(57)【要約】【課題】画像記録中のノズル圧を一定の負圧に保ちながら、ヘッドを通してインクを往復動させ、ヘッドの冷却性能も一定に保つ。【解決手段】ノズルに連通する第１及び第２のインク導入部を有するインクヘッドと、第１の導入部と第１の経路を介して接続される第１のインク貯留部と、第２の導入部と第２の経路を介して接続される第２のインク貯留部と、これら貯留部内に空気を供給及び空気を排出することで、これら貯留部内を加減圧する加減圧手段と、加減圧手段の制御手段とを有するインクジェットプリンタであって、制御手段は、ノズル圧をインク吐出可能な負圧に維持しつつ、第１の貯留部内を加圧すると共に第２の貯留部内を減圧する第１のモードと、ノズル圧をインク吐出可能な負圧に維持しつつ、第１の貯留部内を減圧すると共に第２の貯留部内を加圧する第２のモードとを交互に繰り返してヘッド内のインク流を逆転させる。【選択図】図１
2012066470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インクを吐出する複数のノズルを有し、該ノズルに連通する第１及び第２のインク導入部を有するインクヘッドと、
前記第１のインク導入部と第１のインク経路を介して接続された第１のインク貯留部と、
前記第２のインク導入部と第２のインク経路を介して接続された第２のインク貯留部と、
前記第１及び第２のインク貯留部内に空気を供給、及び前記第１及び第２のインク貯留部内の空気を排出することで、前記第１及び第２のインク貯留部内を加圧及び減圧する加減圧手段と、
前記第１及び第２のインク貯留部内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段の検出結果に基づいて前記加減圧手段を制御する制御手段と、を具備するインクジェットプリンタにおいて、
前記制御手段は、
前記ノズルに加える圧力を、該ノズルからインク吐出可能な負圧に維持しつつ、前記第１のインク貯留部内を加圧すると共に、前記第２のインク貯留部内を減圧するように、前記加減圧手段を制御する第１の加減圧モードと、
前記ノズルに加える圧力を、該ノズルからインク吐出可能な負圧に維持しつつ、前記第１のインク貯留部内を減圧すると共に、前記第２のインク貯留部内を加圧するように、前記加減圧手段を制御する第２の加減圧モードと、を有し、
前記第１の加減圧モードと第２の加減圧モードとを交互に繰り返すことで、前記インクヘッド内のインクの流れる向きを逆転させることを特徴とするインクジェットプリンタ。
【請求項２】
前記インクヘッドの温度を検出する温度センサをさらに具備し、
前記制御手段は、前記温度センサによる温度検出結果に応じて、前記第１の加減圧モードの実行時間及び第２の加減圧モードの実行時間を変更することを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ。
【請求項３】
前記第１のインク経路及び第２のインク経路内のインクを冷却する冷却手段と、
前記第１のインク経路及び第２のインク経路内のインクを加温し、前記冷却手段よりも前記インクヘッド側に配設される加温手段と、をさらに具備し、
前記制御手段は、インクを加温する場合、インクを冷却する場合に比べて、１回当たりの前記第１の加減圧モードの実行時間又は第２の加減圧モードの実行時間を短くすることを特徴とする請求項２記載のインクジェットプリンタ。
【請求項４】
前記第１のインク貯留部又は前記第２のインク貯留部に、インク液面を検出する液面検出手段をさらに具備し、
前記制御手段は、前記液面検出手段の液面検出結果に応じて、前記第１の加減圧モードと第２の加減圧モードの切替えを行うことを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ。
【請求項５】
前記制御手段が前記第１及び第２の加減圧モードにおけるそれぞれの加圧のレベル及び減圧のレベルは、前記第１のインク貯留部内のインク液面と前記インクヘッドのノズル位置との水頭差、及び前記第２のインク貯留部内のインク液面と前記インクヘッドのノズル位置との水頭差に応じて設定されることを特徴とする請求項３記載のインクジェットプリンタ。
【請求項６】
前記第１のインク貯留部内と前記第２のインク貯留部内を連通する空気連通経路と、
該空気連通経路上に配設されたポンプと、を有し、
前記制御手段は、前記ポンプを駆動することで、第１のインク貯留部と第２のインク貯留部との間で空気の供給及び排出を行い、前記第１の加減圧モード及び第２の加減圧モードを実行することを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ。
【請求項７】
前記第１のインク経路及び第２のインク経路内のインクを共に加温する加温手段を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ。
【請求項８】
前記加温手段は、前記第１のインク経路及び第２のインク経路内のインクを共に加温することを特徴とする請求項３記載のインクジェットプリンタ。
【請求項９】
前記第１のインク経路及び第２のインク経路内のインクを共に冷却する冷却手段を有することを特徴とする請求項１記載のインクジェットプリンタ。
【請求項１０】
前記冷却手段は、前記第１のインク経路及び第２のインク経路内のインクを共に冷却することを特徴とする請求項３記載のインクジェットプリンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インクヘッドに形成されたノズルから記録媒体にインクを吐出して画像を記録するインクジェットプリンタに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ノズル面に複数のノズルが形成されたインクヘッドを搭載し、これらノズルからインクを吐出することによって記録媒体に画像を記録（印刷）する画像記録装置、所謂インクジェットプリンタが知られている。このようなインクジェットプリンタのインクヘッドは、圧電素子又は発熱素子等からなるアクチュエータを有し、このアクチュエータを駆動させてノズルからインクを吐出する。アクチュエータの駆動は、アクチュエータ自体による発熱と、アクチュエータの駆動部（ドライブＩＣ）による発熱との双方を伴っている。これらの発熱は、記録速度の高速化やラインヘッドの採用によるノズル数の増大により、増加する傾向にある。このような発熱によるプリンタの高熱化を抑制するために、インクヘッド内に比較的温度の低いインクを流入させて、そのインクを用いてインクヘッドを冷却する技術が知られている。
【０００３】
また、インク吐出の頻度が低いノズルにおけるインクは、揮発によって増粘する。ノズル内のインクが増粘してしまうと、インク吐出の妨げになったり、インク吐出量が変化したりしてしまうなどの不具合が発生してしまう。そこで、インクヘッド内にインクを流入させることでノズル近傍のインクを攪拌させて、インクの増粘を防止する技術が知られている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、インクヘッド内にインクを供給する供給経路と、インクヘッドからインクを排出する排出経路とを有し、供給経路の一端側にインクカートリッジを、排出経路の一端側にサブタンクをそれぞれ接続し、インクカートリッジとサブタンクとの間でインクを往復動させることが開示されている。
【０００５】
例えば、特許文献２には、インクヘッド内にインクを供給する加圧可能な上流サブタンクと、インクヘッドから排出されたインクを貯留する減圧可能な下流サブタンクとを有し、下流サブタンクから上流サブタンクへインクを戻して循環させる方式が開示されている。また、ノズルの詰まり回復を目的として、メンテナンス中に上流サブタンクと下流サブタンクとの間でインク流を反転させることが記載されている。
【０００６】
例えば、特許文献３には、画像記録時はインクを循環させず、パージ時のみポンプでインクを循環させ、インク循環経路に付着している気泡を剥がしてインクタンクに回収する方式が開示されている。この方式では、ポンプを正逆回転させることによりインクの流れを逆転させて、気泡に揺さぶりを与えて効率よく除去可能であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３４１９２２０号公報
【特許文献２】特開２００９−１０１６６８号公報
【特許文献３】特開２０００−３３７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のインクジェットプリンタにおいて、一般的に、インクヘッドのノズル内は負圧に保たれている。この負圧により、ノズル内には、インクが重力方向上方に窪んだメニスカスが形成され、ノズルからインクが垂れないようになっている。
【０００９】
特許文献１に記載のインクジェットプリンタでは、ノズルの増粘を防止するために、画像記録中も、インクヘッドを通してインクを往復動させる。しかし、この場合、インクヘッド中にインクの流れによる圧損が発生する。この圧損と、インクカートリッジ、インクヘッド及びサブタンクの水頭差とによって決まるノズル圧がメニスカスの耐圧範囲から外れた正圧になると、ノズルからインクが漏れてインクを正常に吐出することができなくなる。また、所定の負圧範囲を超えても、ノズルから空気が吸い込まれてインクを正常に吐出することができなくなる。さらに、上記２つの条件を満たしても、圧力変動が大きい場合には、ノズルからのインク吐出量が変動し、記録される画像の濃度が変わってしまい、記録品質が低下してしまう。また、ノズルを通過するインクの量がその圧力変動で変化してしまい、一定の冷却性能を維持することが困難となってしまう。
【００１０】
具体的には、特許文献１には、画像記録中もインクを往復動させることが可能であると記載されているが、インクカートリッジ内を加圧させてインクをサブタンクに持ち上げる場合、インクヘッドのノズルに正圧が加えられることも明記されている。特許文献１では、このような状態でも画像記録可能としているが、一般的に、ノズルに正圧がかかった状態では画像記録を行わない。なぜならば、正圧がかかった状態では、ノズルからインクが漏れ出すことがあり、また、この状態で無理に画像記録を行えば、インク吐出量の変化により記録品質の劣化につながるからである。  
つまり、特許文献１に記載のインクジェットプリンタでは、画像記録中にノズル内の負圧を維持した状態でインクを往復動させることができない。
【００１１】
また、特許文献２に記載のインクジェットプリンタでは、ノズルの詰まりを解消するためにのみインクを往復動させており、やはり、画像記録中にノズル内の負圧（メニスカス）を維持した状態でインクを往復動させることは考慮していない。また、画像記録時は、インクを循環させるために、インクに直接接触（接液）するポンプが必要となる。従って、インクの材料とポンプなどの循環手段の材料との適合が必要となり、材料の選択肢が限られてしまう。さらに、インクを循環させるための帰還経路も必要となり、インクヘッドを通してインクを流すために上流サブタンクと下流サブタンクを設けるなど、インク経路が複雑でかつスペースを要し、コスト高となってしまう。
【００１２】
さらに、特許文献３に記載のインクジェットプリンタでも、特許文献２と同様に、インクを循環するための接液する循環手段に関する問題がある。また、インクを往復動させるパージ時には、ノズルからのインク漏れが生じないように設計できたとしても、画像記録に適したノズル圧を維持することは触れられていない。つまり、画像記録中にインクを往復動させてインクの増粘を防止したり、インクヘッドを冷却したりするには不向きな構成である。
【００１３】
具体的には、特許文献３には、どのようにしてノズル内に負圧を形成するのか開示されていない。インクタンクがインクヘッドよりも重力方向上方にあるため、大気開放されているとなれば、ノズルには正圧がかかることとなる。また、ポンプを駆動させることで、ノズルには必ず正圧が加えられる。  
つまり、引用文献３に記載のインクジェットプリンタにおいても、画像記録中に負圧を維持した状態でインクを往復動させることができない。
【００１４】
本発明は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、簡便な構成で、画像記録中もノズル圧を一定の負圧に保ちながら、インクヘッドを通してインクを往復動させ、かつインクによるインクヘッドの冷却性能も一定に保つことができるインクジェットプリンタ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】
【００１５】
本発明の一実施形態は、インクを吐出する複数のノズルを有し、該ノズルに連通する第１及び第２のインク導入部を有するインクヘッドと、前記第１のインク導入部と第１のインク経路を介して接続された第１のインク貯留部と、前記第２のインク導入部と第２のインク経路を介して接続された第２のインク貯留部と、前記第１及び第２のインク貯留部内に空気を供給、及び前記第１及び第２のインク貯留部内の空気を排出することで、前記第１及び第２のインク貯留部内を加圧及び減圧する加減圧手段と、前記第１及び第２のインク貯留部内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の検出結果に基づいて前記加減圧手段を制御する制御手段と、を具備するインクジェットプリンタにおいて、前記制御手段は、前記ノズルに加える圧力を、該ノズルからインク吐出可能な負圧に維持しつつ、前記第１のインク貯留部内を加圧すると共に、前記第２のインク貯留部内を減圧するように、前記加減圧手段を制御する第１の加減圧モードと、前記ノズルに加える圧力を、該ノズルからインク吐出可能な負圧に維持しつつ、前記第１のインク貯留部内を減圧すると共に、前記第２のインク貯留部内を加圧するように、前記加減圧手段を制御する第２の加減圧モードと、を有し、前記第１の加減圧モードと第２の加減圧モードとを交互に繰り返すことで、前記インクヘッド内のインクの流れる向きを逆転させるインクジェットプリンタである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、簡便な構成で、画像記録中もノズル圧を一定の負圧に保ちながら、インクヘッドを通してインクを往復動させ、かつインクによるインクヘッドの冷却性能も一定に保つことができるインクジェットプリンタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、インクジェットプリンタの構成を示す概略図である。
【図２】図２は、第１の実施形態におけるインクジェットプリンタのインク経路を示す概略図である。
【図３】図３は、インクジェットプリンタのインク経路を直線上に示した概略図である。
【図４】図４は、インクジェットプリンタに搭載されているインクヘッドの断面図である。
【図５】図５は、インクジェットプリンタに搭載されているインクヘッドの斜視図である。
【図６】図６は、ノズル圧一定、インク流量可変としてインクタンクからインクカートリッジへインクを流したときのインク温度と流量とのグラフを示す図である。
【図７】図７は、ノズル圧一定、インク流量可変としてインクカートリッジからインクタンクへインクを流したときのインク温度と流量とのグラフを示す図である。
【図８】図８は、ノズル圧及びインク流量を一定としてインクタンクからインクカートリッジへインクを流したときのインクカートリッジ及びインクタンク内の圧力制御のグラフを示す図である。
【図９】図９は、ノズル圧及びインク流量を一定としてインクカートリッジからインクタンクへインクを流したときのインクカートリッジ及びインクタンク内の圧力制御のグラフを示す図である。
【図１０】図１０は、インク経路中のインク往復動時の圧力制御の時間変化のグラフを示す図である。
【図１１】図１１は、第１の実施形態におけるインクジェットプリンタのインク経路を示す概略図である。
【図１２】図１２は、インク経路中のインク往復動時の圧力制御の時間変化のグラフを示す図である。
【図１３】図１３は、図１２に対応した各構成部の制御を示すタイムチャートである。
【図１４】図１４は、制御部によるインク経路中の制御を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、第２の実施形態におけるインクジェットプリンタのインク経路を示す概略図である。
【図１６】図１６は、第３の実施形態におけるインクジェットプリンタのインク経路を示す概略図である。
【図１７】図１７は、第３の実施形態におけるインク経路中のインク往復動時の圧力制御の時間変化のグラフを示す図である。
【図１８】図１８は、第４の実施形態におけるインクジェットプリンタのインク経路を示す概略図である。
【図１９】図１９は、第５の実施形態におけるインクジェットプリンタのインク経路を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
［第１の実施形態］  
図１は、インクジェットプリンタ１の構成を示す概略図である。  
インクジェットプリンタ１は、記録媒体２を搬送する搬送部３と、記録媒体２にインクを吐出するインクヘッド１００を備えたインク経路４と、搬送部３及びインクヘッド１００を始めとするインクジェットプリンタ１の各構成部を制御する制御部５と、を有している。なお、図示しないが、インクジェットプリンタ１は、上記構成部に加えて、記録媒体２を供給する供給部、画像記録された記録媒体２を排出する排出部、インクヘッド１００のクリーニングを行うクリーニング部など、通常のインクジェットプリンタが備える構成を有している。
【００２０】
インクジェットプリンタ１は、例えば、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）の４色のインクで記録媒体２に画像を記録する。以下の説明及び図面では、代表的な１色のインクに関わるインク経路４のみが示されているが、インクジェットプリンタ１は、インク色ごとに同様のインク経路を備えている。
【００２１】
図２は、インクジェットプリンタ１のインク経路４を示す概略図である。図３は、このインク経路４を直線上に示した概略図である。  
インク経路４は、大別すると、記録媒体２にインクを吐出するインクヘッド１００と、インクヘッド１００に供給するインクを貯留するインク貯留部としてのインクカートリッジ６０と、インクヘッド１００から排出されるインクを貯留するインク貯留部としてのインクタンク５０と、を有している。インクカートリッジ６０とインクヘッド１００とは、加温部３０を介在して第１のインク経路（第１のチューブ）１１によって接続されている。また、インクヘッド１００とインクタンク５０とは、冷却部４０を介在して第２のインク経路（第２のチューブ）１２によって接続されている。つまり、インク経路４は、インクカートリッジ６０から加温部３０を介してインクヘッド１００へと、さらに、インクヘッド１００から冷却部４０を介してインクタンク５０へと接続された経路である。
【００２２】
まず、インクカートリッジ６０の構成について説明する。  
インクカートリッジ６０は、外装６１と、可撓性のスパウトパック６２と、を有しており、密閉された外装６１の中にスパウトパック６２が装入されている。スパウトパック６２内には、インクが充填されている。インクカートリッジ６０は、第１のインク経路１１に対して脱着自在に構成されており、第１のインク経路１１の一端部に設けられた不図示の中空針がインクカートリッジ６０内部のスパウトパック６２に貫通されてスパウトパック６２内のインクが第１のインク経路１１に流れるように連結される。
【００２３】
また、インクカートリッジ６０には、外装６１とスパウトパック６２との間に連通する通路が設けられており、この通路に空気経路１３の一端側が接続されている。また、空気経路１３の他端側には、加減圧手段としてのポンプ２１が設けられている。この空気経路１３は、さらに、空気経路１５の一端側と連通しており、空気経路１５には、空気経路１３内の圧力を検出する圧力検出手段としての圧力センサ７２が設けられている。また、空気経路１５の他端側には、電磁弁２３が設けられている。例えばチューブポンプで構成されているポンプ２１は、制御部５によって、正転により外装６１の内部の空気を吸い出したり、逆転して外装６１の内部に空気を押し込んだりするように制御される。すなわち、正転時にはスパウトパック環境が減圧され、逆転時には加圧される。このときの圧力が、圧力センサ７２で検出される。電磁弁２３は、ノーマルオープンタイプであり、ポンプ２１が駆動されているときには閉じて外気と遮断する。電磁弁２３を開くことで、外装６１の内部の気室は大気開放される。
【００２４】
次に、インクタンク５０の構成について説明する。  
インクタンク５０の内部には、タンク内のインク液面を検出するためのフロート７０が揺動自在に設けられており、フロート７０には、図示されないマグネットが保持されている。インクタンク５０の外側には、フロート７０のマグネットと対向する位置に、ホール素子を備えたセンサ７１が取り付けられている。第２のインク経路１２の一端部は、インクタンク５０の底面近くまで延びた不図示のパイプと連結している。
【００２５】
インクタンク５０の上面には、インクタンク５０内の空気と連通する開口が設けられており、この開口に空気経路１４の一端側が接続されている。また、空気経路１４の他端側には、加減圧手段としてのポンプ２２が設けられている。この空気経路１４は、さらに、空気経路１６の一端側と連通しており、空気経路１６には、空気経路１３内の圧力を検出する圧力検出手段としての圧力センサ７３が設けられている。また、空気経路１６の他端側には、電磁弁２４が設けられている。例えばチューブポンプで構成されているポンプ２２は、制御部５によって、正転によりインクタンク５０の内部の空気を吸い出したり、逆転してインクタンク５０の内部に空気を押し込んだりするように制御される。すなわち、正転時にはインクタンク５０の内部の空気が減圧され、逆転時には加圧される。このときの圧力が、圧力センサ７３で検出される。電磁弁２４は、ノーマルクローズタイプであり、ポンプ２２が駆動されているときには閉じて外気と遮断する。電磁弁２４を開くことで、インクタンク５０の内部の気室は大気開放される。
【００２６】
次に、インク経路４中に設けられた加温部３０及び冷却部４０について説明する。  
加温部３０は、第１のインク経路１１中の、インクヘッド１００の近傍に配置されている。加温部３０は、第１のインク経路１１中に、例えば銅やアルミニウムのような熱伝導性の高い金属で作られたインク経路１１ａを有し、そこに発熱体３１が巻き付けられている。発熱体３１の外面は、熱伝導性の低い樹脂などでできたカバー３２で覆われ、外気と断熱されている。
【００２７】
冷却部４０は、第２のインク経路１２中の、インクタンク５０の近傍に配置されている。冷却部４０は、例えば、銅やアルミニウムのような熱伝導性の高い金属４１で覆われたインク経路１２ａを有し、また、外気との接触面積を増やすために、金属部分の一部にフィン形状部４２を有している。さらに、フィン形状部４２に対向してファン４３が配置されており、フィン形状部４２に風を吹きつけて熱交換効率を高めている。
【００２８】
図３に示すように、インク経路４において、加温部３０がインクヘッド１００の近くに配置されるのに対して、冷却部４０はインクヘッド１００から相対的に離れた位置に配置される。インク経路４中において、加温部３０のところでインクが加温され始める位置をＡ、インクヘッド１００のインク流入口の位置をＢ、インク流出口の位置をＣ、冷却部４０のインクタンク５０側の位置をＤとし、Ｖ（ＡＢ）が経路ＡＢ間のインクの体積、Ｖ（ＢＣ）が経路ＢＣ間のインクの体積、つまりインクヘッド１００内のインクの体積、Ｖ（ＣＤ）が経路ＣＤ間のインクの体積、つまりインクヘッド１００から冷却部４０の内部までの体積と定義する。
【００２９】
次に、インクヘッド１００の内部構造について、図４並びに図５を参照して説明する。  
図４は、インクヘッド１００の断面図であり、図５は、インクヘッド１００の斜視図である。  
インクヘッド１００には、ベース１０３の一面側に、周囲を取り囲み中央が空洞部である枠１０２が接着され、この空洞部にあってベース１０３の前記一面側に圧電素子１０４が対をなして接着されている。枠１０２と圧電素子１０４とは、前記空洞部を塞ぐようにして、Ｚ軸方向に同じ高さで設けられている。さらに、ノズルプレート１０１が、枠１０２と圧電素子１０４とに対してＺ軸方向に積層され、接着されている。
【００３０】
圧電素子１０４には、Ｘ軸方向に複数の溝が掘られており、これら溝がチャンネル１０４ａを形成している。これらチャンネル１０４ａは、Ｙ軸方向に平行に掘られている。チャンネル１０４ａは、ピッチ約１７０μｍ、幅８５μｍ、深さ３００μｍ程度である。対をなす２つの圧電素子１０４は、Ｙ軸方向に半ピッチずらして配置されている。
【００３１】
また、ノズルプレート１０１のノズル面１０１ａには、各チャンネル１０４ａの中央部のＺ軸方向に、インクを吐出するための複数のノズル（ノズル孔）１０１ｂが形成されている。これらノズル孔１０１ｂは、Ｙ軸方向に掘られた前記チャンネル１０４ａに対応して、Ｙ軸方向に配列されている。
【００３２】
図５に示すように、ベース１０３には、対をなす圧電素子１０４の中央部に、Ｙ軸方向に複数の孔１０３ａが配列されている。これら孔１０３ａは、例えば、直径１ｍｍ程度で、３ｍｍ間隔で配置された貫通孔である。同じく、枠１０２と圧電素子１０４とのＸ軸方向の隙間の位置にも、複数の孔１０３ｂが配列されている。
【００３３】
ベース１０３の他面側には、流路部材１０５、１０６がＺ軸方向に積層され、接着されている。流路部材１０５には、３本の平行な溝である経路がＹ軸方向に設けられている。３本の平行な経路のうち、ベース１０３の複数の孔１０３ａと対向した位置にある１本の経路がインク流路１０５ａ、ベース１０３の複数の孔１０３ｂと対向した位置にある２本の経路がインク流路１０５ｂである。これらインク流路１０５ａ、１０５ｂに蓋をするようにして、流路部材１０５の上に流路部材１０６が接着されている。
【００３４】
流路部材１０６には、ノズル１０１ｂに連通するインク導入部として、２本のパイプ状のインクポート１０７、１０８が設けられている。インクポート１０７の孔は、インク流路１０５ａに、インクポート１０８の孔は、流路部材１０６の凸部１０６ａの内部で２本のインク流路１０５ｂをつなぐ接続流路１０６ｂに、それぞれ接続されている。
【００３５】
一端側がインクカートリッジ６０に接続されている第１のインク経路１１の他端側は、インクポート１０７に接続されている。また、一端側がインクタンク５０に接続されている第２のインク経路１２の他端側は、インクポート１０８に接続されている。
【００３６】
続いて、インクヘッド１００の内部のインクの流れについて簡単に説明する。  
インクポート１０７から流入したインクは、インク流路１０５ａを通ってインクヘッド１００のＹ軸方向の幅全体に行き渡り、複数の孔１０３ａから１対の圧電素子１０４の中央部に、インクヘッド１００の幅全体に亘って供給される。供給されたインクは、ここで各圧電素子１０４の方向に分かれ、各チャンネル１０４ａ中を通って枠１０２と圧電素子１０４との隙間に達する。その後、複数の孔１０３ｂから２本のインク流路１０５ｂを通り、接続流路１０６ｂで合流して、インクポート１０８からインクヘッド１００の外に流出する。  
また、本実施形態のインクジェットプリンタ１のインク経路４では、上記流れとは逆向きに、インクポート１０８から流入したインクがインクポート１０７を通ってインクヘッド１００の外に流出するように流れることもできる。
【００３７】
インクヘッド１００のチャンネル１０４ａの電極配線は、ベース１０３の電極接続面１０３ｃで、ドライブＩＣ１１０が搭載されたＦＰＣ１０９と接続されており、各チャンネル１０４ａに電圧波形を加えることにより駆動を行う。インクヘッド１００のベース１０３は、圧電素子１０４と比較して十分に熱伝導率の高い金属でできていることが好ましい。また、ベース１０３の中央部には、チャンネル１０４ａの温度の代用としてインクの温度を検出するための温度センサ（サーミスタ）１１４が設けられている。
【００３８】
インクポート１０７、１０８は、固定部材１１１に設けられた穴１１１ｃ、１１１ｄを貫通しており、この貫通部分で接着されて固定部材１１１と一体となっている。また、固定部材１１１は、ヘッドカバー１１３とビス止めされて一体となっている。ヘッドカバー１１２、１１３は、組み合わせられることでインクポート１０７、１０８、ドライブＩＣ１１０などを覆う箱形状となる。
【００３９】
図４に示すように、ドライブＩＣ１１０は、図示しないばね等の弾性部材でヘッドカバー１１２、１１３の内面に押圧されて密着している。密着性を高めるために、熱伝導性の良いグリス等が塗布される。
【００４０】
温度センサ１１４の出力は、ベース１０３が熱伝導性の高い材質であることから、その裏側にあるチャンネル１０４ａ中を流れるインクの温度とほぼ同じ値を示す。インクの温度によってインクの粘性が変化するため、常に同じ体積のインクを吐出するためには、圧電素子１０４に与える電圧をそのインクの粘度に適した電圧に制御する必要がある。圧電素子１０４の部分のインク温度を直接検出するのは難しいため、温度センサ１１４で検出された温度がインク温度であるとする。
【００４１】
圧電素子１０４が駆動されてインクがノズル１０１ｂから吐出されると、圧電素子１０４が発熱する。この発熱の一部は、吐出されるインクと共に外へ放熱される。また、この発熱の一部は、ベース１０３へ伝熱され、インクヘッド１００の外気へ放熱される。残りの発熱の大半は、ベース１０３や流路部材１０５、１０６に蓄熱される。本実施形態では、これによるインクヘッド１００の温度上昇を防止するために、インクヘッド１００は、インクポート１０７からインクを流入させてインクポート１０８から流出させる、あるいは逆にインクポート１０８からインクを流入させてインクポート１０７から流出させることにより、吐出されるインク以外のインクが余分な熱を奪って流れるように設計されている。
【００４２】
また、圧電素子１０４を駆動する際には、ドライブＩＣ１１０が発熱する。この発熱は、ヘッドカバー１１２、１１３に伝達されるが、これらヘッドカバー１１２、１１３には、外面に複数の放熱突起１１２ａ、１１３ａが設けられているため、インクヘッド１００を取り巻く空気と接触する表面積が大きくなり、放熱効果が高められる。
【００４３】
第１のインク経路１１は、例えば、内径φ４ｍｍ、長さ１０００ｍｍのチューブである。また、第２のインク経路１２は、例えば、内径φ５ｍｍ、長さ３００ｍｍのチューブである。図２に示すように、インクヘッド１００のノズル１０１ｂ（ノズル面１０１ａ）に対して、インクカートリッジ６０の水頭差をＨ１ｍｍ、インクタンク５０のインク液面までの水頭差をＨ２ｍｍとする。例えば、Ｈ１はノズルから−Ｚ軸方向（鉛直方向下向き）に１００ｍｍ、Ｈ２は−Ｚ軸方向に２５０ｍｍと設定する。第１のインク経路１１、第２のインク経路１２及びインクタンク５０にインクが入った待機状態では、電磁弁２４はノーマルクローズであり、ポンプ２２は空気経路１４を遮蔽している。電磁弁２３は開放されており、ポンプ２１は空気経路１３を遮蔽している。従って、ノズル１０１ｂには、水頭差Ｈ１による負圧が作用してメニスカスが形成されている。負圧は、水頭差Ｈ１、インク密度ρ及び重力加速度ｇの積で計算される。インク密度ρを９００ｋｇ／ｍ３、重力加速度を９．８ｍ／ｓ２とすると、圧力は−８８２Ｐａと計算される。インクカートリッジ６０の内部の気室の圧力Ｐ１は大気圧であり、大気圧を基準に計算すると０Ｐａとなる。また、インクタンク５０の内部の気室は密閉され、インクタンク５０の内部の気室の圧力Ｐ２は水頭差Ｈ２と釣り合う正圧となっている。
【００４４】
この状態から、インクタンク５０内のインクを、第２のインク経路１２、インクヘッド１００、第１のインク経路１１を通ってインクカートリッジ６０に流す場合について説明する。  
まず、電磁弁２４を一瞬開放し、インクタンク５０の内部の気室の圧力Ｐ２を大気圧にする。この状態で、圧力センサ７２、７３のゼロ点をリセットする。この瞬間、インクは、サイフォンの原理でインクカートリッジ６０側から、Ｚ軸方向にこれよりも低いインクタンク５０側へと逆流を始める。しかし、電磁弁２３、２４をすぐに閉じるので、この逆流は停止する。
【００４５】
次に、ポンプ２１を正転させて、インクカートリッジ６０の内部の気室の圧力Ｐ１を減圧する。同時に、ポンプ２２を逆転させて、インクタンク５０の内部の気室の圧力Ｐ２を加圧する。インクの表面張力が２８ｄｙｎ／ｃｍの場合、ノズル１０１ｂの直径が２５μｍ程度であれば、前記メニスカスは−４５００Ｐａ程度までは壊れることなく、ノズル１０１ｂから空気を吸い込むことはない。また、一般的に、インクの吐出に最適なノズル圧があり、この圧力を維持することでインクの吐出量が一定となり、吐出不良が発生する確率が最も少なくなる。ここでは、−１０００±５００Ｐａを最適吐出圧力とする。
【００４６】
チューブの直径と長さ及びインクの粘度から、流路抵抗が計算される。半径ｒ、長さＬ、インク粘度ηの場合、このチューブ内を流れるインクの流路抵抗Ｒは、Ｒ＝８Ｌη／πｒ４で計算される。また、このチューブ内をインクが流れる流量Ｑと圧力差ΔＰとの関係は、ΔＰ＝ＲＱである。このような関係式を用いて、第１のインク経路１１の流路抵抗をＲ１、インク経路１２の流路抵抗をＲ２、インクヘッド１００の流路抵抗をＲｈ、水頭差Ｈ１による圧力をｈ１、水頭差Ｈ２による圧力をｈ２と定義すると、インクタンク５０からインクカートリッジ６０までの圧力差ΔＰは、ΔＰ＝Ｐ１＋Ｐ２＋ｈ１＋ｈ２で計算される。また、インクタンク５０からインクカートリッジ６０までの流路抵抗Ｒは、Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒｈで計算される。インクヘッド１００を流れるインク流量Ｑは、上述のようにＱ＝ΔＰ／Ｒで計算される。このときのノズル１０１ｂの部分の圧力（ノズル圧）Ｐｈは、ノズル１０１ｂに対してインクヘッド１００の内部の流路抵抗値が対称である場合には、インクカートリッジ６０側からの圧力から計算すると、Ｐｈ＝Ｐ１＋ｈ１＋（Ｒ１＋Ｒｈ／２）×Ｑで計算することができる。
【００４７】
ここで、インクヘッド１００内にインクを流す目的のひとつは、圧電素子１０４で発生した熱量を奪い、インクヘッド１００を冷却することである。２５℃におけるインクヘッド１００の発熱量から、例えば、インクヘッド１００内に０．５３ｍｌ／ｓのインクを流す必要があるとした場合、ｈ１、ｈ２、Ｒ１、Ｒ２、Ｒｈは定数であるから、圧力Ｐ１とＰ２との組み合わせのみで流量Ｑを決めることができ、例えば、Ｐ１を−２５００Ｐａ、Ｐ２を３０００Ｐａと設定すればよい。このとき、ノズル圧は−９１９Ｐａとなり、最適なノズル圧範囲に維持される。つまり、Ｐ１を−２５００Ｐａ、Ｐ２を３０００Ｐａになるまで変化させることで、ノズル圧を−９１９Ｐａに安定させ、インクヘッド１００内を流れるインク流量Ｑを０．５３ｍｌ／ｓとすることができる。Ｐ１、Ｐ２がその目標圧力に安定するまでは、ノズル圧Ｐｈが最適ノズル圧範囲に入るように両者を順次変化させていけばよい。またインク流量Ｑは、Ｐ１、Ｐ２がその圧力に達するまでは少量しか流れないが、その間の時間が短ければインクヘッド１００の温度上昇は少なく、インクの吐出に影響を与えない温度範囲に制御することができる。
【００４８】
インクの温度によって、粘度ηは変動する。インクの温度が５〜４５℃まで変化したときの、インクタンクからインクカートリッジへインクを流したときのインク流量Ｑに関するグラフを図６に示す。インクの温度が低いと粘度ηが大きく、流路抵抗値も大きくなる。従って、Ｐ１とＰ２を前述の定められた圧力になるように圧力センサ７２、７３で圧力検出しながらポンプ２１、２２を制御すると、インクの温度が例えば５℃の場合には、インクは０．２４ｍｌ／ｓしか流れない。逆に、インクの温度が４５℃の場合には、インクは０．９６ｍｌ／ｓ流れる。しかし、２５℃において必要な流量が０．５３ｍｌ／ｓであるならば、インク温度が２５℃を超えると圧電素子１０４に印加する電圧も温度に応じて低くなっていくので、それ以上の温度では余分な流量が発生することになる。逆に、それ以下の低温では、圧電素子１０４に印加する電圧が高く、発熱量も大きい。その割にはインク流量が少ないため、インクヘッド１００に熱が蓄熱され、インクヘッド１００の温度は上昇していく。インクヘッド１００の温度が上昇していくと、その熱量は徐々にインクカートリッジ６０へ伝達され、第１のインク経路１１内のインクの粘度が下がっていくため、インク流量が増加する方向に働き、極端な蓄熱に至らないところでバランスが取れる。  
その温度範囲でのノズル圧は、インクの粘度ηの値にかかわらず、常に一定のノズル圧を維持できている。従って、圧力の面からは、常に安定した吐出可能状態に維持される。
【００４９】
次に、インクカートリッジ６０内のインクを、第１のインク経路１１、インクヘッド１００、第２のインク経路１２を通ってインクタンク５０に流す場合について説明する。  
この場合も、インク温度が一定ならば、Ｒ１、Ｒ２、Ｒｈ、ｈ１、ｈ２は定数であるので、Ｐ１とＰ２との設定値のみでインク流量Ｑとノズル圧を決めることができる。しかし、第１のインク経路１１と第２のインク経路１２との流路抵抗が等しくない場合には、インクの流れる向きによって、Ｐ１とＰ２との絶対値を変える必要がある。例えば、Ｐ１を２５００Ｐａ、Ｐ２を−４８０Ｐａに設定すれば、２５℃でのインク流量Ｑは０．５５ｍｌ／ｓ、ノズル圧は−９１９ｋＰａにすることが可能である。この方向へインクを流す場合においても、上記同様、インクの温度によって粘度ηが変わるため、５〜４５℃までインク温度が変化した場合には、インク流量Ｑは変化する。その関係を示したグラフを図７に示す。インク流量とヘッド冷却能力との関係は、前述の通り、インクタンク５０からインクカートリッジ６０へ流れる場合と同様である。
【００５０】
さらに、どのインク温度においてもインク流量Ｑとノズル圧Ｐｈとを一定に制御する方法について、図８並びに図９を参照して説明する。  
図８では、インクがインクタンク５０からインクカートリッジ６０へ流れるとして計算している。インクヘッド１００に搭載された温度センサ１１４の温度情報に基づいて、Ｐ１、Ｐ２の値をその温度の関数として設定する。温度が低くインク粘度ηが大きい低温には、Ｐ１、Ｐ２の絶対値を大きく設定する。逆に、インク粘度ηが小さくなる高温に移行するに従って、その絶対値が小さくなるように設定する。その値は、前述のようにインク粘度が決まれば、Ｒ１、Ｒ２、Ｒｈ、ｈ１、ｈ２が定数として定まることから、インク流量Ｑとノズル圧Ｐｈが所定の値になるようにＰ１、Ｐ２を設定すればよい。
【００５１】
同様に、インクカートリッジ６０からインクタンク５０へインクを流す場合のＰ１、Ｐ２の圧力設定を表したグラフが図９である。Ｐ１、Ｐ２の絶対値が逆に流す場合と異なってくるが、制御の方法は同じである。このように、温度センサ１１４の値に応じて、Ｐ１、Ｐ２の値を計算し、圧力センサ７２、７３で圧力を検出しながらポンプ２１、２２を制御することで、常に所定の必要流量Ｑとノズル圧Ｐｈを維持することが可能である。
【００５２】
以上の関係から、インクの流れをインクタンク５０からインクカートリッジ６０側、インクカートリッジ６０からインクタンク５０側へと往復移動させる場合のＰ１、Ｐ２の圧力制御のグラフを図１０に示す。初期的には、電磁弁２４が閉じられており、ノズル圧Ｐｈはｈ１の値−８８２Ｐａとなっている。流量Ｑは０である。
【００５３】
電磁弁２４が開放された瞬間、インクタンク５０内のインク液面がインクカートリッジ６０よりも下方に位置することから、サイフォンの原理でインクカートリッジ６０からインクタンク５０へインクが流れ始める。インクが流れることにより、ノズル圧Ｐｈは−１６６２Ｐａまで下がるが、メニスカス耐圧である−４５００Ｐａには至らないため、メニスカスが破壊されることはない。
【００５４】
電磁弁２３、２４が閉じられ、Ｐ１が−２４７１Ｐａ、Ｐ２が２９８０Ｐａに向けてノズル圧を常に−９１９Ｐａに維持するように変えながら制御されると、それにつれてインクはインクタンク５０からインクカートリッジ６０に向けて流れ始め、流量は急速に増えて０．５３ｍｌ／ｓで一定となる。しばらくこの状態を維持すると、インクタンク５０内部のインクがインクカートリッジ６０へ移動する。インクタンク５０内の液面が下がるが、断面積を大きく設計しておけば水頭差Ｈ２への影響は小さく、計算から大きく乖離することはない。インクタンク５０内のインクが空にならないうちに、Ｐ１とＰ２の圧力の正負関係を逆転させ、今度はインクカートリッジ６０からインクタンク５０に向けてインクを移動させる。Ｐ１を２３９７Ｐａ、Ｐ２を−４０８Ｐａになるように、徐々に変化させる。その際も、ノズル圧Ｐｈが−９１９Ｐａで一定になるように計算された値にＰ１、Ｐ２を制御する。両者がその値に達したときに、流量は０．５３ｍｌ／ｓで一定となる。インクタンク５０内の液面が上昇し、センサ７１がインクタンク５０内のインクが満たされた液面を検出したところで、再びＰ１とＰ２の正負関係を逆転させ、インクが流れる向きを反転させる。画像記録中は、この動作を連続して行うことによって、インクヘッド１００内をインクが往復動しながら余剰な発熱を奪う。インクに伝達された熱量は、そのインクが冷却部４０を通過する際に、金属部材４１に伝熱され、ファン４３で吹きつけられた外気へ放熱される。
【００５５】
一般的に、インクジェットプリンタ１が使用されるオフィス環境（室内環境）では、外気温は高くても３５℃程度までであると考えられるので、インクの温度が３５℃を超える場合には、その温度差によってインクの熱は外気へ放熱され、４５℃を超えることはないであろう。画像記録が終了すると、インクカートリッジ６０からインクタンク５０へインクを流して、インクタンク５０の液面センサ７１が満タンを検知したところで、電磁弁２３、２４を開放し、Ｐ１、Ｐ２を大気圧に戻す。その瞬間、再びサイフォンの原理でインクカートリッジ６０からインクタンク５０へインクが流れ、瞬間的にノズル圧Ｐｈが−１６６２Ｐａまで下がり、瞬時に電磁弁２４が閉じられることでノズル圧は水頭差Ｈ１で決まるｈ１（−８８２Ｐａ）に戻り、流量は０となる。
【００５６】
図１０に示されるように、この制御の間、ノズル圧Ｐｈは一定の−９１９Ｐａに制御されるため、安定した吐出が可能である。吐出量もほとんど変化しない。流量はその向きを交互に変えながら、０〜０．５３ｍｌ／ｓまで変化する。流れる方向が変わる時間を最小限にすることにより、その間のインクヘッドの温度上昇は僅かであるため、吐出に影響がでるほど温度が上昇することはない。
【００５７】
図１１に示すように、Ｈ１とＨ２を同じ高さである−５０ｍｍに設定した場合について、図１２を参照して説明する。図１０と異なる点は、インクの往復動開始時と終了時に電磁弁２３、２４を同時に開放する点である。Ｈ１とＨ２が等しいので、インク往復動開始もしくは終了に先立って、Ｐ１、Ｐ２を大気開放すべく電磁弁２３、２４を開放する。その瞬間もインクが流れないため、ノズル圧Ｐｈはｈ１（＝ｈ２）のままであり、瞬間的にノズル圧が変化しないという点が異なる点である。
【００５８】
なお、図１１では、ポンプ２１、２２の空気経路１３、１４には１色分のインクカートリッジ６０とインクタンク５０が連結されているが、ここに複数色分のインクカートリッジ６０とインクタンク５０を連結することも容易となる。つまり、電磁弁２３、２４を開放状態にしておけば、初期的な各色のインクタンク５０内の液面はほぼ同じ高さにそろう。画像記録中は全てのインクタンク５０の気室が一つのポンプ２２で圧力制御される。インクカートリッジ６０の気室は、ポンプ２１で圧力制御される。インクを、インクヘッド１００を通して往復動させながら画像を記録すると、画像記録に供された色のインクは徐々に減ってゆく。従って、インクタンク５０の液面を検出する液面検知センサ７１が満杯を検出するタイミングは徐々に色毎に異なってしまう。その場合には、所定時間画像記録するごとに電磁弁２３、２４を開放するだけで、インクタンク５０内の液面をほぼ同じ高さに揃えることが可能となる。このように制御すれば、ポンプ２１、２２で複数種類のインクを同時に各色のインクヘッド１００を通して往復動させることが可能となる。
【００５９】
このときのタイムチャートを図１３に示す。インクを流す方向を切り替えるまでの時間Ｔ１は、インクタンク５０内の液面が下がりすぎて第２のインク経路１２に空気が入らない範囲で設定すればよい。実際には液面の低下は検出していないので、計算上のインク流量Ｑとインクタンク５０内のインク量から計算で求める。また、インク往復動の周期Ｔ２は、時間Ｔ１経過後からインクタンク５０内の液面検知センサ７１が満タンを検出するまでの時間で決まる。
【００６０】
次に、温度センサ１１４で検出された圧電素子１０４内のインクの温度に応じたインク往復動の制御について、図１４を参照して説明する。  
図１４は、制御部５によるインク経路４中の制御を示すフローチャートである。
【００６１】
一般的に、インクヘッド１００のノズル１０１ｂからインクを吐出可能なインクの温度範囲があり、例えば、１５〜４５℃の範囲で吐出可能である。加温部３０は、インクカートリッジ６０からインクヘッド１００へ移動するインク温度が０℃よりも高ければ、通過するインクをノズル１０１ｂから吐出可能な１５℃以上まで加温することができる能力を有している。
【００６２】
インクジェットプリンタ１の電源が入れられた時点で、温度センサ１１４により検出されたインク温度が０℃よりも高く１５℃以下の場合には（ステップＳ１）、インク温度が吐出可能範囲にないので、画像記録を禁止したウォームアップモードに入る（ステップＳ２）。ステップＳ２のウォームアップモードでは、加温部３０をＯＮにし、加温部３０内のインクに熱伝達を開始する。このとき、冷却部４０のファン４３は、ＯＦＦにされている。次に、電磁弁２３、２４を閉じてインクカートリッジ６０からインクタンク５０へインクを流すように、Ｐ１を正圧、Ｐ２を負圧に制御する。このときの圧力は、温度センサ１１４で検出された温度から計算されたインク粘度ηを用いて設定する。そして、インクが図３の点Ａからインクヘッド１００を通り、点Ｃを超えたタイミングで、インクの移動方向を逆転させる。さらに、そのインクがほぼ点Ａまで戻ったタイミングで再び移動方向を逆転させるという制御を繰り返す。このような動作により、加温部３０からインクに与えられた熱量が冷却部４０で放熱されるのを防止すると共に、インクヘッド１００を効率よく暖めることができる。
【００６３】
ここで、加温部３０からインクヘッド１００内までのインク量は、Ｖ（ＡＢ）とＶ（ＢＣ）とを加えた程度であり、通常は５ｍｌ以内に設計する。従って、インクカートリッジ６０及びインクタンク５０といったインク経路全体のインクを加温する場合と比べると、極めて短時間で吐出に供されるインクを加温でき、同時にインクを介して温度センサ１１４が検出するインクヘッド１００の温度を１５℃以上まで加温することが可能となり、ウォームアップ時間を大幅に短縮することができる。
【００６４】
具体的には、ステップＳ２において、Ｖ（ＡＢ）を１ｍｌ、Ｖ（ＢＣ）を１ｍｌに設定すれば、０．５３ｍｌ／ｓでインクが移動するときには、時間Ｔ１が約４秒でインクを流す向きを逆転させればよく、周期Ｔ２はその倍の８秒周期となる。Ｖ（ＣＤ）をＶ（ＡＢ）とＶ（ＢＣ）を加算した量よりも多い量、例えば５ｍｌ程度になるように冷却部４０の位置を配置すれば、加温部３０で加温されたインクが冷却部４０に到達することはない。
【００６５】
なお、通常のオフィス環境では、インクジェットプリンタ１をＯＮにしたときのインク温度が０℃を下回ることは稀であるため、ほとんどの場合はこの制御で短時間のうちにインク温度を１５℃よりも高い温度、つまり画像記録開始可能な温度へともたらすことができる。
【００６６】
温度センサ１１４により検出されたインク温度が１５℃よりも高く２０℃以下であるとき（ステップＳ３）、画像記録可能状態に移行する（ステップＳ４）。ステップＳ４の画像記録可能状態では、インクの往復動制御を止め、上位画像出力装置から画像記録開始の命令を受信したときには、電磁弁２３、２４を閉じ、ポンプ２１のみを制御してインクカートリッジ６０内部の圧力Ｐ１とｈ１とを加算してノズルＰｈが適正な負圧になるように制御し、加温部３０をＯＮにすると共に冷却部４０のファン４３を停止させた状態とする。
【００６７】
このように、加温部３０からインクヘッド１００までをインク吐出可能な１５℃よりも高い温度に加温しておけば、その後はインクの往復動をさせずに加温しながら画像記録するだけで加温部３０からインクヘッド１００へ１５℃以上のインクが流れてくるので、継続してインクを吐出することが可能である。
【００６８】
このようにして画像記録を開始した後は、温度センサ１１４の温度を見ながら制御を行う。インク温度が２０℃を超えて２５℃以下であれば（ステップＳ５）、ステップＳ６の制御に進む。ステップＳ６では、ステップＳ４と同様にインクの往復動制御は行わないが、インクを加温し過ぎないようにするために、インク温度に応じて加温部３０の電力を制御する。インク温度が上がれば電力を下げる。また、インク温度が２５℃を超えて３０℃以下であれば（ステップＳ７）、ステップＳ８の制御に進み、加温部３０の電力を切る。すなわち、温度センサ１１４で検出される温度が１５℃よりも高く３０℃以下の場合には、インク往復動制御は行わない。
【００６９】
このように制御する場合、加温部３０からインクヘッド１００近傍のみが暖かく、インク経路４全体でみるとインク粘度が均一ではない。しかし、インク経路４全体の中でごく一部のインク粘度が下がっているのみであるので、図６並びに図７に示されるように、ノズル圧Ｐｈは大きな影響を受けることなく、ほぼ目標値近傍に保たれる。
【００７０】
インク温度が３０℃を超えて４５℃以下であれば（ステップＳ９）、ステップＳ１０の制御に移行する。ステップＳ１０では、インクを往復動させるべく、圧力Ｐ１、Ｐ２を設定する。ファン４３をＯＮにし、加温部３０をＯＦＦにする。そして、インクヘッド１００内のインクが少なくとも冷却部４０を超えて往復動するように、往復移動量をＶ（ＢＣ）とＶ（ＣＤ）を加算した量以上になるように設定する。つまり、インクが冷却部４０を通過するように設定することで、インクから熱を奪うようにする。
【００７１】
例えば、Ｖ（ＢＣ）が１ｍｌ、Ｖ（ＣＤ）が５ｍｌになるように設定すると、最低６ｍｌのインクが移動すれば、冷却部４０で冷却されたインクがインクヘッド１００に達する。時間Ｔ１を３０秒、周期Ｔ２を６０秒として０．５ｍｌ／ｓの量のインクを流せば、１５ｍｌのインクが往復動するので、冷却部４０部分のインクは、インクヘッド１００までの６ｍｌから先にさらに９ｍｌ移動することができる。その間にインクヘッド１００は冷却される。最初からインクヘッド１００の位置にあったインクは、インクヘッド１００の位置から冷却部４０までの区間は冷却されないことになり、インクが往復動する間で冷却されたインクと冷却されていないインクとが交互にインクヘッド１００内を流れる。冷却部４０における放熱効果を大きくしておけば、インクヘッド１００に冷却されたインクと冷却されないインクが交互に流れたとしても、平均的には吐出可能なインク温度になるようにインクヘッド１００を冷却することが可能である。
【００７２】
しかし、冷却する上では、インクヘッド１００から冷却部４０までの体積Ｖ（ＢＣ）＋Ｖ（ＢＤ）に対して移動するインクの量が多いほうが有利である。インク移動量を増やすには、Ｐ１とＰ２との圧力差を大きくすることで、単位時間当たりの流量Ｑを増やすことができる。さらに時間Ｔ１、周期Ｔ２を長くすれば、トータルで移動するインク量を増やすことができる。その場合には、設定した時間Ｔ１から計算されるインク移動量以上の体積をインクタンク５０内に入れるように設計しておけばよい。
【００７３】
さらに、インク温度が４５℃を超えたならば（ステップＳ１１）、クールダウンモードに入る（ステップＳ１２）。環境温度が異常に高い、あるいは想定した以上の発熱が生じた場合には、インク温度が４５℃を超えることが想定される。ステップＳ１１のクールダウンモードでは、画像記録禁止に設定し、インクヘッド１００の冷却のみを行いながらインクを往復動させる。時間Ｔ１、周期Ｔ２は、ステップＳ１０の場合と同様に、例えば、Ｔ１を３０秒、Ｔ２を６０秒とする。
【００７４】
以上説明したように、第１の実施形態では、ノズル圧を所定値に維持しながら、インクヘッド内を流れるインク流量を自在に設定することができる。また、インクの温度に応じて、加温部と冷却部、及びインク往復動の周期を組み合わせることにより、インク経路全体を加温するモード、往復動するインクでインクヘッドを加温する制御、ヘッド加温後に往復動を停止してインクを加温しながら画像記録するモード、インクを往復動させながらインクを冷却して画像記録を行うモード、などの最適なモードでインクヘッドを所定の温度範囲に維持することができる。
【００７５】
以下、本発明の第２乃至第５の実施形態について説明する。以下では、第１の実施形態のインクジェットプリンタ１と同等の構成部材には同じ参照符号を付して、その説明は省略する。
【００７６】
［第２の実施形態］  
第２の実施形態について、図１５を参照して説明する。  
第１の実施形態では、インクタンク５０及びインクカートリッジ６０の気室内の圧力を制御して、これらの間でインクを往復動させる。これに対して、第２の実施形態では、インクカートリッジ６０の代わりにインクタンク８０を配置し、第１のインク経路１１がインクタンク８０に連通している。インクタンク８０は、インクタンク５０と同じ構成で、内部にインク液面を検出するためのフロート７０を、外部に液面検知センサ７１を有している。また、空気経路１３は、インクタンク８０の空気部分に連通している。
【００７７】
インクタンク８０がインクタンク５０と異なる点は、インクカートリッジ６０からの補給経路１７がインクタンク８０内に連通している点である。補給経路１７には電磁弁２５が設けられており、通常は、この電磁弁２５によって補給経路１７が閉じている。必要に応じてこの電磁弁２５を開くことにより、インクカートリッジ６０内のインクをインクタンク８０に補給する。インク経路４中のインクの制御は、第１の実施形態（図１４のフローチャート）と同じである。
【００７８】
第２の実施形態の利点は、インクタンク５０とインクタンク８０との間でインクを往復動させるので、インクカートリッジ６０の高さ制限がなく、インクジェットプリンタ１の構成の自由度が高い点である。
【００７９】
第１の実施形態では、インクタンク５０からインクカートリッジ６０にインクを流入させるので、新品のインクカートリッジ６０には、インクタンク５０から移動される分のインクを収容することができるように、容積に余裕を持たせておくことが必要である。これに対して、第２の実施形態では、インクタンク５０、８０内の液面が待機時に同じ高さとなっているので、その高さで両インクタンクの液面検知センサ７１が満タンを検出するように、電磁弁２５を開いて、補給経路１７を介してインクカートリッジ６０からインクを補給する。インクを往復動させる場合には、両インクタンクの空気収容部に移動するインクを収容することができるだけの体積を持たせた設計にしておくことが必要である。
【００８０】
［第３の実施形態］  
第３の実施形態について、図１６並びに図１７を参照して説明する。  
第３の実施形態において第２の実施形態と異なる点は、ポンプ２２及びセンサ７３が取り除かれ、空気経路１３、１４がポンプ２１に連結されている点である。また、インクタンク５０、６０は全く同形状であり、待機時のインク液面高さＨ１、Ｈ２が等しく、その上部の空気の体積も同じに設計されている。さらに、第１のインク経路１１と第２のインク経路１２との流路抵抗値が等しくなるように設計されている。例えば、第１及び第２のインク経路１１、１２は、どちらも内径φ５で長さ３００ｍｍとしている。この長さと直径は、計算される流路抵抗値Ｒ１とＲ２が等しくなる値であればよい。
【００８１】
例えば、待機時のインクタンク５０、８０の液面高さをＨ１＝Ｈ２＝−１０４．２ｍｍとする。この値は、吐出に最適なノズル圧となるように、インクの密度ρと重力加速度ｇ及び水頭差Ｈ１＝Ｈ２から計算して導いたものである。このように設定すれば、ノズル圧は−９１９Ｐａとなる。
【００８２】
電磁弁２３、２４を閉じて、ポンプ２１が正転してインクタンク８０の空気を、空気経路１３を通して空気経路１４に送り、インクタンク５０内に入れると、もともとインクタンク５０、８０内の空気量は待機時には等しかったので、等分に増減する。この結果、インクタンク８０内の空気は負圧に、インクタンク５０内の空気は正圧になる。その正負は異なるが、絶対値はほぼ同じ値となる。従って、センサ７２でインクタンク８０内の圧力が判れば、インクタンク５０内の圧力は正負が異なるのみであるので、把握することができる。圧力Ｐ１とＰ２は常に正負が異なるのみで絶対値が等しく推移する。ノズル圧Ｐｈは、待機時からインク往復動差時まで水頭差Ｈ１（＝Ｈ２）で決められた圧力に維持される。
【００８３】
図１７は、本実施形態において、インク流量ＱとＰ１、Ｐ２の圧力、ノズル圧をグラフにしたものである。インクヘッド１００のインク温度を温度センサ１１４で検出して、インク往復制御や加温部３０、冷却部４０の制御を組み合わせて行うやり方は、第１の実施形態と同じである。
【００８４】
［第４の実施形態］  
第４の実施形態について、図１８を参照して説明する。  
第４の実施形態において第３の実施形態と異なる点は、インクヘッド１００に通じる第１及び第２のインク経路１１、１２が、加温部３０及び冷却部４０の中を通っている点である。この構成は、第１〜第３の実施形態に独立して併用可能な構成である。
【００８５】
第１及び第２のインク経路１１、１２において、インクヘッド１００に近い側に加温部３０が配置されている。この加温部３０は、外側が断熱材で覆われている。また、冷却部４０は、第１及び第２のインク経路１１、１２において、インクヘッド１００と加温部３０との距離よりも加温部３０から相対的に離れて配置されている。
【００８６】
待機時には、電磁弁２３、２４が解放され、Ｐ１、Ｐ２は大気圧となる。インクヘッド１００のノズル１０１ｂからインクタンク５０、８０内の液面までは、いずれもＨ１ｍｍとなった位置で安定する。インクタンク内の液面が低い場合には、電磁弁２５が開いて、インクカートリッジ６０から補給経路１７を通ってセンサ７１がＯＮになるまで、インクタンク８０内にインクが補充される。インクタンク５０、８０に液面の高低差が生じると、サイフォンの原理でインクがインクタンク８０からインクタンク５０へ流れ、液面の高さが等しくなる。このようにして、両インクタンク５０、８０の液面は、センサ７１がＯＮとなった高さに調整される。
【００８７】
制御部５によるインク経路４中のインクの制御は、図１４のフローチャートと同様である。図１４のステップＳ１、Ｓ２に示されるように、インクの温度が比較的低いときにインクをインク経路４中で往復動させて加温部３０でインクヘッド１００を加温する場合、往復動するインクが少なくとも加温部３０からインクヘッド１００に達するまで動いたところで、インクの動く向きが逆転する。つまり、加温部３０にあったインクが冷却部４０に向かって動くが、往復動するインクが冷却部４０に達しないように冷却部４０を配置することによって、加温部３０の熱が冷却部４０から放熱される割合を最小とし、効率的にインクヘッド１００を加温することができる。
【００８８】
［第５の実施形態］  
次に、第５の実施形態について、図１９を参照して説明する。  
以下では、主に第４の実施形態との違いについて説明する。第５の実施形態では、インクタンク５０、８０の上部に、タンク内の空気と連通する可撓性部材９０が設けられている。この可撓性部材９０は、ナイロン、ポリエチレン、ゴムなどの軟らかい材質でできている。可撓性部材９０の内部には圧縮ばね９１が装着されており、この圧縮ばね９１のばね力が可撓性部材９０の体積を大きくする方向に持ち上げる。両インクタンク５０、８０にそれぞれ接続している空気経路１３、１４は、間に電磁弁２４が介在された空気経路１８で遮断可能に連結されている。ポンプ２１とインクタンク５０との間の空気経路１４中には、３方向弁２６を介して大気と連通する空気経路１９が配置されている。３方向弁２６は、通常は、ポンプ２１と空気経路１９とを連結し、駆動時には、空気経路１９を遮断しポンプ２１とインクタンク５０とを連結する。インクヘッド１００のノズル１０１ｂと両インクタンク５０、８０との液面高さＨ１は、第３並びに第４の実施形態とは異なり、インク吐出に最適なノズル圧を生じる水頭差に設定されていない。例えば、Ｈ１＝−２０ｍｍ程度に設定される。
【００８９】
待機時には、電磁弁２３が大気開放されており、電磁弁２４が開いているので、Ｐ１、Ｐ２は大気圧になっている。水頭差Ｈ１が−２０ｍｍであるので、ノズル１０１ｂよりもインクタンク５０、８０内のインク液面が低く、ノズル１０１ｂからインクが垂れることはない。画像記録時には、インクを往復動させる前に、電磁弁２３を閉じる。そして、ポンプ２１を正転させて、インクタンク８０の内部の空気を空気経路１９から外に出すと、インクタンク８０の内部は負圧となる。このとき、電磁弁２４でインクタンク５０の内部も連通しているので、同じく負圧となる。インクタンク５０、８０の内部が負圧になるのに従って、可撓性部材９０は内部の圧縮ばね９１を押し縮めながら内部の体積を減らしてゆく。水頭差Ｈ１が−２０ｍｍ分しかないので、圧力センサ７２で検出した圧力が−７４２．６Ｐａとなったときに、ノズル圧Ｐｈは−９１９Ｐａとなっている。この圧力のときに可撓性部材９０の内部の体積と圧縮ばね９１がつぶれきらないようにばねの力量を設定している。すなわち、水頭差Ｈ１が第４の実施形態では−１０４．２ｍｍであったのを−２０ｍｍに変えた分を、この圧縮ばね９１で負圧を補っている。
【００９０】
圧力センサ７２が−７４２．６Ｐａを検出したとき、電磁弁２４を閉じ、３方向弁２６を駆動して、空気経路１９を遮断すると共にポンプ２１とインクタンク５０とが空気経路１４でつながれる。ここからは、第４の実施形態と同様に、ポンプ２１が正転し、インクタンク８０内の負圧が大きくなると、その分空気がインクタンク５０に移動し、インクタンク５０内の圧力が正圧方向に変化する。この結果、インクタンク５０内のインクは、第２のインク経路１２からインクヘッド１００を通ってインクタンク８０へと流れる。ポンプ２１が逆転することで、インクが流れる向きが逆転する。
【００９１】
本実施形態では、可撓性部材９０とその内部に設けられた圧縮ばね９１とを有する構成により、１つのポンプと複数の弁とを制御して、水頭差Ｈ１の値にとらわれることなく、ノズル圧Ｐｈを一定にしてインクを往復動させることができる。
【００９２】
以上では、インクヘッドを通してインクを往復動作させる方式での、インクヘッドの加温／冷却に関して説明してきた。インクヘッド内をインクが往復動する効果は、加温や冷却にとどまらず、揮発性のあるインクにおいては、ノズルでの揮発による増粘防止にも効的である。
【００９３】
インクヘッドの冷却を行うには、単位時間当たり所定量以上のインクがインクヘッド内を流れていればよく、必ずしもインク流量を一定にする必要はない。本実施形態によれば、空気圧を制御することで、インク流量をインク温度にかかわらず一定にすることも可能であるし、必要以上のインク流量が得られればインク温度によってインク流量が変わる制御にすることも可能である。また、ノズルの増粘防止目的では、必要なインク流量を得るべく、圧力を制御することも可能である。
【００９４】
また、本実施形態では、ポンプをチューブポンプとし、大気開放用の電磁弁をポンプが配置された経路とは別に設ける構成にしているが、この構成は必ずしも必須ではなく、空気圧の制御ができれば、ポンプはチューブポンプに限定されない。また、ポンプが大気開放可能な方式であれば、電磁弁は上述の実施形態の配置に限定されることなく、例えば、ポンプが取り付けられている空気経路の終端に設けてもよい。要は、インクタンク内の圧力制御が可能で、かつ大気開放が可能であるように組み合わせられればよい。
【００９５】
以上、本発明の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定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内でさまざまな改良及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１…インクジェットプリンタ、２…記録媒体、３…搬送部、４…インク経路、５…制御部、１１…第１のインク経路、１２…第２のインク経路、１３〜１６…空気経路、１７…補給経路、１８、１９…空気経路、２１、２２…ポンプ、２３〜２５…電磁弁、２６…３方向弁、３０…加温部、３１…発熱体、３２…カバー、４０…冷却部、４１…金属部材、４２…フィン形状部、４３…ファン、５０…インクタンク、６０…インクカートリッジ、６１…外装、６２…スパウトパック、７０…フロート、７１…センサ、７２、７３…圧力センサ、８０…インクタンク、９０…可撓性部材、９１…圧縮ばね、１００…インクヘッド、１０１…ノズルプレート、１０１ａ…ノズルプレート面、１０１ｂ…ノズル、１０２…枠、１０３…ベース、１０４…圧電素子、１０４ａ…チャンネル、１０５、１０６…流路部材、１０５ａ、１０５ｂ…インク流路、１０６ａ…凸部、１０６ｂ…接続流路、１０７、１０８…インクポート、１０９…ＦＰＣ、１１０…ドライブＩＣ、１１１…固定部材、１１１ｃ、１１１ｄ…穴、１１２、１１３…ヘッドカバー、１１２ａ、１１２ｂ…放熱突起、１１４…温度センサ。
【図１】
2012066470.tif 000003
【図２】
2012066470.tif 000004
【図３】
2012066470.tif 000005
【図４】
2012066470.tif 000006
【図５】
2012066470.tif 000007
【図６】
2012066470.tif 000008
【図７】
2012066470.tif 000009
【図８】
2012066470.tif 000010
【図９】
2012066470.tif 000011
【図１０】
2012066470.tif 000012
【図１１】
2012066470.tif 000013
【図１２】
2012066470.tif 000014
【図１３】
2012066470.tif 000015
【図１４】
2012066470.tif 000016
【図１５】
2012066470.tif 000017
【図１６】
2012066470.tif 000018
【図１７】
2012066470.tif 000019
【図１８】
2012066470.tif 000020
【図１９】
2012066470.tif 000021