JP2009220505A - 液体噴射装置及びその気泡除去方法並びにインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】 液体を噴射する液体噴射装置において、ノズルの噴射不良の原因となる気泡を有効に除去することができる液体噴射装置を提供する。
【解決手段】 インクが充填される圧力室１３と、圧力室１３のインクを加圧する加圧手段と、圧力室１３内の容積を変化させる圧電素子１７と、インクを吐出するノズル１５と、圧電素子１７を制御するための駆動パルスを発生する制御部５０とを備え、制御部５０は、前記加圧手段を制御して圧力室１３のインクを加圧させるとともに、圧力室１３からインクとともに不要な気泡を吐出するためのメンテナンス用駆動パルスを発生させ、さらに圧電素子１７を制御して圧力室１３を膨張させて膨張状態へと推移させる第１のパルス部分と、前記膨張状態を所定の時間保持させる第２のパルス部分と、膨張状態から圧力室１３を収縮させる第３のパルス部分とを備え、第１のパルス部分のパルス幅は、圧力室１３内のインクのヘルムホルツ共振周期に基づく値に設定した。
【選択図】図８

Description

本発明は液体噴射装置及びその気泡除去方法並びにインクジェットプリンタに関し、特に圧力室内の気泡を排出する際に用いて有用なものである。

インクジェットプリンタは、ノズルから紙面に向かってインク滴を吐出（噴射）することによって印刷を行う。かかるインクジェットプリンタでは、自然蒸発によるノズル開口部におけるインクの増粘固着や、インクが充填されるインク室内への気泡の混入によりインク室内の圧力変化が気泡に吸収されることなどによって、インク滴の吐出不良が発生する場合がある。

これまで、インク滴の吐出を良好に継続して行うために、種々のメンテナンス処理に関する技術が提案されてきた（特許文献１等参照）。例えば、特許文献１では、ノズルをキャップで一時的に封止してポンプによって負圧を発生させるとともに、インク室内に圧力発生素子によって圧力を付与してインク滴の空吐出を行い、増粘インクや気泡の除去を実行する技術を開示している。

しかし、上記メンテナンス処理を実行した場合であっても、微小径の気泡（例えば直径数十μｍの気泡）に対しては圧力等の気泡の排出のために働く力を十分に付与することが出来ないため、気泡を完全に除去することは困難である。こうした問題は、インクジェットプリンタに限らず、インク以外の他の流体（液体や、機能材料の粒子が分散されている液状体を含む）を噴射する液体噴射装置において発生し得る問題である。これまで、こうした問題に対して十分な工夫がなされてこなかったのが実情であった。

特開２００７− １３６９８９号公報 特開昭５９− １３１４６４号公報

本発明は、液体を噴射する液体噴射装置において、ノズルの噴射不良の原因となる気泡を有効に除去することができる液体噴射装置及びその気泡除去方法並びにインクジェットプリンタを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の態様は、液体を噴射するための液体噴射装置であって、前記液体が充填される圧力室と、前記圧力室の前記液体をその供給側から加圧する加圧手段と、前記圧力室の壁面に設けられ、前記壁面を変形させることによって前記圧力室内の容積を変化させる圧力発生素子と、前記圧力室と連通して前記液体を噴射するためのノズルと、前記圧力発生素子に対する駆動パルスと前記加圧手段とを制御する制御部とを備えたことを特徴とする液体噴射装置にある。
本態様によれば、フラッシングの際に、圧力室の液体を供給側から加圧しているので、圧力室内に液体の流れが生起される結果、圧力室で成長した気泡は流れに乗ってノズルから容易に外部へ排出される。この結果、圧力室内の気泡を確実に外部へ排出することができ、液体の吐出不良を良好に防止し得る。

ここで、前記制御部は、前記加圧手段を制御して前記圧力室の前記液体を加圧させると同時に、前記圧力室から前記液体とともに不要な気泡を吐出するためのメンテナンス用駆動パルスを発生させることが可能であり、前記メンテナンス用駆動パルスは、前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張状態へと推移させる第１のパルス部分と、前記膨張状態を所定の時間保持させる第２のパルス部分と、前記膨張状態から前記圧力室を収縮させる第３のパルス部分とを備え、前記第１のパルス部分のパルス幅は、前記圧力室に充填された前記液体のヘルムホルツ共振周期に基づく値に設定されているのが望ましい。このことにより、フラッシングの際に、圧力発生素子が圧力室の液体に付与する圧力を、ヘルムホルツ共振を利用して、より増大させることができる結果、圧力室内に混入した気泡に働く圧力波による力をより増大させることができ、気泡の径をより増大させることができるため、気泡の吐出が容易となる。

また、前記加圧手段は、加圧液体の貯留部と前記圧力室とを連通する流路の途中に配設された圧力調整弁を有するとともに、前記制御部は前記圧力調整弁の開制御により加圧液体の加圧力を前記圧力室の液体に作用させるように構成することができる。この場合には圧力調整弁の制御により容易に圧力室に向かう液体の圧力勾配を形成することができ、前述の効果を容易に得ることができる。

さらに、前記制御部は、前記加圧手段を介して前記液体を加圧させている状態で、前記メンテナンス用駆動パルスを前記圧力発生素子に供給するように構成することができる。この場合には、圧力室の液体は圧力発生素子の振動の前に加圧されているので、振動時には液体の流れが既に形成されている。この結果、速やかにノズルから気泡を排出することができる。

また、前記制御部は、前記メンテナンス用駆動パルスを前記圧力発生素子に供給している状態で、前記加圧手段が前記液体を加圧するように構成することができる。この場合には、圧力発生素子の振動により気泡が成長してから圧力室の液体が加圧されて液体の流れが形成されるので、空吐出による液体の消費量を低減し得る。

また、吐出不良を含むドット抜けを検出する液体吐出検出手段をさらに有し、前記制御手段は前記吐出検出手段によりドット抜けが検出されたノズル列を選択して前記メンテナンス駆動パルスを前記圧力発生素子に供給するとともに、前記加圧手段を制御して前記圧力室の前記液体を加圧させるように構成することもできる。この場合には、吐出不良を生起しているノズルに限定して所定のフラッシング動作をさせることができるので、フラッシングに伴う空吐出による液体の消費量を可及的に低減させることができる。

前記制御部は、少なくとも一部の前記メンテナンス用駆動パルスの波形が互いに異なる前記メンテナンス用駆動パルスを所定の順番で繰り返し発生させることが望ましい。この場合には、波形の異なるメンテナンス用駆動パルスによって構成されるパルス群を一定周期で繰り返し発生させることができる。従って、気泡の除去に効果的な種々のバリエーションのパルス群を発生させることが出来る。

また、互いに異なる前記メンテナンス用駆動パルスを、前記第２のパルス部分のパルス幅が互いに異なるようにすることもできる。この場合には、第２のパルス部分のパルス幅に応じた固有周期を有する、径の異なる気泡の除去を、所定の順番で繰り返し実行できる。従って、種々の径を有する気泡に応じた気泡の除去を実行することが可能となる。

さらに、前記制御部は、前記メンテナンス用駆動パルスが一定周期で繰り返される複数組の駆動パルス群を発生させ、各組の駆動パルス群は、前記メンテナンス用駆動パルスの波形が同一であり、前記複数組の駆動パルス群は、前記メンテナンス用駆動パルスの波形が互いに異なる２組以上の駆動パルス群を含むようにすることができる。この場合には、互いに異なる２組以上の駆動パルス群のそれぞれのメンテナンス用駆動パルスの波形に応じた種類の気泡の除去を順次実行することが出来る。従って、種々の気泡の除去を実行することが出来、気泡の吐出を効果的に実行できる。

また、前記２組以上の駆動パルス群は、前記第２のパルス部分のパルス幅が互いに異なるように構成することもできる。この場合には、第２のパルス部分のパルス幅に応じた固有周期を有する、径の異なる気泡の除去を、２組以上の駆動パルス群によって順次実行することが出来る。従って、種々の径を有する気泡のそれぞれに応じた液体の空吐出を実行することが可能となる。

本発明の他の態様は、インクジェットプリンタであって、上述の如き液体噴射装置を備えることをと特徴とするインクジェットプリンタにある。
本態様によれば完全な気泡除去フラッシングによりドット抜けが可及的に低減されて高い印字品質を確保した印刷を行うことができる。

本発明のさらに他の態様は、液体が充填される圧力室と、前記圧力室の壁面に設けられ前記壁面を変形させることによって前記圧力室内の容積を変化させる圧力発生素子と、前記圧力室と連通して前記液体を噴射するためのノズルとを有して前記液体を前記ノズルを介して噴射する液体噴射装置の気泡除去方法であって、前記圧力室の前記液体を加圧する一方、前記圧力室から前記液体を吐出するための駆動パルスを前記圧力発生素子に供給することを特徴とする液体噴射装置の気泡除去方法にある。
本態様によれば、フラッシングの際、圧力室の液体に対する加圧を行っているので、気泡を前記加圧により形成される液体の流れに乗って確実にノズルの外部に排出することができる。この結果、液体の吐出不良を良好に防止し得る。

ここで、前記圧力室の前記液体を加圧する一方、前記圧力室から前記液体とともに不要な気泡を吐出するためのメンテナンス用駆動パルスを前記圧力発生素子に供給して気泡除去フラッシングを行うとともに、前記気泡除去フラッシングの際の前記メンテナンス用駆動パルスは、前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張させて、膨張状態へと推移させる第１のパルス部分と、前記膨張状態を所定の時間保持させる第２のパルス部分と、前記膨張状態から前記圧力室を収縮させる第３のパルス部分とを備え、前記第１のパルス部分のパルス幅は、前記圧力室に充填された前記液体のヘルムホルツ共振周期に基づく値に設定されているのが望ましい。この場合には圧力室の液体に対する加圧と同時にフラッシングにより気泡を成長させることができ、成長した気泡を前記加圧により形成される液体の流れに乗って確実にノズルから外部に排出することができるからである。

さらに、前記液体を加圧した状態で前記メンテナンス用駆動パルスを前記圧力発生素子に供給することもできるし、また前記メンテナンス用駆動パルスを前記圧力発生素子に供給した状態で前記液体を加圧することもできる。前者の場合には圧力室の液体が圧力発生素子の振動の前に加圧されているので、振動時には液体の流れが既に形成されている結果、速やかにノズルから気泡を排出することができる。後者の場合には、圧力発生素子の振動により気泡が成長してから圧力室の液体が加圧されて液体の流れが形成されるので、空吐出による液体の消費量を低減し得る。

以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの構成を示す概略図である。同図に示すように、インクジェットプリンタ１００は、外部から送信された印刷データに応じて、紙面に複数の色ごとのインク滴を吐出して画像を形成するインクジェット方式の印刷装置である。このインクジェットプリンタ１００は、印刷ヘッド部１０と、ヘッド駆動部２０と、用紙搬送部３０と、キャップ部４０と、制御部５０とを備えている。

印刷ヘッド部１０は、シアン、イエロー、マゼンダ、ブラックからなる４色のインクカートリッジ１１（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）が着脱可能に装着されている。印刷ヘッド部１０は、インクジェットプリンタ１００の印刷実行時に、印刷用紙２００の搬送方向ＰＤに対して垂直な方向（図中の矢印Ｘ方向）に沿って往復移動を繰り返しつつ、各色のインク滴を紙面に向かって吐出する。なお、印刷ヘッド部１０に装着されるインクカートリッジの色数は、４色に限られず、１色や６色など任意の数とすることが可能である。

なお、後に詳述するため図１には図示しないが、各インクカートリッジ１１（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）内のインクは圧力調整弁を介して印刷ヘッド部１０に供給するように構成してある。また、各インクカートリッジ１１（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）内のインクは所定の圧力で加圧されている。

ヘッド駆動部２０は、第１と第２のプーリー２１，２２と、ヘッド駆動ベルト２３とを備えている。２つのプーリー２１，２２はそれぞれ、用紙搬送部３０を挟んで対向する位置に設けられており、ヘッド駆動ベルト２３は、２つのプーリー２１，２２の間に張り渡されている。第１のプーリー２１は、制御部５０によって制御されるモータ（図示せず）によって回転駆動し、第２のプーリー２２は、ヘッド駆動ベルト２３を介して第１のプーリー２１に追従して回転する。ヘッド駆動ベルト２３には、印刷ヘッド部１０が固定されており、これによって印刷ヘッド部１０は、第１のプーリー２１の回転駆動に従って、印刷用紙２００の印刷面上を往復移動する。

用紙搬送部３０は、第１と第２の用紙搬送ローラ３１，３２と、２つの用紙搬送ローラ３１，３２に張り渡された用紙搬送ベルト３３とを備える。第１の用紙搬送ローラ３１は、制御部５０によって制御されるモータ（図示せず）によって回転駆動し、第２の用紙搬送ローラ３２は、用紙搬送ベルト３３を介して第１の用紙搬送ローラ３１に追従して回転する。これによって、印刷用紙２００は印刷時に、用紙搬送ベルト３３の上を搬送方向ＰＤへと搬送される。

キャップ部４０は、印刷ヘッド部１０の移動可能領域内に、用紙搬送部３０と並列に配置されている。印刷ヘッド部１０は、後述するメンテナンス処理を実行する際に、印刷ヘッド部１０の底面（印刷用紙２００と相対する面）に設けられたノズル１５がキャップ部４０によって密封され得るようにキャップ部４０の配置領域まで移動する。このときの印刷ヘッド部１０の位置を「メンテナンスポジションＭＰ」と呼ぶ。なお、キャップ部４０についての詳細は後述する。

インク吐出検出部７０は、例えば、インクの吐出を電気的に検出するものが挙げられる。具体的には、印刷ヘッド部１０がメンテナンスポジションＭＰにある時に、ノズル面１５ｐ（図２（Ａ）参照）とキャップ部４０の蓋体４１との間に電荷を帯電させた状態でインクの吐出を実行し、センサによって電荷量の変化を検出する。吐出されたインク量が少ないと、電荷量の変化が所定の値より少なくなるため、この場合には、ドット抜けが発生していると判断することができる。なお、インク吐出検出部７０は、光学的センサによって吐出されたインク滴を検出するものとしても良く、他の方法で検出しても良い。

制御部５０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成されており、中央処理装置（図示せず）や記憶装置（図示せず）などを備える。制御部５０は、上述した印刷ヘッド部１０等と信号線を介して接続されており、インクジェットプリンタ１００の動作を制御する。

図２（Ａ）は、印刷ヘッド部１０のインク滴の吐出機構の内部構造を示す概略断面図である。図２（Ａ）は、図１に示す矢印Ｙの方向に沿って見たときの印刷ヘッド部１０の任意のノズル１５の近傍を図示している。印刷ヘッド部１０は、各インク色毎に、インクが充填される内部空間である共通インク室１２及び圧力室１３を有している。

共通インク室１２の上部には、インクカートリッジ１１（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）のいずれかが装着されて当該インクカートリッジ１１（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）から加圧インクが流入する。共通インク室１２は、インク流路１４によって圧力室１３と連通している。共通インク室１２に充填されたインクはインク流路１４を介して圧力室１３に入出する。即ち、共通インク室１２は、圧力室１３に対してインクのバッファ領域として機能する。

圧力室１３の底面には、インクを吐出するための複数のノズル１５が、用紙の搬送方向（矢印Ｙ方向）に沿って並列に設けられている。以後、印刷ヘッド部１０の底面を「ノズル面１５ｐ」と呼ぶ。各ノズル１５は、圧力室１３からノズル面１５ｐに向かって次第に径が小さくなるテーパ形状を有する微小な貫通孔として設けられている。

圧力室１３には、各ノズル１５に対向して振動板１６及び圧電素子１７が設けられている。振動板１６は、圧電素子１７が当接する厚肉部と、その外周に弾性を有する薄肉部とを備えた板状部材であり、厚肉部が圧電素子１７の伸縮に応じて振動する。なお、図では、振動板１６の厚肉部及び薄肉部の区分けは省略されている。

圧電素子１７は、圧電体と内部電極とを交互に積層して構成された積層型の圧電振動子であって、印加される電圧に応じて積層方向に直交する縦方向（矢印で図示）に伸縮可能な縦振動モードの圧電振動子である。圧電素子１７は、固定基材１８に固定されている。固定基材１８は、圧電素子１７の振動を効率よく振動板１６に伝えるのに十分な剛性を有する部材によって構成されている。このような構成により、圧電素子１７は、振動板１６を介して圧力室１３に充填されたインクに圧力を付与してインクをノズル１５から吐出させる。

ところで、インクカートリッジからのインクの初期充填時や、印刷処理の継続時に、圧力室１３のインク内に気泡が混入する場合がある。また、この気泡が、圧電素子１７によって付与された圧力室１３内の圧力変化を吸収してしまうために、一部ノズルからインク滴の吐出が適当になされない、いわゆるドット抜けが発生する場合がある。また、インクが自然蒸発によって増粘・固着してノズル１５が詰まってしまうノズル詰まりが発生する場合がある。そこで、インクジェットプリンタ１００では、印刷処理の実行時以外に、ノズルからのインク滴の吐出が適切に実行されるようにするための各種のメンテナンス処理が実行される。

メンテナンス処理としては、例えば、ノズル１５からのインクの空吐出を実行して、インク滴とともに気泡や増粘インクをノズル１５から噴射する、いわゆるフラッシングと呼ばれるものがある。ここで、「空吐出」とは、インク滴の本来の用途（すなわち印刷）以外の目的のために行われる吐出を意味する。

図２（Ｂ）は、メンテナンス処理のために、印刷ヘッド部１０がメンテナンスポジションＭＰ（図１）に移動したときのインクジェットプリンタ１００を、図１の矢印Ｙの方向に沿って見たときの図である。なお、 図２（Ｂ）には、印刷ヘッド部１０とキャップ部４０以外のインクジェットプリンタ１００の構成要素の図示は便宜上省略されている。

キャップ部４０は、蓋体４１と、インク排出配管４２と、ポンプ４３と、駆動機構４５とを備えている。蓋体４１は、ノズル面１５ｐを被覆するように配置された受け皿状の部材である。蓋体４１は、フラッシングの際にノズル１５から吐出された排インクを受けることが可能である。

蓋体４１の底面中央部には貫通孔４１ｈが設けられており、インク排出配管４２は、貫通孔４１ｈに接続している。インク排出配管４２にはポンプ４３が設けられており、蓋体４１に溜まった排インクを吸引することが可能である。排インクは、インク排出配管４２を介して排インクを処理するための排インク処理部（図示せず）へと誘導される。駆動機構４５は、ポンプ４３を用いたインク吸引時に蓋体４１を上昇させてノズル面１５ｐに密着させるためのものである。なお、フラッシング時には蓋体４１は、ノズル面１５ｐから離れた状態に維持される。

本実施形態ではフラッシング時に共通インク室１２及び圧力室１３内にインクの流れを形成するように構成されている。さらに詳言すると、図３に示すように、本実施形態に係るインクジェットプリンタ１００において、インクカートリッジ１１（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）と印刷ヘッド部１０との間には圧力調整弁２４が設けてある。ここで、インクカートリッジ１１（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）内のインクは加圧されており、その加圧力を圧力調整弁２４に作用させている。圧力調整弁２４は、通常時には印刷ヘッド部１０の共通インク室１２の内圧とインクによる加圧力が平衡して閉状態を維持する自己封止弁として機能する。すなわち、圧電素子１７の駆動によりノズル１５を介してインク滴が吐出された場合には、共通インク室１２が負圧になり、この負圧により圧力調整弁２４が開かれて、負圧に見合うインクを共通インク室１２に補給するようになっている。そこで、圧力調整弁２４を制御部５０からの制御信号により開状態とすることによりインクカートリッジ１１内のインクに対する加圧力を共通インク室１２を介して圧力室１３内のインクに作用させることができる。本実施形態では、気泡除去のフラッシングを行うに際し、フラッシングに先立ち圧力調整弁２４を開状態としておく。

図４は、本実施形態における気泡除去フラッシングの工程を示すフローチャートである。ここで、「気泡除去フラッシング」とは、フラッシングのうちでも特に気泡を除去することを目的としたフラッシングを意味する。

同図に示すように、ステップＳ１０では、制御部５０が圧力調整弁２４を開状態とする。このことによりインクカートリッジ１１（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）から共通インク室１２に向けてインクの加圧力に起因する圧力勾配が形成される。かかる状態で各ノズル１５に対して、連続して３０００回のインク滴の空吐出を実行させる。以後、この連続したインク滴の空吐出工程を「連続フラッシングセット」と呼ぶ。ステップＳ２０では、制御部５０が、圧力調整弁２４を閉状態にするとともに、所定のインターバル（例えば１秒程度）だけ待機させる。ここで、ステップＳ２０においてインターバルをおくのは、前工程の連続フラッシングセットによるインク及び圧力室１３の振動を収束させるためである。これによって、続く連続フラッシングセットを効果的に実行することが可能となる。

続いてステップ３０では、ステップ１０と同様に、圧力調整弁２４を開状態にして連続フラッシングセットを実施する。その後、ステップ４０で、ステップ２０と同様に、圧力調整弁２４を閉状態にして待機状態とする。以下、気泡除去フラッシングでは、連続フラッシングセットとインターバルとからなる一連の工程を任意の所定回数繰り返す。

なお、かかる「気泡除去フラッシング」はドット抜けが検出されたノズル列に関して選択的に行うこともできる。すなわち、ドット抜けはインク吐出検出部７０（図１参照）で検出することができるので、このインク吐出検出部７０でドット抜けが検出されたノズル列を制御部５０で選択して図４に示す処理を行えば良い。

図５は、気泡除去フラッシングの連続フラッシングセットにおいて、制御部５０が、１回のインク滴の吐出のために各ノズル１５の圧電素子１７へと送信する駆動パルス３００を示すグラフである。このグラフは、縦軸が電圧を示し、横軸が時間を示している。

駆動パルス３００は、略台形形状のパルス信号であり、第１のパルス部分Ｐｗｃと、第２のパルス部分Ｐｗｈと、第３のパルス部分Ｐｗｄとを有している。第１のパルス部分Ｐｗｃでは、時刻ｔ0から時刻ｔ1の間に、圧電素子１７の電圧値が基底状態（電圧値０）からＶｈまで一定比率で増加する。第２のパルス部分Ｐｗｈでは、時刻ｔ1から時刻ｔ2の間、圧電素子１７の電圧値はＶｈのまま一定に保持される。第３のパルス部分Ｐｗｄでは、時刻ｔ2から時刻ｔ3の間に、圧電素子１７の電圧値は、一定比率でＶｈから基底状態へと戻る。

なお、連続フラッシングセットにおける駆動パルス３００の周波数（図５；時刻ｔ0から時刻ｔ4の周期に相当する周波数）は、１ＫＨｚ〜 ５ＫＨｚであることが好ましい。

図６（Ａ）〜 （Ｃ）は、駆動パルス３００による印刷ヘッド部１０の動作を模式的に示す模式図である。図６（Ａ）〜 （Ｃ）は、図２（Ａ）に示す印刷ヘッド部１０のうち、圧力室１３を拡大して示しており、圧電素子１７及び共通インク室１２の図示は省略されている。

図６（Ａ）は、駆動パルス３００を受信する前（時刻ｔ0以前）の圧力室１３の状態を示している。圧力室１３には、インク４００が充填されており、インク４００には気泡５００が混入している。なお、気泡５００は、圧力室１３の重力方向上側であって、インク流路１４と対向する領域に滞留する傾向にある。

図６（Ｂ）は、図５の時刻ｔ0〜 時刻ｔ2における圧力室１３の状態を示している。圧電素子１７は、時刻ｔ0〜 時刻ｔ1の間の第１のパルス部分Ｐｗｃを受信すると、印加電圧の増加に伴って収縮する。すると、図６（Ｂ）に示すように、振動板１６が圧力室１３の外側（矢印方向）に向かって湾曲し、圧力室１３内のインク４００には負圧が生じる。なお、このときノズル１５に生じるメニスカス４０１は、振動板１６と同様の方向に湾曲の度合いを増大する。そして時刻ｔ1から時刻ｔ2までの間、振動板１６の湾曲は保持される。この時刻ｔ0〜 時刻ｔ2の間に、圧力室１３内の圧力低下に伴って、気泡５００の径が増大する。

図６（Ｃ）は、時刻ｔ2〜 時刻ｔ3における圧力室１３の状態を示している。駆動パルス３００の第３のパルス部分Ｐｗｄによって、圧電素子１７の印加電圧値は基底値へと戻り（図５参照）、圧電素子１７も伸張して基底状態へと戻る。即ち、振動板１６は湾曲した状態から平坦な状態へと戻る。これによって、圧力室１３内のインク４００は、振動板１６から圧力を付与されてノズル１５から吐出される。この際、気泡５００もインクの吐出に伴ってノズル１５に次第に近付いてゆき、最終的にはノズル１５から外部に排出される。図６（Ｃ）には、多数の駆動パルス３００の発生に応じて気泡５００がノズル１５へと移動してゆく軌跡が図示されている。

ここで、図６（Ｂ）で説明したように、この駆動パルス３００によれば、時刻ｔ0〜 時刻ｔ1の間に気泡５００の径を増大させることが可能であり、径の増大に伴って、気泡５００に対して振動板１６から、より大きな力を付与することが可能となる。従って、この駆動パルス３００によれば、例え微小径の気泡であっても容易に吐出させることが出来る。

ところで、ここまでの説明からも理解できるように、圧力室１３の圧力を低下させて気泡５００の径を出来る限り増大させることによって、気泡５００をより確実に吐出させて除去することが可能となる。ここで、駆動パルス３００の第１のパルス部分Ｐｗｃ（図５参照）のパルス幅は、圧力室１３内のインク４００のヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２以下とすることが好ましい。「ヘルムホルツ共振周期Ｔｃ」とは、圧力室１３の容積の増減によって発生する振動波が圧力室１３内のインク４００を伝播するときの固有振動周期であり、圧力室１３や、インク流路１４及びノズル１５の形状によって決まる値である。

図７は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃに従うインク振動の様子を示すグラフである。理論的には、時刻ｔ0からヘルムホルツ共振周期Ｔｃの約１／２の期間にわたって圧力室１３の圧力を低下させると、インクの振幅が最大となることが理解できる。そこで、第１のパルス部分Ｐｗｃのパルス幅をヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２以下とすることにより、圧力室１３により大きな負圧を発生させることができるとともに、気泡５００の径を増大させることが可能である。

上述したように、本実施形態では、第１のパルス部分Ｐｗｃのパルス幅をヘルムホルツ共振周期Ｔｃに応じた値としているため、圧電素子１７の収縮周期は、第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅を調整することによって気泡の固有振動数に応じた値とすることが好ましい。これによって、続く第３のパルス部分Ｐｗｄにおいて、気泡の径がより大きく増大したタイミングでインク滴を吐出することが可能となる。なお、第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅は、気泡の共振が開始されるまでの待ち時間であると解釈することが出来る。

ところで、本実施形態では、連続フラッシングセット（図４のステップＳ２０，Ｓ４０等）ごとに、第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅を異なる値とする。より具体的には、ステップＳ４０において発生させる駆動パルス３００の第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅を、ステップＳ２０において発生させるそれより短くし、それ以降も連続フラッシングセットごとに短くしていく。即ち、これは、連続フラッシングセットが繰り返されるごとに、除去対象となる気泡の径を小さくすることを意味する。これによって、上述の如き気泡除去フラッシングによる気泡の除去をより確実に実行することが可能となる。

さらに、駆動パルス３００（図５参照）の第３のパルス部分Ｐｗｄのパルス幅は、圧電素子１７の固有振動数Ｔａとほぼ等しく設定することが好ましい。この理由は、第３のパルス部分Ｐｗｄのパルス幅をこのような値とすることによって、駆動パルス３００を受けた後の圧電素子１７が過度に振動を継続してしまうことを抑制することができるからである。圧電素子１７が必要以上に振動を継続すると、その振動によってインクの微小滴がノズル１５から吐出されてしまう可能性があるため、好ましくない。

このように駆動パルス３００を用いた気泡除去フラッシングを実行するインクジェットプリンタ１００では、圧力室１３に存在する微小な気泡も、その径を増大させてノズル１５から吐出させることが出来る。また、異なる径の気泡に対応する駆動パルス３００を順次生成するため、より効果的に気泡の除去を実行することが可能となる。

気泡除去フラッシングにおいて径が増大する気泡５００は共通インク室１２内に流れがある場合がより良好にノズル１５から吐出される。逆に言えば、共通インク室１２内に流れがない状態で気泡除去フラッシングを行った場合には、気泡５００の大きさや、滞留している場所によってはノズル１５から吐出されず圧力室１３内に残存してしまう場合がある。この場合には、別途キャップクリーニングが必要になる。そこで、本実施形態ではインクカートリッジ１１（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）に密封されている加圧インクの加圧力を利用して共通インク室１２から圧力室１３に向かう大きな流れを形成している。

この点を図８に示す模式図を用いて詳説する。図８（Ａ）は圧力調整弁２４（図３参照、以下同じ）が閉状態で上述の気泡除去フラッシングを行った場合を概念的に示している。同図に示すように、この場合には圧力調整弁２４により圧力が調整されてしまうので、インクカートリッジ１１（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）に密封されている加圧インクの加圧力が共通インク室１２のインク４００に伝達されず、共通インク室１２及び圧力室１３内の流れも小さい。このためインク流路１４や圧力室１３に浮遊する気泡５００がうまく排出できずに滞留してしまう場合がある。

一方、図８（Ｂ）は圧力調整弁２４を開状態にして上述の気泡除去フラッシングを行った場合を概念的に示している。同図に示すように、この場合には圧力調整弁２４を介してインクカートリッジ１１（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ）に密封されている加圧インクの加圧力が共通インク室１２のインク４００に伝達されるので、共通インク室１２及び圧力室１３内に大きなインク４００の流れが形成される。このため圧力室１３に浮遊する気泡５００はインク４００の流れに乗って良好にノズル１５から排出される。

ここで、本実施形態では先に圧力調整弁２４を開状態にして上述の気泡除去フラッシングを行うようにしたが、これは逆でも良い。両者の気泡除去処理効果は最終的には同程度であるが、先にインク４００の流れを作っておいて気泡除去フラッシングを行う本実施形態の場合の方が速やかに気泡５００を除去することができる。ただ、気泡除去フラッシングを先に行って気泡５００を成長させた状態でインクの流れを形成する後者の場合には当該気泡除去フラッシングに伴う空吐出により無駄に捨てられるインクの量を低減させることはできる。圧力調整弁２４を開いた時点で加圧インクの圧力の作用に起因するノズル１５からのインクの漏洩が始まるからである。

なお、かかる「気泡除去フラッシング」はドット抜けが検出されたノズル列に関して選択的に行うこともできる。すなわち、ドット抜けはインク吐出検出部７０（図１参照）で検出することができるので、このインク吐出検出部７０でドット抜けが検出されたノズル列を制御部５０で選択して図４に示す処理を行えば当該気泡除去フラッシングに伴うインクの漏洩を最小にすることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

（変形例１）
上記実施形態では、インクジェットプリンタについて説明したが、本発明は、他の液体を吐出する液体噴射装置にも適用可能である。

（変形例２）
上記実施形態では、気泡除去フラッシング時に、加圧インクの圧力を圧力調整弁を介して圧力室１３に作用させることで気泡５００の排出を円滑に行うようにしたが、これに限るものではない。少なくとも気泡除去フラッシング時に何らかの加圧手段により共通インク室１２内に圧力を作用させてインクの流れを作ってやれば良い。

（変形例３）
上記実施形態において、駆動パルス３００（図５参照）の第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅を気泡の固有周期に応じて設定していたが、任意のパルス幅を設定するようにしても良い。また、気泡除去フラッシングの実行時に外気温を検出して、検出された外気温に応じて第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅を設定するものとしても良い。

（変形例４）
上記実施形態において、連続フラッシングセットとしてインク滴の空吐出を３０００回実行していたが（図４参照）、インク滴の空吐出は、任意の回数を実行するものとしても良い。また、各連続フラッシングセットでは、駆動パルス３００を同一周期で連続して発生させていたが、周期を変えて発生させるものとしても良い。

（変形例５）
上記実施形態において、連続フラッシングセットごとに駆動パルス３００（図５参照）の第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅を変更していたが、同一のパルス幅で連続フラッシングセットが繰り返されるものとしても良い。

（変形例６）
上記実施形態において、各連続フラッシングセットは、同一の波形を有する複数の駆動パルス３００によって構成されていたが、少なくとも一部の波形が互いに異なる駆動パルスを含むものとしても良い。例えば、各連続フラッシングセットは、駆動パルス３００とともに、第２のパルス部分Ｐｗｈのパルス幅が異なる駆動パルス３００や、電圧値Ｖｈの異なる駆動パルス３００等が含まれていても良い。

本発明の実施形態に係るインクジェットプリンタの構成を示す概略図。 図１の実施形態に係る印刷ヘッド部とキャップ部の構成を示す概略断面図。 図１の実施形態におけるフラッシングに関連する部分を示すブロック線図。 気泡除去フラッシングの処理手順を示すフローチャート。 気泡除去フラッシングにおいて制御部が発生させる駆動パルスを示すグラフ。 気泡除去フラッシングにおける気泡除去のメカニズムを説明する模式図。 第１のパルス部分の好適なパルス幅を説明するためのグラフ。 気泡除去フラッシングの際のインクの流れを説明するための摸式図。

符号の説明

１０ 印刷ヘッド部、 １１（Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｋ） インクカートリッジ、 １２ 共通インク室、 １３ 圧力室、 １４ インク流路、 １５ ノズル、 １６ 振動板、 １７ 圧電素子、 ２４ 圧力調整弁、 ５０ 制御部、 ４００ インク、 ５００ 気泡 Ｔｃ ヘルムホルツ共振周期

Claims (15)

1. 液体を噴射するための液体噴射装置であって、
   前記液体が充填される圧力室と、
   前記圧力室の前記液体をその供給側から加圧する加圧手段と、
   前記圧力室の壁面に設けられ、前記壁面を変形させることによって前記圧力室内の容積を変化させる圧力発生素子と、
   前記圧力室と連通して前記液体を噴射するためのノズルと、
   前記圧力発生素子に対する駆動パルスと前記加圧手段とを制御する制御部とを備えたことを特徴とする液体噴射装置。
2. 請求項１に記載する液体噴射装置であって、
   前記制御部は、前記加圧手段を制御して前記圧力室の前記液体を加圧させると同時に、前記圧力室から前記液体とともに気泡を吐出するためのメンテナンス用駆動パルスを発生させることが可能であり、
   前記メンテナンス用駆動パルスは、前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張状態へと推移させる第１のパルス部分と、前記膨張状態を所定の時間保持させる第２のパルス部分と、前記膨張状態から前記圧力室を収縮させる第３のパルス部分とを備え、
   前記第１のパルス部分のパルス幅は、前記圧力室に充填された前記液体のヘルムホルツ共振周期に基づく値に設定されていることを特徴とする液体噴射装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載する液体噴射装置において、
   前記加圧手段は、加圧液体の貯留部と前記圧力室とを連通する流路の途中に配設された圧力調整弁を有するとともに、前記制御部は前記圧力調整弁の開制御により加圧液体の加圧力を前記圧力室の液体に作用させるように制御するものであることを特徴とする液体噴射装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載する液体噴射装置において、
   前記制御部は、前記加圧手段を介して前記液体を加圧させている状態で、前記メンテナンス用駆動パルスを前記圧力発生素子に供給するようにしたものであることを特徴とする液体噴射装置。
5. 請求項２又は請求項３に記載する液体噴射装置において、
   前記制御部は、前記メンテナンス用駆動パルスを前記圧力発生素子に供給している状態で、前記加圧手段が前記液体を加圧するように制御することを特徴とする液体噴射装置。
6. 請求項２乃至請求項５の何れか一つに記載する液体噴射装置において、
   吐出不良を含むドット抜けを検出する液体吐出検出手段をさらに有し、
   前記制御手段は前記液体吐出検出手段によりドット抜けが検出されたノズル列を選択して前記メンテナンス駆動パルスを前記圧力発生素子に供給するとともに、前記加圧手段を制御して前記圧力室の前記液体を加圧させるように構成したことを特徴とする液体噴射装置。
7. 請求項２乃至請求項６の何れか一つに記載する液体噴射装置において、
   前記制御部は、少なくとも一部の前記メンテナンス用駆動パルスの波形が互いに異なる前記メンテナンス用駆動パルスを所定の順番で繰り返し発生させることを特徴とする液体噴射装置。
8. 請求項７に記載する液体噴射装置において、
   互いに異なる前記メンテナンス用駆動パルスは、前記第２のパルス部分のパルス幅が互いに異なることを特徴とする液体噴射装置。
9. 請求項２乃至請求項６の何れか一つに記載する液体噴射装置において、
   前記制御部は、前記メンテナンス用駆動パルスが一定周期で繰り返される複数組の駆動パルス群を発生させ、
   各組の駆動パルス群は、前記メンテナンス用駆動パルスの波形が同一であり、
   前記複数組の駆動パルス群は、前記メンテナンス用駆動パルスの波形が互いに異なる２組以上の駆動パルス群を含むことを特徴とする液体噴射装置。
10. 請求項９に記載する液体噴射装置において、
    前記２組以上の駆動パルス群は、前記第２のパルス部分のパルス幅が互いに異なることを特徴とする液体噴射装置。
11. インクジェットプリンタであって、
    請求項１乃至請求項１０の何れか一つに記載する液体噴射装置を備えることをと特徴とするインクジェットプリンタ。
12. 液体が充填される圧力室と、前記圧力室の壁面に設けられ前記壁面を変形させることによって前記圧力室内の容積を変化させる圧力発生素子と、前記圧力室と連通して前記液体を噴射するためのノズルとを有して前記液体を前記ノズルを介して噴射する液体噴射装置の気泡除去方法であって、
    前記圧力室の前記液体を加圧する一方、前記圧力室から前記液体を吐出するための駆動パルスを前記圧力発生素子に供給することを特徴とする液体噴射装置の気泡除去方法。
13. 請求項１２に記載する液体噴射装置の気泡除去方法において、
    前記圧力室の前記液体を加圧する一方、前記圧力室から前記液体とともに不要な気泡を吐出するためのメンテナンス用駆動パルスを前記圧力発生素子に供給して気泡除去フラッシングを行うとともに、
    前記気泡除去フラッシングの際の前記メンテナンス用駆動パルスは、前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張させて、膨張状態へと推移させる第１のパルス部分と、前記膨張状態を所定の時間保持させる第２のパルス部分と、前記膨張状態から前記圧力室を収縮させる第３のパルス部分とを備え、前記第１のパルス部分のパルス幅は、前記圧力室に充填された前記液体のヘルムホルツ共振周期に基づく値に設定されていることを特徴とする液体噴射装置の気泡除去方法。
14. 請求項１３に記載する液体噴射装置の気泡除去方法において、
    前記液体を加圧した状態で前記メンテナンス用駆動パルスを前記圧力発生素子に供給することを特徴とする液体噴射装置の気泡除去方法。
15. 請求項１３に記載する液体噴射装置の気泡除去方法において、
    前記メンテナンス用駆動パルスを前記圧力発生素子に供給した状態で前記液体を加圧することを特徴とする液体噴射装置の気泡除去方法。
    
    
    
    
    

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