用紙Ｐを搬送ベルト８の外周面８ａに押さえ付けるものである。
【００１９】
搬送モータ１９（図６参照）がベルトローラ６を回転させることによって、搬送ベルト８が走行される。これにより、搬送ベルト８が、ニップローラ４によって外周面８ａに押さえ付けられた用紙Ｐを粘着保持しつつ排紙部１２に向けて搬送する。なお、搬送ベルト８の表面には、弱粘着性のシリコン樹脂層が形成されている。
【００２０】
搬送ベルト８のすぐ下流側には、剥離プレート１４が設けられている。剥離プレート１４は、搬送ベルト８の外周面８ａに粘着されている用紙Ｐを外周面８ａから剥離して、図中右方の排紙部１２に向けて導くように構成されている。
【００２１】
４つのインクジェットヘッド１は、４色（マゼンタ、イエロー、シアン、ブラック）のインクに対応して、搬送方向に沿って並べて固定されている。つまり、このインクジェットプリンタ１０１は、ライン式プリンタである。インクジェットヘッド１は、その下端にヘッド本体２をそれぞれ有している。ヘッド本体２は、搬送方向に直交した方向に長尺な細長い直方体形状となっている。また、ヘッド本体２の底面が搬送ベルト８の外周面８ａに対向するインク吐出面２ａとなっている。搬送ベルト８によって搬送される用紙Ｐが４つのヘッド本体２のすぐ下方側を順に通過する際に、この用紙Ｐの上面すなわち印刷面に向けてインク吐出面２ａから各色のインクが吐出されることで、用紙Ｐの印刷面に所望のカラー画像を形成できるようになっている。
【００２２】
次に、図２〜図５を参照しつつ、ヘッド本体２について説明する。図２は、ヘッド本体２の平面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。なお、図３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及びノズル１０８を実線で描いている。図４は、図３に示すIV−IV線に沿った部分断面図である。図５は、アクチュエータユニット２１の部分断面図である。
【００２３】
ヘッド本体２は、図示しないインクタンクからのインクを貯溜しつつ流路ユニット９に供給するリザーバユニット（不図示）やアクチュエータユニット２１を駆動させる駆動信号を生成するドライバＩＣ５１（図６参照）が組み付けられることによって、インクジェットヘッド１を構成するものである。
【００２４】
図２に示すように、ヘッド本体２は、４つのアクチュエータユニット２１が、流路ユニット９の上面９ａに固定されている。図３に示すように、流路ユニット９は、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に対応した複数のアクチュエータを含んでおり、ドライバＩＣ５１に駆動されることによって、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。
【００２５】
図２に示すように、流路ユニット９は、直方体形状となっている。流路ユニット９の上面９ａには、リザーバユニットのインク流出流路（不図示）に対応して、計１０個のインク供給口１０５ｂが開口している。流路ユニット９の内部には、図２及び図３に示すように、それぞれが、流路ユニット９の短手方向（副走査方向）に関する端部近傍において流路ユニット９の長手方向（主走査方向）に配列された５個のインク供給口１０５ｂに連通する２つのマニホールド流路１０５が形成されている。これら２つのマニホールド流路１０５は、流路ユニット９において互いに独立しているとともにリザーバユニットにおいて互いに連通している。また、各マニホールド流路１０５は、互いに平行に且つ主走査方向に延在するように分岐している複数の副マニホールド流路１０５ａを有している。流路ユニット９の下面には、多数のノズル１０８がマトリクス状に配置されたインク吐出面２ａが形成されている。圧力室１１０も流路ユニット９におけるアクチュエータユニット２１の固定面においてノズル１０８と同様マトリクス状に多数配列されている。
【００２６】
本実施形態では、等間隔に流路ユニット９の長手方向に並ぶ圧力室１１０の列が、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各圧力室列に含まれる圧力室１１０の数は、後述のアクチュエータユニット２１の外形形状（台形形状）に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。ノズル１０８も、これと同様の配置がされている。
【００２７】
図４に示すように、流路ユニット９は、ステンレス鋼など金属材料からなる９枚のプレート１２２〜１３０から構成されている。これらプレート１２２〜１３０は、主走査方向に長尺な矩形状の平面を有する。
【００２８】
これらプレート１２２〜１３０を互いに位置合わせしつつ積層することによって、プレート１２２〜１３０に形成された貫通孔が連結され、流路ユニット９内に、２つのマニホールド流路１０５、そして各マニホールド流路１０５に係る副マニホールド流路１０５ａの出口から圧力室１１０を経てノズル１０８に至る多数の個別インク流路１３２が形成される。
【００２９】
次に、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。リザーバユニットからインク供給口１０５ｂを介して流路ユニット９内に供給されたインクは、各マニホールド流路１０５において副マニホールド流路１０５ａに分岐される。副マニホールド流路１０５ａ内のインクは、各個別インク流路１３２に流れ込み、絞りとして機能するアパーチャ１１２及び圧力室１１０を介してノズル１０８に至る。
【００３０】
アクチュエータユニット２１について説明する。図２に示すように、アクチュエータユニット２１は、それぞれ台形の平面形状を有している。また、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形成され、図５に示すように、３枚の圧電シート（圧電層）１４１〜１４３から構成されている。圧電シート１４１上の圧力室１１０に対向する位置には、個別電極１３５が形成されている。個別電極１３５は、圧力室１１０に対向して配置された電極部と、圧力室１１０に対向する領域の外にまで引き出された延出部とを有し、この延出部上にランド１３６が形成されている。最上層の圧電シート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。
【００３１】
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は、ドライバＩＣ５１とランド１３６を介して電気的に接続されており、このドライバＩＣ５１からの駆動信号が選択的に入力されるようになっている。つまり、アクチュエータユニット２１において、個別電極１３５と圧力室１１０とで挟まれた部分を個別のアクチュエータとして、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ている。
【００３２】
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。圧電シート１４１はその厚み方向に分極されており、個別電極１３５（電極部）に対応した部分が、圧電効果によって撓む活性部として働く。そして、個別電極１３５を共通電極１３４と異なる電位にすると、この活性部には分極方向に電界が印加される。活性部は、電界と分極の方向が同じとき、厚み方向に伸張し面方向に収縮する。なお、このときの変位量は、厚み方向より面方向の方が大きい。このように、アクチュエータユニット２１は、圧力室１１０から最も離れた上側１枚の圧電シート１４１を、活性部を含む活性層とし、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を区画するキャビティプレート１２２の上面に固定されている。ここで、圧電シート１４１における電界印加部分と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の内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、圧力室１１０内に圧力波が発生する。そして、発生した圧力波が圧力室１１０からノズル１０８まで伝播することによってノズル１０８からインク滴が吐出される。
【００３３】
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にグランド電位を付与し、その後所定のタイミングにて再び所定の電位を個別電極１３５に付与するような駆動信号をドライバＩＣ５１から出力させる（図９参照）。この場合、個別電極１３５がグランド電位になるタイミングで、圧力室１１０内のインクの圧力が降下して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を所定の電位にしたタイミングで、圧力室１１０内の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。つまり、個別電極１３５に矩形波のパルスを付与する。このパルス幅は、圧力室１１０内において圧力波が副マニホールド流路１０５ａの出口からノズル１０８の先端まで伝播する時間長さであるＡＬ（Acoustic Length）であり、圧力室１１０内のインクが負圧状態から正圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさるため、強い圧力でインク滴をノズル１０８から吐出させることができる。
【００３４】
次に、制御装置１６について図６を参照しつつ詳細に説明する。図６は、制御装置１６の機能ブロック図である。なお、図６においては、４つのインクジェットヘッド１のうち１つのみを模式的に示している。図６に示すように、制御装置１６は、印刷データ記憶部６３と、ヘッド制御部６４と、搬送モータ制御部６７と、超過状態検知部６５と、メニスカス振動部６６とを有している。
【００３５】
印刷データ記憶部６３は、図示しないホストコンピュータから転送された印刷データを記憶するものである。印刷データには、用紙Ｐに形成すべき画像に関する画像データが含まれる。画像データは、ヘッド制御部６４がアクチュエータユニット２１を駆動するための駆動データであり、画像の各ドットに対応するノズル１０８から吐出される液滴のサイズ（大滴、中滴、小滴）を示すドットデータの集合体である。
【００３６】
ヘッド制御部６４は、ドライバＩＣ５１に制御信号を出力することによってアクチュエータユニット２１を制御するものであり、搬送機構１３によって搬送された用紙Ｐに、印刷データ記憶部６３に記憶された印刷データに基づく画像が形成されるように、ノズル１０８からインク滴を吐出させる。ここで、インク滴の吐出周期は、用紙Ｐの搬送速度及び用紙Ｐの搬送方向に関する解像度によって決定される。本実施形態においては、インク滴の吐出周期が２０ｋＨｚとなっている。
【００３７】
搬送モータ制御部６７は、所定の速度パターン（加速パターン、定速パターン及び減速パターンを含む）で搬送ベルト８が駆動されるように搬送モータ１９の駆動速度を制御するものである。
【００３８】
超過状態検知部６５について図７及び図８をさらに参照しつつ説明する。図７は、ノズル１０８に形成されたメニスカスの状態を示すノズルプレート１３０の断面図である。本実施形態では、アクチュエータが非駆動状態や停止状態にあるとき、気体側の圧力Ｐｏよりインク側の圧力Ｐｉの方が若干小さくなるように設定している。そのため、メニスカスはインク側からの負圧（後述の水頭圧に相当）を常に受けており、ノズル１０８の内側に凸となるように形成されている。図８は、ノズル１０８から単位時間で吐出されるインク滴の総量が大きくなるように変化したときの、副マニホールド流路１０５ａや個別インク流路１３２内のインクにおける圧力の変化を示すグラフである。アクチュエータの駆動によってインク滴が吐出されると、インクの補給が間に合わなければ、メニスカスはノズル１０８の内側により凸となるように変化する。このとき、インク側の圧力Ｐｉはより負圧側に大きくなる。図７及び図８に示すように、超過状態検知部６５は、いずれかのノズル１０８からインク滴が吐出されることでノズル１０８に形成されたメニスカスにおけるインク側の圧力Ｐｉと気体側の圧力Ｐｏとの間の圧力差Ｐｄ（Ｐｄ＝Ｐｉ−Ｐｏ）が閾値ｋを超える超過状態になることを予測（検知）するものである。圧力差Ｐｄが、メニスカスが破壊される圧力であるメニスカス耐圧Ｐを超えると、ノズル１０８に形成されたメニスカスが破壊され、当該ノズル１０８からインク滴が正常に吐出されなくなる。例えば、ノズル１０８内に外気が侵入してしまい、インク滴が吐出不能となる。
【００３９】
なお、超過状態は、圧力差Ｐｄが、メニスカス耐圧Ｐ未満であってメニスカス耐圧Ｐに近い値に決定された閾値ｋ（本実施形態においては−２．０ｋＰａ）を超える状態である。このように、閾値ｋは、メニスカスの破壊を防ぐ目的の閾値であるから、メニスカス耐圧Ｐ未満に設定される。また、ノズル１０８がインク滴の吐出を続けると、図８の時刻ｔ２からｔ３に見られるように、ノズル１０８からのインクの消費と副マニホールド１０５ａや個別インク流路１３２へのインクの供給との間に釣り合いが生じる。このとき、これに対応したインク流路での圧力損失（負圧）が発生しており、インク滴の吐出が停止するまでメニスカスに加わることになる。このときの圧力損失が、メニスカスを破壊する程のものでなければ、閾値ｋをこのような釣り合い状態における圧力差Ｐｄ以上の値とすればよい。さらに、閾値ｋは、全てのノズル１０８から最大サイズのインク滴が吐出されている場合に、全てのノズル１０８から吐出されるインクの量とインクタンク（インクの供給源）から供給されるインクの量とに釣り合いが生じているときの圧力差Ｐｄ以上の値とするのが好適である。これによって、不必要にメニスカス振動を開始することが無くなり、消費電力の低減に寄与する。
【００４０】
ここで、メニスカス耐圧Ｐは、
Ｐ＝４σ・ｃｏｓθ／ｄ
σ：インクの表面張力
θ：ノズル１０８におけるインクの接触角
ｄ：ノズル１０８の開口の直径
で表される。インクの表面張力σは、インクの粘度が高くなるに伴って大きくなる。インクの粘度はインク温度Ｔが高くなるに伴って低下する。したがって、メニスカス耐圧Ｐはインク温度Ｔが高くなるに伴って低くなる。このため、超過状態検知部６５は、インク温度Ｔが高くなるにしたがって、閾値ｋを大きくする（閾値ｋを正圧側に変更する）。
【００４１】
そして、インク側の圧力Ｐｉは、
Ｐｉ＝Ｐ０＋ΔＰ
Ｐ０：水頭圧
ΔＰ：圧力損失
で表される。水頭圧Ｐ０は、鉛直方向に関するノズル１０８の開口位置とインクタンク内のインクの液面位置との差によって発生する圧力である。また、圧力損失ΔＰは、
ΔＰ＝Ｑ・Ｒ
Ｑ：ノズル１０８から吐出されるインク量
Ｒ：インクタンクからノズル１０８に至るまでのインク流路における流路抵抗
で表される。さらに、流路抵抗Ｒは、インク流路の流路断面形状とインク粘度μとによって決定される。また、インク粘度μはインク温度Ｔによって変化する。したがって、圧力差Ｐｄは、ノズル１０８から吐出されるインク量Ｑとインク温度Ｔとによって変化する。
【００４２】
図８に示すように、例えば、全てのノズル１０８からインク滴が吐出されていない状態（〜ｔ０）から、大部分のノズル１０８から多量のインク滴が吐出されると（ｔ０〜ｔ３）、インクの流れが安定するｔ０〜ｔ２までの間は、副マニホールド流路１０５ａや個別インク流路１３２へのインクの供給が追いつかず、個別インク流路１３２が大きく負圧となる。図８の場合、圧力差Ｐｄが最大で−３．０ｋＰａとなる。インク滴を吐出していないノズル１０８では、メニスカス耐圧Ｐが−３．０ｋＰａの場合、圧力差Ｐｄが−３．０ｋＰａとなると、メニスカスが破壊される可能性がある。
【００４３】
超過状態検知部６５は、ドライバＩＣ５１が有する温度センサ５１ａの検出結果に基づいて流路ユニット９内のインク温度Ｔを算出するとともに、印刷データ記憶部６３に記憶された印刷データに基づいて、各吐出周期（単位時間）におけるインク滴を吐出する全てのノズル１０８から吐出されるインク滴の総量の変化量Ｖ（上述のインク滴の吐出を停止状態からインク滴の吐出を開始したときのインク量Ｑに相当）を算出する。
【００４４】
また、上述したように、メニスカス耐圧Ｐはインク温度Ｔが高くなるに伴って低くなるため、超過状態検知部６５は、インク温度Ｔが高くなるに伴って、閾値ｋを正圧側にシフトさせて大きくする。そして、超過状態検知部６５は、算出したインク温度Ｔ及び変化量Ｖに基づいて圧力差Ｐｄを算出し、算出した圧力差Ｐｄが閾値ｋを超える超過状態になることを検知する。
【００４５】
図９をさらに参照しつつメニスカス振動部６６について説明する。図９は、メニスカス振動部６６の機能を説明するための駆動波形図である。図９に示すように、メニスカス振動部６６は、超過状態検知部６５が超過状態になることを検知した場合、超過状態となる時点から振動時間が経過するまでの間（ｔ１〜ｔ２）、インク滴を吐出しない全てのノズル１０８に形成されたメニスカスがインク滴を吐出することなく振動するように、ヘッド制御部６４を介してアクチュエータユニット２１を駆動させるものである。
【００４６】
具体的には、図１０に示すように、ヘッド制御部６４が、印刷データに基づいて、インク滴を吐出するノズル１０８に関する個別電極１３５に、インク滴が吐出される電位Ｖ１のパルスを有する吐出駆動信号（２０ｋＨｚの各吐出周期単位で３つのパルスが連続した大滴のインク滴を吐出させる波形）を付与しているときに、メニスカス振動部６６が、インク滴を吐出しないノズル１０８に関する個別電極１３５に、インク滴が吐出されない電位Ｖ２のパルスを有しているとともに、吐出駆動信号と同じ波形を有する不吐出駆動信号を付与する。これにより、インク滴を吐出しないノズル１０８に形成されたメニスカスが振動する。なお、本実施形態においては、吐出駆動信号と不吐出駆動信号とが同じ波形を有する構成であるが、不吐出駆動信号の波形は、所定の周期でメニスカスが振動するような任意の波形を有するものであってもよい。例えば、不吐出駆動信号が、吐出周期とは無関係にパルスが連続する波形を有していてもよい。あるいは、不吐出駆動信号が、吐出駆動信号と同じ電圧を有していると共にインク滴が吐出されない程度にパルス幅が狭く調整されたパルスからなる波形であってもよい。
【００４７】
発明者の知見によると、ノズル１０８に形成されたメニスカスを振動させることによって当該メニスカスのメニスカス耐圧Ｐが高くなる。このため、メニスカスが振動している間は、圧力差Ｐｄがメニスカスを振動させないときのメニスカス耐圧Ｐ（本実施形態においては−３．０ｋＰａ）を超えたとしても、当該メニスカスが破壊されることがない。
【００４８】
また、メニスカス振動部６６は、振動時間を、圧力差Ｐｄが閾値ｋを超えた後に再び閾値ｋ未満に戻るために十分な時間に決定する。したがって、メニスカス振動部６６は、圧力差Ｐｄが大きくなるに伴って、振動時間を長くする。
【００４９】
以上、説明した本実施形態によると、超過状態検知部６５が、ノズル１０８に形成されたメニスカスにおけるインク側の圧力Ｐｉと気体側の圧力Ｐｏとの間の圧力差Ｐｄを算出し、算出した圧力差Ｐｄが閾値ｋを超える超過状態になることを検知する。そして、メニスカス振動部６６が、超過状態となるときから振動時間の間、インク滴を吐出しないノズル１０８のメニスカスを振動させる。これにより、超過状態において、当該メニスカスのメニスカス耐圧Ｐが高くなるため、インクジェットヘッド１の小型化を図りつつノズルのメニスカスが破壊されるのを防止することができる。
【００５０】
超過状態検知部６５が、インク温度Ｔが高くなるに伴って、閾値ｋを正圧の方向にシフトさせて大きくするため、インク温度Ｔによってインク粘度μが変化した場合においても適切な閾値ｋを決定することができ、温度特性が向上する。
【００５１】
また、超過状態検知部６５が、インク温度Ｔ及びインク滴を吐出する全てのノズル１０８から吐出されるインク滴の総量の変化量Ｖに基づいて、圧力差Ｐｄを算出するため、圧力差Ｐｄを正確に予測することができる。
【００５２】
さらに、超過状態検知部６５が、印刷データ記憶部６３に記憶された印刷データに基づいて、変化量Ｖを算出するため、圧力差Ｐｄを容易に予測することができる。
【００５３】
また、メニスカス振動部６６が、圧力差Ｐｄが大きくなるに伴って、振動時間を長くするため、個別インク流路１３２において閾値ｋやメニスカス耐圧Ｐを超える負圧が発生している時間に応じてメニスカスを振動させる時間が変化させることができる。これにより、メニスカスを振動させる時間を、不必要に長くすることことなく適切に設定することができるため、省電力化を図ることができる。
【００５４】
＜変形例＞
本実施形態においては、インクジェットヘッド１が単色のインクに対応しており、対応するインクタンクからの１色のインクが、流路ユニット９における２つのマニホールド流路１０５に供給される構成であるが、インクジェットヘッドが２色のインクに対応しており、対応する２つのインクタンクからの各インクが、流路ユニット９における互いに異なるマニホールド流路１０５に供給される構成となっていてもよい。このとき、各マニホールド流路１０５及び当該マニホールド流路１０５に連通する複数の個別インク流路を１つのヘッド単位とする。そして、超過状態検知部６５が、各ヘッド単位において、各吐出周期におけるインク滴を吐出する全てのノズル１０８から吐出されるインク滴の総量の変化量Ｖを算出し、算出したインク温度Ｔ及び変化量Ｖに基づいて、ヘッド単位毎に圧力差Ｐｄを算出し、算出した圧力差Ｐｄがヘッド単位毎に決定された閾値ｋを超える超過状態になることを検知し、メニスカス振動部６６が、ヘッド単位毎に、圧力差Ｐｄが閾値ｋを超えた後に再び閾値ｋ未満に戻るために十分な時間に振動時間を決定する。
【００５５】
これによると、インクの特性に応じて最適な閾値ｋ及び振動時間を決定することができるため、各ヘッド単位に係る個別インク流路１３２において超過状態になっていることを正確に検知することができる。
【００５６】
＜第２実施形態＞
本発明に係る第２実施形態について図１０を参照しつつ説明する。図１０は、第２実施形態に係るインクジェットプリンタの制御装置の機能ブロック図である。なお、本実施形態は、制御装置１１６の超過状態検知部１６５及び圧力センサ１８を除く他の部材及び機能部は第１実施形態と実質的に同じであるため、これらについては、第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
【００５７】
圧力センサ１８は、インクタンクのインクをリザーバユニットに供給するインク供給チューブ（図示せず）内に配置されており、インク供給チューブ内の圧力を検知する。超過状態検知部１６５は、圧力センサ１８が検知したインク供給チューブ内の圧力に基づいて、圧力差Ｐｄを算出し、算出した圧力差Ｐｄが閾値ｋを超える超過状態になることを検知する。ここで、閾値ｋは、全てのノズル１０８から大滴のインク滴が吐出されている場合に、全てのノズル１０８から流出するインクの量とマニホールド流路１０５に供給されるインクの量とに釣り合いが生じているときに、圧力センサ１８によって計測される圧力に対応した値以上であり、且つ、メニスカス耐圧Ｐ未満である。
【００５８】
なお、副マニホールド流路１０５ａや共通インク流路１３２内のインクの圧力をより的確に計測するという観点から、圧力センサ１８は、インク供給チューブとリザーバユニットとの連結部や、リザーバユニット内のインク流路中に配置するとよい。これにより、メニスカスにかかるインク側の圧力の変化を時間的に遅れることなく検知できるようになる。
【００５９】
そして、メニスカス振動部６６は、超過状態検知部１６５が超過状態になることを検知した場合、超過状態となる時点から振動時間が経過するまでの間、インク滴を吐出しない全てのノズル１０８に形成されたメニスカスがインク滴を吐出することなく振動するように、ヘッド制御部６４を介してアクチュエータユニット２１を駆動させる。
【００６０】
以上、説明した本実施形態によると、ノズル１０８から多量のインクが吐出されることによって個別インク流路１３２に負圧が発生したときに、インク滴を吐出しないノズル１０８のメニスカスを振動させて当該メニスカスのメニスカス耐圧Ｐを高くするため、インクジェットヘッド１の小型化を図りつつメニスカスが破壊されるのを防止することができる。
【００６１】
また、超過状態検知部１６５が、圧力センサ１８が検知したインク供給チューブ内の圧力に基づいて、圧力差Ｐｄを算出しているため、超過状態になっていることを正確に検知することができる。
【００６２】
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。例えば、上述の第１実施形態においては、メニスカス振動部６６が、圧力差Ｐｄが大きくなるに伴って、振動時間を長くする構成であるが、振動時間を固定にする構成であってもよい。
【００６３】
また、上述の第１実施形態においては、振動時間を、圧力差Ｐｄが閾値ｋを超えた後に再び閾値ｋ未満に戻るために十分な時間に決定する構成であるが、振動時間を、超過状態となる時点から全てのノズル１０８からのインク滴の吐出が完了するまでの間、又は、インク滴を吐出する全てのノズル１０８から吐出されるインク滴の総量の変化量Ｖが所定値以下になるまでの間として決定する構成であってもよい。
【００６４】
また、上述の第１実施形態においては、超過状態検知部６５が、インク温度Ｔが高くなるに伴って、閾値ｋを大きくする構成であるが、閾値ｋを固定にする構成であってもよい。
【００６５】
さらに、上述の第１実施形態においては、超過状態検知部６５が、算出したインク温度Ｔ及び変化量Ｖに基づいて圧力差Ｐｄを算出する構成であるが、変化量Ｖのみに基づいて圧力差Ｐｄを算出する構成であってもよい。
【００６６】
また、第２実施形態において、振動時間を、圧力センサ１８によってインクの圧力が閾値ｋを超えた時点から、再び閾値ｋ未満に戻るまでの時間としてもよい。これにより、メニスカス振動を、必要なときに必要な時間だけ行うことができるため、消費電力の低減に寄与する。
【００６７】
さらに、第１実施形態において、閾値ｋは、圧力差Ｐｄに関連する指標であればインクの圧力に限るものではない。インク流路での圧力損失は、単位時間あたりのインクの流量が同じであれば、インク粘度μの変化に影響を受ける。インクの温度が高くなると、インク粘度μは低くなり、圧力損失も低くなる。例えば、閾値ｋを単位時間あたりのインク流量とし、インクの温度が高くなれば閾値ｋを大きくすればよい。また、閾値ｋを単位時間あたりに吐出されるインク滴数とし、インクの温度が高くなればこの閾値ｋを大きくすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るインクジェットプリンタの外観側面図である。
【図２】図２に示すヘッド本体の平面図である。
【図３】図２に示す一点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。
【図４】図３に示すIV−IV線断面図である。
【図５】図２に示すアクチュエータユニットの断面図である。
【図６】図１に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図７】図４に示すノズルに形成されたメニスカスの状態を示すノズルプレートの断面図である。
【図８】図４に示すノズルから吐出されるインク滴の総量が大きくなるように変化したときの、個別インク流路内のインクにおける圧力の変化を示すグラフである。
【図９】図６に示すメニスカス振動部の機能を説明するための駆動波形図である。
【図１０】第２実施形態に係るインクジェットプリンタが有する制御装置の機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００６９】
１    インクジェットヘッド
９    流路ユニット
１６    制御装置
１８    圧力センサ
１９    搬送モータ
２１    アクチュエータユニット
５１    ドライバＩＣ
５１ａ    温度センサ
６３    印刷データ記憶部
６４    ヘッド制御部
６５    超過状態検知部
６６    メニスカス振動部
６７    搬送モータ制御部
１０１    インクジェットプリンタ
１０５    マニホールド流路
１０５ａ    副マニホールド流路
１０８    ノズル
１１０    圧力室
１１２    アパーチャ
１３２    個別インク流路
１３５    個別電極
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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