JP4855992B2

JP4855992B2 - 液体循環装置、画像形成装置、及び液体循環方法

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Publication number: JP4855992B2
Application number: JP2007095507A
Authority: JP
Inventors: 完司永島; 忠京相; 努草苅
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: US7971981B2; JP2008254196A; US20080238980A1

Description

本発明は液体循環装置、画像形成装置、及び液体循環方法に係り、特に、複数のノズルからそれぞれインク滴を吐出する液体吐出ヘッドのノズル付近の液体を循環させる技術に関する。

インクジェット記録装置は、インクジェットヘッド（以下、「記録ヘッド」、又は、単に「ヘッド」ともいう。）に形成される複数のノズルからそれぞれインク滴を記録媒体に向かって吐出することにより記録を行うものであり、記録動作時の騒音が低く、ランニングコストが安く、多種多様の記録媒体に対して高品質な画像を記録できることなどから幅広く利用されている。インク吐出方式としては、圧電素子の変位を利用して圧力室内のインクを加圧してノズルからインク滴を吐出する圧電方式や、ヒータ等の発熱素子で生じる熱エネルギーを利用して圧力室内に気泡を生じさせ、気泡成長に伴う圧力によってノズルからインク滴を吐出するサーマル方式などが挙げられる。

インクジェット記録方式では、インク中の溶媒が使用温湿度条件で揮発し易いインク（例えば、水を溶媒として用いたインク等）が用いられる場合、印刷中および印刷待機中に、ノズルからインク中の溶媒が揮発してノズル近傍のインクの溶媒濃度が低くなり、インク粘度が上昇するという現象が起きる。ノズル近傍のインク粘度が高くなると、ノズル内部での流体抵抗が大きくなり、吐出インク滴の飛翔体積や飛翔方向にばらつきが生じたり、吐出したりしなくなるなどの吐出不良を起こす。この結果、印刷媒体上のドット位置ずれやドット大きさの誤差、更にはドットの欠けを生じることもある。

これが更に進めば、完全に吐出することが不可能となり、ノズルクリーニングなどと呼ばれるメンテナンスを必要とする。

これに対して、本発明者らによる実験によれば、特に何の対策も施さない状態では、水を溶媒として用いたインクの場合には、常温常湿の条件でも、ノズルから溶媒が揮発し始めて５、６秒で吐出不良が発生してしまい、極めて重要な問題が生じることが確認された。

この問題を防ぐため、ピエゾ等のアクチュエータ（圧電素子）を用いた圧電方式のヘッドでは、インク吐出が行われない非吐出ノズル（非稼動ノズル）に対しても、ノズルからインクが吐出されない程度の振動をインクに与えて、ノズル付近のインクを圧力室のインクとともにかき混ぜることで、ノズル部におけるインクの溶媒濃度の低下を抑えて、ノズル部のインク粘度の上昇を抑えるという制御が行われている。以下では、このような制御を「メニスカス揺らし」という。

しかし、この方法も、長時間続けると圧力室全体とノズル部のインク溶媒濃度が低下し、結局吐出不良となる。そのため、吐出不良となる前に、圧力室全体のインクを空吐出や吸引動作により排出し、フレッシュなインクに交換することが必要である。

なお、上記のように、インクが吐出されない程度の振動をインクに与えてインクをかき混ぜることが困難なサーマル方式のヘッドでは、もともと吐出力が強いので上記の吐出不良までの時間は長いが、特に対応を取らず放置しておけば何れ吐出不良となるため、同様に、ノズル付近の高粘化したインクを排出する制御を行っている。

また、サーマル方式のヘッドでは、共通流路のインクを循環し、圧力室の体積を可能な限り小さくして共通流路とノズルの距離を短くし、共通流路からの溶媒拡散の効果で、ノズル付近のインク溶媒濃度の低下を遅らせる方法をとっているものもある。しかし、この方法で完全にノズル付近のインク粘度上昇を止めるには、供給路から圧力室を経てノズルまでの長さが数十ミクロン以下でなくてはならないので、現実には粘度上昇を完全に抑えられるわけではなく、高粘化したインクを排出する制御が必要になる。

前記いずれのアクチュエータを用いたインクジェットプリンタでも、インクを排出する際には印刷を行うことが出来ないので、印刷領域から離れた位置にヘッドを移動して高粘化したインクを排出するか、カット紙などの印刷媒体であれば、個々の印刷媒体間の隙間に排出したインクを受ける部材を設けてインクを排出するなどの方法がとられている。

つまり、メニスカス揺らしや、圧力室の体積減少による拡散効果などを用いても溶媒揮発によるインク粘度の上昇をとめることはできず、高粘化したインクを排出・廃棄する必要があるため無駄インクが生じる。

廃棄せずに再利用するとしても、一度ノズルから排出したインクには、埃等が入る可能性が高いため濾過作業も必要になる。

そもそも、前記いずれの方式でも、インク排出中は印刷を行うことができないので、生産性が低下するという問題がある。

このような問題に対して、非吐出ノズルと吐出ノズルのインクを印刷中にも常時循環させ、ノズル近傍のインク溶媒の濃度低下を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
特開昭６３−４１１５２号公報特開平１−１０８０５６号公報特表２０００−５１２２３３号公報特表２００３−５０５２８１号公報

しかしながら、従来のインク循環技術には次のような問題がある。

（１）循環インク量は、どのような印刷条件でも良好な状態を保てるようにすると最悪条件に合わせることになるため、循環後の再生インクの総量が膨大になり、溶媒の添加量も多くなる。

（２）万一の異物混入に対応するため濾過フィルタを用いるとフィルタの寿命も短くなる。

（３）ＵＶインクでは、循環を続けていると、空気中の酸素、水分の影響でインクが硬化しにくくなったり（ラジカル系ＵＶインクでは、酸素があるとラジカルを酸素に奪われて硬化反応が阻害される。又、カチオン系インクでは水分があると硬化しにくくなる）、ヘッドの温調による加熱の影響、微弱光による影響などの化学的変化でインクが劣化し、回復しない場合がある（不可逆変化）。

（４）ノズル部で空気と触れたインクは空気が溶け込むため、循環量が多いとインク中の溶存空気が増えてインクのコンプライアンスが変化し、吐出特性が変わる。さらに、万一気泡が入ったときの、気泡消失時間が長くなり、気泡による影響の回復時間が長くなる。

よって、インク循環量はできる限り少ないことが望ましい。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ノズル付近のインクを循環させて吐出不良を防止するとともに、再生又は破棄される循環インク量を減らすことのできる液体循環装置、画像形成装置、及び液体循環方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液滴が吐出されるノズル、前記ノズルと連通する圧力室、及び前記圧力室の壁面を変位させる圧電素子を含んで構成される複数の液滴吐出素子と、前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ供給路を介して連通する共通流路と、前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ還流路を介して連通する共通循環路と、前記複数の液滴吐出素子から吐出される全体の液体吐出量に応じて、前記共通流路から前記複数の液滴吐出素子に供給される全体の液体供給量を変化させて、前記複数の液滴吐出素子から前記共通循環路に循環される全体の液体循環量の制御を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記共通流路と前記共通循環路の液体の圧力差を変化させることによって前記液体供給量を変化させる手段であって、前記液体吐出量が所定の値より少ない場合には前記液体供給量を前記液体吐出量より多くし、前記液体吐出量が前記所定の値より多い場合には前記液体供給量を前記液体吐出量と等しくする手段であることを特徴とする液体循環装置を提供する。

本発明によれば、複数の液滴吐出素子の液体吐出量に応じて液体供給量を変化させることで、液体循環量の制御を行う。これにより、液体吐出量が少ない場合には液体循環量を増やしてノズル付近の液体増粘による吐出不良を防止することができる。一方、液体吐出量が多い場合には液体循環量を減らして（好ましくは液体循環量を０にして）、吐出ノズル側の液体吐出動作によって、共通循環路内の液体を吐出ノズル側に戻して、その液体を吐出ノズルから吐出する。これと同時に、非吐出ノズル側から共通循環路に向かう液体の流れも形成されるので非吐出ノズルの吐出不良も防止することができる。よって、再生又は破棄される液体循環量を減らすことができ、コストダウンを図ることができる。

液体供給量が所定の値より多い場合には液体循環量が０となるので、再生又は破棄されるインク循環量を減らすことができ、更なるコストダウンを図ることができる。

本発明において、「所定の値」は、各ノズルの吐出不良を防止するのに最小限必要な吐出量としてもよいし、一定のマージンを見込んで最小限必要な吐出量より大きい量としてもよい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体循環装置であって、前記液体吐出量が所定の値より少ない場合の前記液体供給量は、前記液体吐出量に関係なく一定であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の液体循環装置であって、前記液体吐出量が所定の値より少ない場合の前記液体供給量は、前記液体吐出量の増加に従って徐々に増加することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、液滴が吐出されるノズル、前記ノズルと連通する圧力室、及び前記圧力室の壁面を変位させる圧電素子を含んで構成される複数の液滴吐出素子と、前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ供給路を介して連通する共通流路と、前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ還流路を介して連通する共通循環路と、前記複数の液滴吐出素子から吐出される全体の液体吐出量に応じて、前記共通流路から前記複数の液滴吐出素子に供給される全体の液体供給量を変化させて、前記複数の液滴吐出素子から前記共通循環路に循環される全体の液体循環量の制御を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記共通流路と前記共通循環路の液体の圧力差を変化させることによって前記液体供給量を変化させる手段であって、前記液体供給量が前記液体吐出量より多く、且つ、前記液体吐出量の増加に従って前記液体供給量と前記液体吐出量との差を徐々に小さくする手段であることを特徴とする。

請求項４の態様によれば、例えば描画ドット数に反比例して制御することができるので制御を簡易化することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体循環装置であって、前記供給路は前記圧力室に接続され、前記還流路は前記圧力室と前記ノズルを連通するノズル流路に接続されることを特徴とする。

請求項５の態様によれば、ノズル付近の液体の高粘化による吐出不良を効果的に防止することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体循環装置であって、前記供給路は前記圧力室と前記ノズルを連通するノズル流路に接続され、前記還流路は前記圧力室に接続されることを特徴とする。

請求項６の態様によれば、ノズル付近の液体の高粘化による吐出不良を防ぐことができるとともに、液体充填の高速化を達成することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は請求項６に記載の液体循環装置であって、前記ノズル流路には、前記ノズル流路に接続される流路の開口部の前記圧力室側に、前記ノズル側に向かって流路断面積が徐々に狭くなる流速調整部が設けられていることを特徴とする。

請求項７の態様によれば、ノズル流路内を流れる液体の流速分布をノズル軸を中心として略対称にすることができる。

請求項８に記載の発明は、請求項５又は請求項６に記載の液体循環装置であって、前記ノズル流路には、前記ノズル流路に接続される流路の開口部を含む複数の開口部が設けられ、前記複数の開口部はノズル軸を中心として回転対称な位置にされていることを特徴とする。

請求項８の態様によれば、ノズル流路内を流れる液体の流速分布をノズル軸を中心として略対称にすることができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液体循環装置であって、前記還流路は複数に分岐され、前記複数に分岐された還流路は前記共通循環路に接続されるとともに少なくとも２つの前記液滴吐出素子に接続されることを特徴とする。

請求項９の態様によれば、圧力室内の液体粘度上昇を効果的に抑えることができる。

請求項１０に記載の発明は、液滴が吐出されるノズル、前記ノズルと連通する圧力室、及び前記圧力室の壁面を変位させる圧電素子を含んで構成される複数の液滴吐出素子と、前記複数の液滴吐出素子のうち第１の液滴吐出素子にそれぞれ第１の供給路を介して連通する第１の共通流路と、前記複数の液滴吐出素子のうち第２の液滴吐出素子にそれぞれ第２の供給路を介して連通する第２の共通流路と、前記第１の液滴吐出素子と前記第２の液滴吐出素子を連通する還流路と、前記複数の液滴吐出素子から吐出される液体吐出量に応じて、前記第１の共通流路と前記第２の共通流路との間の圧力差を変化させる圧力制御手段と、を備えたことを特徴とする液体循環装置を提供する。

本発明によれば、複数の液滴吐出素子の液体吐出量に応じて第１及び第２の共通流路間の圧力差を変化させることで、第１及び第２の液滴吐出素子間で還流路を介して液体を循環させることができる。これにより、非吐出ノズル付近の高粘化した液体を吐出ノズル側に循環させて、吐出ノズルからその液体を吐出することが可能となるので、再生又は破棄される液体循環量を減らすことができ、コストダウンを図ることができる。

また前記目的を達成するために、請求項１１に記載の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の液体循環装置を備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。

本発明によれば、各ノズルの吐出不良が生じることなく、画像品質の向上を図ることができる。

更に前記目的を達成するために、請求項１２に記載の発明は、液滴が吐出されるノズル、前記ノズルと連通する圧力室、及び前記圧力室の壁面を変位させる圧電素子を含んで構成される複数の液滴吐出素子と、前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ供給路を介して連通する共通流路と、前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ還流路を介して連通する共通循環路と、を備えた液体循環装置の液体循環方法であって、前記複数の液滴吐出素子から吐出される全体の液体吐出量に応じて、前記共通流路から前記複数の液滴吐出素子に供給される全体の液体供給量を変化させて、前記複数の液滴吐出素子から前記共通循環路に循環される全体の液体循環量を制御する際、前記共通流路と前記共通循環路の液体の圧力差を変化させることによって前記液体供給量を変化させ、さらに前記液体吐出量が所定の値より少ない場合には前記液体供給量を前記液体吐出量より多くし、前記液体吐出量が前記所定の値より多い場合には前記液体供給量を前記液体吐出量と等しくすることを特徴とする液体循環方法を提供する。
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の液体循環方法であって、前記液体吐出量が所定の値より少ない場合の前記液体供給量は、前記液体吐出量に関係なく一定であることを特徴とする。
請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載の液体循環方法であって、前記液体吐出量が所定の値より少ない場合の前記液体供給量は、前記液体吐出量の増加に従って徐々に増加することを特徴とする。
請求項１５に記載の発明は、液滴が吐出されるノズル、前記ノズルと連通する圧力室、及び前記圧力室の壁面を変位させる圧電素子を含んで構成される複数の液滴吐出素子と、前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ供給路を介して連通する共通流路と、前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ還流路を介して連通する共通循環路と、を備えた液体循環装置の液体循環方法であって、前記複数の液滴吐出素子から吐出される全体の液体吐出量に応じて、前記共通流路から前記複数の液滴吐出素子に供給される全体の液体供給量を変化させて、前記複数の液滴吐出素子から前記共通循環路に循環される全体の液体循環量を制御する際、前記共通流路と前記共通循環路の液体の圧力差を変化させることによって前記液体供給量を変化させ、前記液体供給量が前記液体吐出量より多く、且つ、前記液体吐出量の増加に従って前記液体供給量と前記液体吐出量との差を徐々に小さくすることを特徴とする液体順循環方法を提供する。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。

＜第１の実施形態＞
〔インクジェット記録装置〕
まず、本発明に係る画像形成装置の一実施形態であるインクジェット記録装置について説明する。図１は、インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図である。図１に示すように、このインクジェット記録装置１０は、インクの色毎に設けられた複数の記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のインク吐出面（ノズル面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。

図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。

ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。

給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。

デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のインク吐出面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する部分が平面をなすように構成されている。

ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のインク吐出面及び印字検出部２４のセンサ面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。

ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモータ（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は、図１の左から右へと搬送される。

縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。

なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考え
られるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。

吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。

印字部１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを紙搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。印字部１２を構成する各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、本インクジェット記録装置１０が対象とする最大サイズの記録紙１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってインク吐出口（ノズル）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている（図２参照）。

記録紙１６の搬送方向（紙搬送方向）に沿って上流側（図１の左側）から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の順に各色インクに対応した記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが配置されている。記録紙１６を搬送しつつ各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙからそれぞれ色インクを吐出することにより記録紙１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色毎に設けられてなる印字部１２によれば、紙搬送方向（副走査方向）について記録紙１６と印字部１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録紙１６の全面に画像を記録することができる。これにより、記録ヘッドが紙搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速印字が可能であり、生産性を向上させることができる。

なお本例では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する記録ヘッドを追加する構成も可能である。

図１に示したように、インク貯蔵／装填部１４は、各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するタンクを有し、各タンクは図示を省略した管路を介して各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと連通されている。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。

印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。

本例の印字検出部２４は、少なくとも各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙによるインク吐出幅（画像記録幅）よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）
がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。

印字検出部２４は、各色の記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙにより印字されたテストパターンを読み取り、各ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。

印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。

後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（不図示）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。

尚、インク色ごとに設けられている各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下、これらを代表して符号５０によって記録ヘッドを示すものとする。

〔インク循環系の構成〕
次に、インクジェット記録装置１０のインク循環系について説明する。

図３は、インクジェット記録装置のインク循環系を示した概略図である。図３に示すように、インクジェット記録装置１０のインク循環系は、記録ヘッド５０（５０Ａ）、インクタンク１００、サブタンク１０２、溶媒濃度検出器１０４、溶媒添加装置１０６、及び脱気装置１０８から主に構成され、インクタンク１００からサブタンク１０２を介して記録ヘッド５０にインク供給が行われ、記録ヘッド５０に形成される複数のノズル６４からそれぞれインク滴が吐出されるとともに、記録ヘッド５０に供給されたインクの一部はヘッド内部を循環してサブタンク１０２に戻される。以下、各部の構成について説明する。

インクタンク１００とサブタンク１０２を接続する流路１１０にはポンプ１１２が設けられている。ポンプ１１２によって、インクタンク１００内のインクがサブタンク１０２に供給される。ポンプ１１２はサブタンク１０２内のインク量が一定となるように制御が行われている。サブタンク１０２にはインク温度調節用加熱冷却器１１４が内蔵されており、インク温度調整用加熱冷却器１１４によってサブタンク１０２内のインクが所定温度となるように温調することでインク粘度を下げている。例えば、記録ヘッド５０内部のインク温度を検出する温度センサ（不図示）が設けられ、記録ヘッド５０内部のインク温度が所定温度（例えば５５℃）となるように（即ち、所望のインク粘度となるように）、インク温度調整用加熱冷却器１１４を制御する態様がある。

サブタンク１０２と記録ヘッド５０は、第１及び第２の流路１１６、１１８により接続されている。記録ヘッド５０に形成される共通流路５２の一端に形成される第１の供給口５４を介して第１の流路１１６が接続されるとともに、共通流路５２の他端に形成される第２の供給口５６を介して第２の流路１１８が接続される。第１の流路１１６はサブタンク１０２から記録ヘッド５０にインク供給を行うための供給流路であり、ポンプ１２０及びフィルタ１２２が設けられる。一方、第２の流路１１８は記録ヘッド５０に供給されたインクの一部をサブタンク１０２に戻すための循環流路であり、ポンプ１２４が設けられる。

ポンプ１２０によってサブタンク１０２内のインクは第１の流路１１６からフィルタ１２２を介して記録ヘッド５０に供給される。フィルタ１２２の細かさ（メッシュサイズ）はノズル径よりも小さいことが好ましく、サブタンク１０２から記録ヘッド５０内部に混入した異物がノズル目詰まりを起こすことを未然に防止することができる。例えば、ノズル径よりも１０％程度小さなメッシュサイズのフィルタが用いられる。

記録ヘッド５０に供給されたインクの一部は、共通流路５２を経由して、ポンプ１２４によって第２の流路１１８からサブタンク１０２に戻される。図示は省略するが、第２の流路１１８には、ポンプ１２４より上流側（記録ヘッド５０側）に真空脱気装置を設置する態様もある。

共通流路５２に連通する各圧力室５８にはそれぞれノズル６４との連通路であるノズル流路６２が設けられている。ノズル流路６２には還流路７２が設けられ、還流路７２を介して共通循環路７０に連通している。共通循環路７０は不図示の接続流路（図６中符号７１として記載）を介して回収口７４に連通しており、回収口７４にはポンプ１３２に繋がる流路１３０が接続されている。

図４は、記録ヘッド５０の内部構造の一例を示した模式図である。図４に示すように、記録ヘッド５０には、インク滴の吐出口となるノズル６４、圧力室５８、供給路６０、及び圧力室５８の壁面を構成する振動板６６を変形させる圧電素子６８を含む液滴吐出素子８０が複数設けられている。なお、記録ヘッド５０の詳細構成については後で説明するが、記録ヘッド５０は複数のヘッドユニットを並べて構成されるものであり、各ヘッドユニットに多数の液滴吐出素子８０がマトリクス状（２次元的）に配列されている。

各圧力室５８はそれぞれ供給路６０を介して共通流路５２に連通しており、共通流路５２から各圧力室５８に対してそれぞれ対応する供給路６０を介してインク供給が行われる。供給路６０は、圧力室５８から共通流路５２への逆流を抑える供給絞りとしても機能する。また、各圧力室５８にはそれぞれノズル流路６２を介してノズル６４が連通している。

各圧力室５８の壁面を構成する振動板６６上には圧電素子６８が設けられている。圧電素子６８に駆動電圧を印加すると、振動板６６の変形に応じて圧力室５８の容積が変化する。圧力室５８の容積が増加する方向に振動板６６が変形すると、ノズル６４に形成されるメニスカスがインク流入側（圧力室５８側）に引き込まれるとともに、共通流路５２内のインクが供給路６０を介して圧力室５８に吸い込まれリフィルが行われる。一方、圧力室５８の容積が減少する方向に振動板６６が変形すると、ノズル６４のメニスカスはインク吐出側（圧力室５８とは反対側）に押し出され、ノズル６４からインク滴が吐出される。特に、引きと押しの間隔を圧力室５８とインクの流体的な共振周期の１／４にすることが好ましく、引きと押しの振動が重ね合わされて大きな変位を得られ、容易にインク吐出を行うことが可能となる。

インク吐出が行われる際、圧力室５８内のインクはインク吐出側であるノズル流路６２に流れるだけでなく、インク供給側である供給路６０にもその一部が流れる。圧力室５８からノズル流路６２に向かうインク流量と供給路６０に向かうインク流量は、それぞれの流路抵抗、イナータンスの比で決まる。一般的なインクジェットヘッドでは、ほぼ１対１となるように各部の寸法が決められている。

また、図４に示すように、本実施形態の記録ヘッド５０には、共通循環路７０が設けられている。共通循環路７０には複数の液滴吐出素子８０のノズル流路６２がそれぞれ還流路７２を介して連通している。共通循環路７０及び還流路７２は共通流路５２から圧力室５８に供給されたインクを循環させるための循環流路である。図示の例のように、還流路７２はノズル流路６２のノズル近傍に接続されていることが好ましく、ノズル付近の増粘インクを効率的に循環させることができる。

図５は、記録ヘッド５０の圧力室５８周辺を立体的に示した斜視図である。図５に示すように、１つのノズル流路６２には２つの還流路７２（７２Ａ、７２Ｂ）が接続されている。各還流路７２Ａ、７２Ｂは異なる共通循環路７０にそれぞれ接続されている。なお、図５では還流路７２Ｂが接続される共通循環路の図示を省略するとともに、図３及び図４では、便宜的にノズル流路６２に接続される還流路７２を１つだけ表示している。本発明の実施に際しては、ノズル流路６２には少なくとも１つの還流路７２が接続されていればよい。また、後述するように圧力室５８に還流路７２が直接接続される態様もある。

図６は、記録ヘッド５０の詳細構造を示した平面図である。図７は、記録ヘッド５０の一部を示した断面図（図６中７−７線に沿う断面図）である。なお、図６では、圧力室５８の配置構成に対する理解を容易にするために、振動板６６や圧電素子６８の図示を省略している。本実施形態の記録ヘッド５０は、図６及び図７に示すヘッドユニット５１を複数個並べて構成されるものである。もちろん、１つのヘッドユニット５１からヘッドが構成されていてもよい。

図６に示すように、ヘッドユニット５１には、ノズル６４や圧力室５８を含む液滴吐出素子８０がマトリクス状（２次元的）に配列されている。共通流路５２は各圧力室５８が形成される領域全体に渡って形成されており、共通流路５２に開口する第１及び第２の供給口５４、５６がそれぞれ３つずつ設けられている。

また、ヘッドユニット５１には、複数の共通循環路７０が圧力室列５９毎に設けられている。各共通循環路７０にはそれぞれ対応する圧力室列５９の各圧力室５８が連通している。詳しくは、図７に示すように、各圧力室５８はそれぞれ対応するノズル流路６２及び還流路７２を介して連通している。複数の共通循環路７０は連通流路７１を介して１つに繋がっており、連通流路７１には３つの回収口７４が形成されている。

図７に示すように、圧力室５８の壁面を構成する振動板６６上には個別電極６９を備えた圧電素子６８が設けられている。振動板６６は少なくとも表面に電極層（導電層）が形成された導電性基板が用いられ、圧電素子６８の共通電極を兼ねている。圧電素子６８にはチタン酸ジルコン酸鉛（ピエゾ）等の圧電体が好適に用いられる。また、振動板６６上の圧電素子６８を覆うように保護カバー６７が設けられており、共通流路５２内のインクに対する圧電素子６８やその他配線部材（不図示）の絶縁保護が図られている。

このように構成される記録ヘッド５０において、図４に示すように、共通流路５２の上流側に形成される第１の供給口５４におけるインクの圧力をＰ１、その下流側に形成される第２の供給口５６におけるインクの圧力をＰ２、共通循環路７０の一端（より詳しくは連通流路７１）に形成される回収口７４におけるインクの圧力をＰ３としたとき、次式Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３の関係が成立するように各圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が設定又は制御されているとき、共通流路５２の上流側から下流側に向かうインクの流れが形成されるとともに、共通流路５２から供給路６０、圧力室５８、ノズル流路６２、還流路７２を経由して共通循環路７０に向かうインクの流れが形成される。なお、一般的に共通流路５２の流路断面積は大きく、その流体抵抗は小さいため、第１及び第２の供給口５４、５６間の圧力差△Ｐは数百〜数ｋＰａ程度である。

共通流路５２に形成されるインクの流れによって、記録ヘッド５０内部（特にインク）の温度分布が一様になるとともに、万一、共通流路５２内に気泡が混入した場合でも迅速に低圧側の第２の供給口５６からその気泡を排除することが可能となる。また、共通流路５２から圧力室５８等を介して共通循環路７０に向かう方向に形成されるインクの流れによって、ノズル付近の高粘化したインクを循環させることができ、吐出不良を防止することができる。なお、本発明の特徴部分であるインク循環制御については後述する。

共通流路５２内を流れるインクの単位時間あたりの流量は、第１及び第２の供給口５４、５６間のインクの圧力差（Ｐ１−Ｐ２）と共通流路５２の流体抵抗から決定することができる。共通流路５２の流量は、記録ヘッド５０の発熱による温度変化を制御できる量であるとともに、共通流路５２内に気泡が入った場合に気泡を流せる流量に設定することが好ましい。どちらの条件も流量を多くすればその条件を満たすことができる。ただし、共通流路５２内に乱流が発生しない範囲に設定する必要があるが、一般的なインクジェットヘッドの発熱量と寸法では、まず解がない状態にはならないと考えられる。

例えば、ヘッド全吐出状態（描画用に最大周波数、最大吐出体積で吐出を続けた場合の吐出）での単位時間あたりのインク消費量の10〜20倍程度が現実的な流速である。2〔pl〕を40〔kHz〕で吐出するヘッドが1200〔dpi〕のノズル密度をもち、１ユニットあたり２インチの長さであると、2×2×1200×40000〔pl/sec〕=0.192〔ml/sec〕がインク消費量となるので共通流路５２を流れるインク量は2〜4〔ml/sec〕程度にする。

また、ポンプ１２０、１２４によって各供給口５４、５６に付与される圧力Ｐ１、Ｐ２は、記録ヘッド５０の各ノズル６４の開口部に形成されるメニスカスを僅かに引き込むように弱い負圧となっており、大気圧に対し、−20〜-60〔mmH₂O〕となっている。

一般に、インクジェットヘッドでは、非吐出中のノズルからインクが漏れないように、ノズル部分のインクを、大気圧に対して多少の負圧にすることが一般に行われる。その負圧が強すぎるとメニスカスの表面張力が圧力に負けてノズルから空気を吸い込んでしまう。例えば、直径18〔μm〕のノズルに表面張力35〔mN/m〕のインクを使った場合、表面張力の最大値は1.98x10^-6〔N〕になるのでノズル単位面積あたりでは8〔kN/m²〕となる。これは換算すると81〔gf/cm²〕であるため、負圧が、-810〔mmH₂O〕の状態でメニスカスとつりあい、これ以上になるとメニスカスが壊れる。しかし、実際のヘッドでは、多数のノズルがあるため、ノズル部分の工作精度、表面粗さや、ノズル部分の撥水処理の欠陥、さらには振動などが原因で、この計算値より低い背圧でメニスカスが壊れる場合が多い。実際に、実験では、前記のような不安定要因のため、必ずしも安定した結果は得られないが、-100〜-400〔mmH₂O〕で壊れる例が多い。そこで、実験から、マージンを見て、背圧の上限は-60〔mmH₂O〕に設定している。一方で、下限は、気圧、温度などの環境変化や振動によって、背圧をかけているにもかかわらずインクが漏れたりしないように-20〔mmH₂O〕に設定している。いずれの値も、理論的に求めた値ではなく、実験に基づく安定した性能を得られる範囲である。

図３に戻り、記録ヘッド５０の回収口７４には流路１３０が接続されている。流路１３０にはポンプ１３２が設けられており、回収口７４と反対側の端部はリザーバタンク１３４に接続されている。共通流路５２から供給路６０、圧力室５８、ノズル流路６２、還流路７２、共通循環路７０を循環してきたインクは、ポンプ１３２によって回収口７４から流路１３０を通ってリザーバタンク１３４に回収される。

リザーバタンク１３４とサブタンク１０２を接続する流路１３６には、上流側（リザーバタンク１３４側）から下流側（サブタンク１０２側）に向かって、溶媒濃度検出器１０４、溶媒添加装置１０６、脱気装置１０８、ポンプ１３８、及びフィルタ１４０が順に設けられている。

リザーバタンク１３４内に回収されたインクを流路１３６を介してサブタンク１０２に戻す際、まず、溶媒濃度検出器１０４によって、インクの密度、粘度、流速変化、電気伝導度等から溶媒濃度の検出が行われる。続いて、溶媒添加装置１０６によって、溶媒濃度検出器１０４による検出結果に応じて、溶媒タンク１４４内の溶媒が流路１３６内のインクに添加される。これにより、圧力室５８やノズル流路６２を経由した循環インク、特にノズル付近で増粘したインクを適正な粘度に回復することができる。なお、後述するように、溶媒濃度検出器１０４により検出された溶媒濃度は溶媒濃度制御部１９６（図８参照）に送られ、溶媒濃度制御部１９６によって溶媒添加装置１０６の駆動が行われる。

更に、真空ポンプ１４６が接続された脱気装置１０８によってインク中の溶存空気量を減らす処理（脱気処理）が行われる。なお、サブタンク１０２と記録ヘッド５０を接続する第２の流路１１８のポンプ１２４より上流側（記録ヘッド５０側）に真空脱気装置を設ける場合は、脱気装置１０８は省略される。

脱気装置１０８により脱気処理が行われたインクは、ポンプ１３８によってフィルタ１４０を介してサブタンク１０２に戻される。その後、インクタンク１００から供給されるインクとともに、記録ヘッド５０に対して再び供給される。

図３に示したインク循環系の構成によれば、ポンプ１３２と、溶媒添加装置１０６や脱気装置１０８との間にリザーバタンク１３４が配置されるので、ポンプ１３２により回収口７４に付与される圧力Ｐ３に溶媒添加や脱気などの再生処理の影響を与えないようにすることができる。

なお、一般に、記録ヘッド５０はアクチュエータ（圧電素子６８）の動作により発熱しているので、上記のようにして循環されるインクは、この発熱を冷やす役目もしている。よって、循環後のインクは、再生時、又は再供給時に温度調整をすることが好ましい。

〔制御系の構成〕
次に、インクジェット記録装置１０の制御系について説明する。

図８は、インクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース１７０、システムコントローラ１７２、画像メモリ１７４、モータドライバ１７６、ヒータドライバ１７８、プリント制御部１８０、画像バッファメモリ１８２、ヘッドドライバ１８４等を備えている。

通信インターフェース１７０は、ホストコンピュータ１８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース１７０にはシリアルインターフェースやパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。

ホストコンピュータ１８６から送出された画像データは通信インターフェース１７０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ１７４に記憶される。画像メモリ１７４は、通信インターフェース１７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ１７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ１７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。

システムコントローラ１７２は、通信インターフェース１７０、画像メモリ１７４、モータドライバ１７６、ヒータドライバ１７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ１７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ１８６との間の通信制御、画像メモリ１７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモータ１８８やヒータ１８９を制御する制御信号を生成する。

モータドライバ１７６は、システムコントローラ１７２からの指示に従ってモータ１８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータドライバ１７８は、システムコントローラ１７２からの指示に従って後乾燥部４２その他各部のヒータ１８９を駆動するドライバである。

プリント制御部１８０は、システムコントローラ１７２の制御に従い、画像メモリ１７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（ドットデータ）をヘッドドライバ１８４に供給する制御部である。プリント制御部１８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ１８４を介して記録ヘッド５０のインク滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。

プリント制御部１８０には画像バッファメモリ１８２が備えられており、プリント制御部１８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ１８２に一時的に格納される。なお、図８において画像バッファメモリ１８２はプリント制御部１８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ１７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部１８０とシステムコントローラ１７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。

ヘッドドライバ１８４は、プリント制御部１８０から与えられる印字データに基づいて各色の記録ヘッド５０の圧電素子６８（図４等参照）を駆動するための駆動信号を生成し、圧電素子６８に生成した駆動信号を供給する。ヘッドドライバ１８４には記録ヘッド５０の駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。

印字検出部２４は、図１で説明したように、ラインセンサを含むブロックであり、記録紙１６に印字された画像を読み取り、所要の信号処理などを行って印字状況（吐出の有無、打滴のばらつきなど）を検出し、その検出結果をプリント制御部１８０に提供する。

プリント制御部１８０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいて記録ヘッド５０に対する各種補正を行う。

更に、本実施形態のインクジェット記録装置１０は、圧力制御部１９０、圧力検出部１９２、ポンプドライバ１９４、溶媒濃度制御部１９６等を備えている。

圧力検出部１９２は、記録ヘッド５０の共通流路（供給口形成位置）及び共通循環流路（回収口形成位置）の圧力を検出し、その検出結果を含む圧力信号を圧力制御部１９０に供給する。

圧力制御部１９０は、プリント制御部１８０から印字ドット数の情報を受け取り、記録ヘッド５０（又はヘッドユニット５１）全体のインク吐出量を算出するとともに、算出されたインク吐出量に応じてインク供給量を変化させて所望のインク循環量となるように、圧力検出部１９２により検出された圧力に基づいてポンプドライバ１９４にポンプ駆動制御信号を供給する。ポンプドライバ１９４は、圧力制御部１９０から供給されたポンプ駆動制御信号に基づいて、各ポンプ１１２、１２０、１２４、１３２、１３８を駆動する。

また、圧力制御部１９０は、インク循環量に応じて、溶媒濃度制御部１９６に溶媒濃度を指示する。溶媒濃度制御部１９６は、溶媒濃度検出器１０４により検出された溶媒濃度に基づいて、圧力制御部１９０から指示された溶媒濃度となるように溶媒添加装置１０６を駆動する。これにより、適切な量の溶媒が循環回収されたインクに添加される。

〔インク循環制御〕
まず、吐出不良を防止するために必要なインク量と印字による吐出量の関係について説明する。

○ 吐出不良を防止するために最小限必要な吐出量
ノズルから溶媒が蒸発してインクの粘度が上昇し吐出不良になる現象は、ノズルがある程度以上の頻度で常に吐出を行っていれば、溶媒が蒸発して粘度が上昇しかけたインクを常に捨てていることと同等であり、吐出不良を防ぐことができる。

この「ある程度以上の頻度」は、温湿度環境、ヘッド周りの気流の状態、インクの溶媒成分、インクの各成分量など各種条件によるが、本発明者らの実験によれば、常温常湿環境での水を溶媒にしたインクを用いて、１回の吐出で４ｐｌのインク滴を吐出する場合、およそ０．１秒に１回以上の頻度が必要である事が分かった。

一見少ない頻度のように思えるので、上記の考えに基づき、印刷中に印刷画像に関係なく、この条件を満たす頻度でインクを吐出しても、印刷物に特に支障がない様に思える。しかし、実際は、全てのノズルがある程度均等に吐出して印刷する画像であるか、印刷速度が極めて高速で、１枚の印刷物中に捨てるインク量が極めて少なくない条件でないと、印刷物に支障が出る可能性が高い頻度である。例えば、固定ヘッドで、Ａ４サイズ１枚を０．５秒で印刷する場合、前記条件は、全てのノズルが１枚印刷する間に５回吐出することになる。このような吐出が必要とされるのは、特に、ノズルから一定時間吐出しない、ドットが少ない白地部分であるため、各ノズルからできるだけドット間隔を空けるようにして５回吐出させるようにしても、本来の白地の濃度が上がってしまう。

ここでは「白地」と表現しているが、インクジェット記録装置で用いられる各色のインクについて、その色が印刷されない部分は、その色にとっての白地である。つまり、印刷物全体に色が付いている例では一見白地部分が無いように思えるが、ここで議論している問題は各色のインクごとに考える必要があるので特定の色のインクに対しては白地になっている場合が多い。

逆に、どの色にとっても白地でない条件では、各色のインクがある頻度で打たれていることを意味するので、印刷物全体に（局所的ではなく）灰色から黒の色の部分が存在することになる。これは、各色のインクを互いに重ならないように出来るだけドット間隔を空けるようにばらつかせて印刷したものも含まれ、このような印刷物は、目視観察では灰色に見える。無論、各色のインク毎に局所的に吐出しても、先の吐出頻度条件を満たすことはできるが、そのような印刷物は当然本来の画像と異なる物になってしまう。しかも、低湿度環境では、この「０．１秒に１回」という頻度が多くなるので、より白地濃度が上がることになる。

つまり、ここで述べた方法で粘度が上昇しかけたインクを捨てる目的に対して効果を得られるかどうかは、印刷する画像に依存している。しかも、インクを捨てる必要性が高まる白地の多い印刷物ほどインクを捨てると目立ち、インクを捨てにくくなるので実施が困難になる。

よって、本来の画像以外の部分で粘度上昇したインクを吐出によって捨てる方法は、実施可能な条件が限られ現実的ではない。

○ 印刷における平均的な吐出量
しかしながら、印刷媒体全体で見れば、完全に白紙で無い限り、次に述べるように単位面積あたりでは、ある程度の量のインクが吐出されることが期待できる。例えば、写真などを含む吐出量の多い印刷物では単位面積あたりの平均インク吐出量は約１ｃｃ／ｍ^２であり、これは２２％程度の印字率になる（インクで覆われている面積。１２００ｄｐｉの解像度で２ｐｌのインク滴サイズで記録した場合）。また、比較的印刷部分が少ない、標準原稿として定められている黒文字５％の印字率のＡ４サイズの印刷物でさえ、２９７ｍｍ印字幅の固定インクジェットヘッドを用いて、短辺方向に印刷媒体を搬送し、１２００ｄｐｉの解像度で２ｐｌのインク滴サイズで記録した場合、1ノズルあたり平均９９２ｐｌ吐出することになる。先と同様にＡ４サイズ１枚を０．５秒で印刷する条件を仮定すると、これは、０．１秒に１９８回の吐出となり、前記の、「およそ０．１秒に１回以上の頻度」で吐出する条件よりはかなり多い吐出である。

しかし、このように平均では高い頻度の吐出であっても、どのノズルからインクが吐出されるかは先に述べたとおり印刷画像に依存するため、特定のノズルが全く印刷しない印刷画像はあり得る。更に、同じ内容を複数枚印刷する場合には特定のノズルが全く印刷しない状態が長時間続くことになる。

よって、ヘッド全体で平均値を見れば、通常の印刷では不具合を起こさない程度のインクを吐出しているのであるが、個々のノズルで見ると、吐出量に差があるので、不具合を起こさない条件を常に満たす保証は無い。また、前述のように、画像に紛れさせ吐出不良を起こさない最小限の吐出を行う方法も実施には問題がある。このため、従来技術で述べたような様々な対応が必要になっている。

しかし、上記の「平均的には、十分な量のインクを吐出している」という状況をうまく生かすことが出来れば、吐出不良の問題を大きく改善することができる。

本発明はこのような点に着目し、全体的にインク吐出量が少ない場合には各ノズル付近の高粘化したインクを共通循環路に循環させるとともに、全体的にインク吐出量が多い場合にはインク供給量をインク吐出量と等しくして、共通循環路内に循環した劣化インクを吐出ノズル側に戻して共通流路側から供給されるフレッシュなインクとともに吐出ノズルから吐出するというものである。以下、本発明のインク循環制御について具体的に説明する。

通常のメニスカス揺らしでは、ノズルから溶媒が揮発してノズル付近のインクが高粘化するのを防ぐため、ノズルからインクが吐出されない程度に比較的大きな振幅でメニスカスを揺らし、ノズル付近のインクが圧力室のインクと入れ替わるようにしている。これによって、ある時間は、ノズル部のインク粘度が高くならない。

しかしながら、圧力室の体積には限界があるので、メニスカス揺らしを続けていると圧力室全体のインク粘度が高くなってしまい、いずれ吐出不良を起こす。

これに対して、本実施形態では、インク供給側（共通流路５２側）に対してインク循環側（共通循環路７０側）が相対的に負圧になるように設定し、インク吐出に伴うインク供給の平均的な流速に比べて十分に遅い流速の流れ、即ち、ゆっくりした循環流れを生じさせる。その際、通常のメニスカス揺らしに比べ、１／２〜１／１００（好ましくは、１／２０〜１／１００）の低い周波数でメニスカスを揺らし、還流路７２の開口部（ノズル流路６２側開口部；取り組み口）付近に高粘化しかけたインクを移動させるようにする。１／２〜１／１００の低い周波数でのメニスカス揺らしによって、ノズル付近の高粘化しかけたインクは、還流路７２の開口部付近のインクと混ざり、インク循環の流れによって圧力室５８から流れてきたインクとともに還流路７２に取り込まれる。

このように通常のメニスカス揺らしに比べて１／２〜１／１００の低い周波数でメニスカス揺らしを行うのは、圧力室５８内のインクの粘度変化を最小にするためである。

このような状態では、ノズル６４の表面部（開口部）から還流路７２の開口部付近にかけて、還流路７２側に比べてノズル６４側の方が溶媒が少ない、溶媒濃度の勾配が付いた状態になっている。つまり、還流路７２の開口部付近はインク循環によって略フレッシュなインクの状態になっている。

なお、上記状態では、ノズル６４からのインク吐出は可能ではあるが、ノズル６４の表面部（開口部）のインクは比較的高粘度化しているため、インク中の溶媒拡散速度が遅くなり、ノズル６４の表面部への溶媒の補給が遅くなり、結果として溶媒の揮発を抑制する状態になっており、溶媒蒸発量の総量を少なくすることができる。

本実施形態では、吐出頻度の低いノズル６４で高粘化したインクは、ゆっくりした循環流れによって還流路７２から共通循環路７０へ流れる。この高粘化したインクは、初期状態よりも高粘化してはいるが、吐出が不可能なほどは高粘化しないような流速に設定する。例えば、400〔pl/sec・ノス゛ル〕の流速であり、これは全吐出（描画用に最大周波数、最大吐出体積で吐出を続けた場合の吐出）量よりも大幅に少なく、従来より一般的に行われているインク循環量に比べても極めて少ない量である。

次に、インク循環量について、図９及び図１０を用いて説明する。

図９は、本実施形態の記録ヘッド５０を抽象的に表したモデル図であり、説明の便宜上、供給路６０、圧力室５８、及び還流路７２を同じ断面積で描くとともに、ノズル流路６２の体積を０として図示を省略している。図９において、供給路６０から圧力室５８に供給されるインクの平均流速をｖ、各流路（供給路６０、圧力室５８、及び還流路７２）の流路断面積をＡ、時間ｔにノズル６４から吐出されるインク量をＶとすると、単位時間のインク供給量（以下、単に「インク供給量」という。）はＡ×ｖ、単位時間のインク吐出量（以下、単に「インク吐出量」という。）はＶ/ｔである。

図１０は、インク吐出量とインク供給量の関係を表したグラフである。同図の横軸、縦軸はそれぞれ、図９に示した１つのノズル６４から吐出されるインク吐出量（単位時間あたりのインク吐出量）Ｘ（＝Ａ×ｖ）〔ml/sec〕、圧力室５８に供給されるインク供給量（単位時間あたりのインク供給量）Ｙ（＝Ｖ／ｔ）〔ml/sec〕を表している。また、インク吐出量Ｘとインク供給量Ｙの添字が等しい場合にはこれらの量は等しいことを表している。例えば、インク吐出量Ｘ_１＝インク供給量Ｙ_１である。なお、図１０では、１つのノズル６４におけるインク吐出量とインク供給量の関係を示しているが、記録ヘッド５０全体、１又は複数のヘッドユニット５１、或いは複数の圧力室５８におけるインク吐出量とインク供給量の関係についても絶対量が異なるだけで図１０に示した関係と同様である。

図１０において、原点を通る傾き４５度の直線（原点と点ｃを結ぶ直線）２００はインク吐出量Ｘとインク供給量Ｙが等しい場合を表している。つまり、この直線２００より上側領域２０２はインク吐出量に比べてインク供給量が多い場合であり、インク循環が行われる領域を表している。インク循環量は、インク供給量とインク吐出量の差となる。一方、直線２００より下側領域２０４はインク吐出量に比べてインク供給量が少ない場合であり、インク供給がインク吐出に追いつかず、インク切れを起こす領域を表している。

インク循環機能をもたない記録ヘッドでは、インク吐出量とインク供給量の関係は図１０に示す直線２００で表される。ただし、インクジェット方式では、流体抵抗のためインクの供給速度には限界があり、インク吐出量がある一定量を超えるとインク供給量がサチる現象、即ち、インク吐出量に比べてインク供給量が追いつかなくなる現象が生じる。また、ピエゾ等に代表される圧電素子を用いた圧電方式の記録ヘッドでは、圧力室の共振を使ってインク吐出が行われるため、共振周波数がこのような限界を決める場合もある。図１０に示したグラフでは、全吐出（描画用に最大周波数、最大吐出体積で吐出を続けた場合の吐出）のインク吐出量Ｘ_５を示す点ｃがインク供給量Ｙがサチり始める付近にあるため、これら２つの限界が略等しいことを意味する。

これに対して、インク循環機能をもつ記録ヘッドでは、全吐出を行ってもインク切れが生じることがないように、例えば、図１０に示す横軸に平行な直線２０６のように、インク吐出量Ｘに関係なく、全吐出時のインク供給量Ｙ_５（＝Ｘ_５）よりも十分に多いインク供給量Ｙ_６とすることが考えられる。しかしながら、このような場合には、インク供給量Ｘとインク吐出量Ｙの差であるインク循環量（＝Ｙ−Ｘ）が記録ヘッド全体で多くなってしまうといった問題がある。

そこで本発明では、インク吐出量が吐出不良を防止するのに最小限必要なインク吐出量未満の場合には、図１１（ａ）に示すように、インク吐出量よりもインク供給量が多くなるようにして各ノズル６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃからそれぞれ共通循環路７０に向かう方向にインクの流れを形成して、各ノズル６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃの劣化インクを共通循環路７０に循環させる。一方、インク吐出量が吐出不良を防止するのに最小限必要なインク吐出量以上である場合には、インク吐出量とインク供給量が略等しくなるようにして、共通循環路７０を介して繋がっている複数のノズル６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃのうち吐出動作を行っている吐出ノズル６４Ｂの吐出前後に行われるインク供給動作によって、吐出動作を行っていない非吐出ノズル６４Ａ、６４Ｃ側から共通循環路７０を介して吐出ノズル６４Ｂ側に向かうインクの流れを形成し、非吐出ノズル６４Ａ、６４Ｃ付近の劣化インクを共通循環路７０に循環させるとともに、更に共通循環路７０に循環した劣化インクを吐出ノズル６４Ｂ側に循環させて、共通流路５２側から供給されるフレッシュなインクと混ぜて吐出ノズル６４Ｂから吐出する。

具体的には、図１０において、吐出不良を防止するのに最小限必要なインク吐出量をＸ_１としたとき、インク吐出量が０以上Ｘ_１未満の場合には、一定のインク供給量Ｙ_１（＝Ｘ_１）とする。一方、インク吐出量Ｘ_１以上の場合には、インク吐出量Ｘと等しいインク供給量Ｙ（＝Ｘ）とする。即ち、図１０において、縦軸上のＹ_１、点ａ、及び点ｃを結ぶ線で表される関係を満たすインク循環制御を行う。

上述した本発明のインク循環制御が行われることが最も理想的であるが、インク吐出量Ｘが吐出不良を防止するのに最小限必要なインク吐出量Ｘ_１である場合には、そのインク吐出量Ｘ_１と等しいインク供給量Ｙ_１が供給されることになるため、環境変化等のわずかな変動要素に対するマージンがなく、インク切れなどの吐出不良が生じてしまう可能性が考えられる。

そこで、本実施形態の記録ヘッド５０では、インク供給量を、インク吐出量がインク吐出量Ｘ_２（＞Ｘ_１）より少ない場合にはインク吐出量より多くして、インク吐出量の増加に従って徐々に増加させ、インク吐出量Ｘ_２より大きい場合にはインク吐出量と等しくする。インク吐出量がインク吐出量Ｘ_２に等しい場合にはどちらでもよく、本実施形態では、便宜的にインク吐出量Ｘ_２以上である場合にはインク供給量をインク吐出量と等しくする。即ち、図１０において、縦軸上のＹ_１、点ｂ、及び点ｃを結ぶ線で表される関係を満たすインク循環制御を行う。

なお、本発明の実施に際しては、上記のインク吐出量Ｘ_２より少ない場合のインク供給量を、インク吐出量に関係なく一定量（但し、Ｙ_２より大きい量）としてもよいのはもちろんである。

圧力室５８等を含む液滴吐出素子８０には、共通流路５２側と共通循環路７０側からインクが流入する。その割合は、供給路６０と還流路７２の流路抵抗、イナータンスの比と、共通流路５２、共通循環路７０の圧力差で決まる。このため、本実施形態においては、供給路６０の抵抗をＲ_ｓ、イナータンスをＬ_ｓとし、ノズル流路６２の抵抗をＲ_ｎ、イナータンスをＬ_ｎとし、還流路７２の抵抗Ｒ_ｒ、イナータンスをＬ_ｒとしたとき（図４参照）、
Ｒ_ｓ＋Ｒ_ｒ≒Ｒ_ｎ
Ｌ_ｓ＋Ｌ_ｒ≒Ｌ_ｎ
Ｒ_ｓ≫Ｒ_ｒ（Ｒ_ｓの概ね1/10〜1/100をＲ_ｒとする）
Ｌ_ｓ≫Ｌ_ｒ（Ｌ_ｓの概ね1/10〜1/100をＬ_ｒとする）
とすることが好ましい。

また、図１０において、インク吐出量Ｘ_１、Ｘ_２の比を、還流路７２、ノズル流路６２の抵抗Ｒ_ｒ、Ｒ_ｎの比と等しくする。即ち、
Ｘ_１：Ｘ_２＝Ｒ_ｒ：Ｒ_ｎ
とする。つまり、還流路７２とノズル流路６２の抵抗比で、インク吐出時に還流路７２からノズル流路６２に対して供給されるインク量が決まる。これにより、インク吐出時に還流路７２が及ぼす影響を小さくすることができる。

一例として、表１に示される寸法のヘッドでは、

Ｒ_ｒ：Ｒ_ｎ＝0.835：9.7
＝ 1：11.6
となる。よって、Ｘ_１＝400〔pl/sec〕とすると、Ｘ_２＝4640〔pl/sec〕となる。

更に、上述した各圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３（図４参照）については、ノズル６４からインクが溢れないようにするために負圧にする必要がある。仮に大気圧を0atmと置くと、
Ｐ３＜-20〜-60〔mmH₂O〕＜Ｐ２＜Ｐ１
圧力Ｐ１、Ｐ２の関係は、共通流路５２の抵抗と必要流速から定める。

まず、非吐出時（インク吐出量Ｘ＝０）においては、次式
−（Ｐ２−Ｐ３）／（Ｒ_ｓ＋Ｒ_ｒ）＝Ｉ
を満足するように圧力Ｐ３を設定する。Ｉは、吐出不良を防止するのに最小限必要なインク吐出量であり、図１０に示したインク吐出量Ｘ_１に相当する。このインク吐出量Ｉ（＝Ｘ_１）は、インクの特性、ヘッドの構造、ヘッドの周辺温湿度環境、風の流れによるが、一般的な水を使ったインクでは、最小で400〔pl/sec〕程度であった。なお、記録ヘッド５０を構成する各部の製造ばらつきを考慮して、インク吐出量Ｉには安全率を見込むことが好ましい。

また、吐出時（インク吐出量Ｘ＞０）においては、平均吐出量をＩaとしたとき、平均吐出量Ｉaがインク吐出量Ｘ_２以上である場合には（即ち、Ｉa≧Ｘ_２）
Ｐ２＝Ｐ３
とする。また、平均吐出量ＩaがＸ_２未満の場合には（即ち、０＜Ｉa＜Ｘ_２）、非吐出時におけるＰ３を改めてＰ３_ｎと置き直し
Ｐ３＝（Ｉa／Ｘ_２）（Ｐ２−Ｐ３_ｎ）＋Ｐ３_ｎ
とする。

なお、平均吐出量Ｉaは、制御対象であるノズル全体の単位時間あたりの吐出量の合計をノズル数で割ったものである。例えば、ノズル数が1000個あり、そのうち500個のノズルがそれぞれ2〔pl〕のインクを10〔kHz〕で吐出続けたとすると、
Ｉa＝500×2×10000／1000＝10000〔pl/sec・ノス゛ル〕
が平均吐出量である。

また、共通流路５２と共通循環路７０の抵抗Ｒ_ｃｓ、Ｒ_ｃｒは小さいとして無視することもできるが、Ｒ_ｃｓ≒Ｒ_ｃｒとすると、共通流路５２と共通循環路７０の圧力勾配が同等になり、インク循環量が各圧力室５８間でほぼ一定になり都合がよい。

上述したように各パラメータを設定することで、図１０において、インク吐出量Ｘとインク供給量Ｙの関係は、縦軸上のＹ_１、点ｂ、及び点ｃを結ぶ線で表される関係となる。

このようなインク循環制御によれば、記録ヘッド５０におけるインク吐出量が最小限必要なインク吐出量Ｘ_１よりマージン分を見込んだインク吐出量Ｘ_２未満の場合には、インク供給量をインク吐出量より多くして（即ち、インク循環量を増やして）、ノズル付近のインクの高粘化による吐出不良を防止することができる。一方、インク吐出量がインク吐出量Ｘ_２以上の場合には、インク供給量をインク吐出量と等しくして（即ち、インク循環量を０にして）、吐出ノズル側の吐出動作（特にインク供給動作）によって、共通循環路７０内に循環した劣化インクを吐出ノズル側に戻して、その劣化インクを共通流路５２側から供給されたフレッシュなインクとともに吐出ノズルから吐出することができる。これと同時に、非吐出ノズル側から共通循環路７０に向かうインクの流れも形成されるので非吐出ノズルの吐出不良も防止することができる。

これにより、溶媒濃度や溶存酸素量を再調整する必要がある循環インク量（回収インク量）を減らすことができる。更に、所定量以上のドットを打つ印刷物であれば、回収インク量を０にできる。よって、インク循環を実現するために必要な装置、消耗品（インク含む）等のコストダウンを図ることができる。

一例として、どの程度の頻度で吐出（描画）すると回収量を０にできるかを計算例を以下に示す。まず、計算の前提となる各種条件について以下のとおりである。

全体で1000ノズル
吐出周波数40〔kHz〕
吐出量2〔pl〕
各ノズルで必要な循環量400〔pl/sec・ノス゛ル〕
これらの条件を用いて総循環量、１ノズルの最大吐出量を計算すると、
総循環量 400×1000＝400000〔pl/sec〕
1ノズルの最大吐出量 40×10³×2＝80000〔pl〕
となる。従って、
総循環量／1ノズルの最大吐出量＝5
よって、５ノズルが最大吐出で吐出すると、全ノズルの循環分を吐出して処理できる。余裕を見て10倍の吐出量としても50/1000(1/20＝5％)のノズルが、40〔kHz〕で吐出すればよい。

通常の印刷物は、少なくとも５％程度は紙面にドットが存在する。よって、ちょうど10倍の余裕があることになる。

本実施形態では、図５に示したように、ノズル流路６２に２つの還流路７２（７２A、７２B）が接続される。ノズル流路６２には３つ以上の還流路７２が接続されていてもよい。このように１つの液滴吐出素子８０が複数の共通循環路７０に連通する態様によれば、上述したインク吐出制御において、共通循環路７０内に循環した劣化インクを吐出ノズル側により効率的に戻すことが可能となり、再生又は破棄される循環インク量をより減らすことができる。

なお、本実施形態では、図６に示したように、記録ヘッド５０を構成するヘッドユニット５１には各圧力室列５９にそれぞれ対応するようにして複数の共通循環路７０が列状に設けられているが、本発明の実施に際しては本例に限定されるものではない。例えば、共通流路５２と同様に、全圧力室５８が形成される領域に渡って共通循環路が形成されていてもよいし、格子状（網目状）の共通循環路が形成されていてもよい。いずれの場合もノズル付近で高粘化したインクを吐出ノズルから効率的に吐出することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下、第１の実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。

図１２は、第２の実施形態の記録ヘッドの圧力室周辺を立体的に表した斜視図である。図１３は、第２の実施形態の記録ヘッドの詳細構成を示した平面図である。図１４は、第２の記録ヘッドの一部を示した断面図（図１３中１４−１４線に沿う断面図）である。図１２〜図１４中、図５〜図７と共通する部分には同一の番号を付している。

第２の実施形態は、還流路７２の接続構成が異なる点を除いて第１の実施形態と同様である。即ち、本実施形態の記録ヘッド５０Ｂでは、図１２〜図１４に示すように、隣接する圧力室５８Ａ、５８ＢがＴ字状の還流路７２により接続されている。この還流路７２の分岐部７２ａは共通循環路７０に接続される。他の構成については第１の実施形態と同様である。なお、インク循環制御については第１の実施形態と同様にして行われる。

第２の実施形態によれば、メニスカス揺らしを行っても、圧力室５８内のインク粘度上昇を効果的に抑制することができるので、長時間にわたって吐出不良を確実に防止することができ、より信頼性が向上する。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。以下、既述した各実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。

図１５は、第３の実施形態の記録ヘッドの詳細構成を示した平面図である。図１６は、第３の実施形態の記録ヘッドの一部を示した断面図（図１６中１５−１５線に沿う断面図）である。図１５及び図１６に示すように、本実施形態の記録ヘッド５０Cは、互いに向かい合った圧力室５８Ａ、５８Ｂ同士を還流路７２で繋ぎ、圧力室５８Ａ、５８Ｂ間に圧力差（背圧差）を設けて、高圧側の圧力室５８Ａから還流路７２を介して低圧側の圧力室５８Ｂに循環させる。

具体的には、図１５及び図１６に示すように、記録ヘッド５０Ｃには、２つの分離した第１及び第２の共通流路５２Ａ、５２Ｂが設けられている。第１の共通流路５２Ａには第１の圧力室列５９Ａの各圧力室５８Ａがそれぞれ供給路６０Ａを介して接続され、第２の共通流路５２Ｂには第２の圧力室列５９Ｂの各圧力室５８Ｂがそれぞれ供給路６０Ｂを介して接続される。

図１６に示すように、還流路７２は、互いに向かいあった圧力室５８Ａ、５８Ｂにそれぞれ接続されるノズル流路６２Ａ、６２Ｂに接続されている。つまり、圧力室５８Ａ、５８Ｂはそれぞれのノズル流路６２Ａ、６２Ｂ及び還流路７２を介して連通している。もちろん、圧力室５８Ａ、５８Ｂを、ノズル流路６２Ａ、６２Ｂを介さずに還流路７２によって直接接続する態様もあり得る。

第１及び第２の共通流路５２Ａ、５２Ｂにはそれぞれ供給口５４Ａ、５４Ｂが形成されており、各供給口５４Ａ、５４Ｂの圧力をそれぞれＰｈ、Ｐｌとしたとき、不図示のポンプによって、供給口５４Ａの圧力Ｐｈの方が供給口５４Ｂの圧力Ｐｌより高くなるように設定又は制御される（即ち、Ｐｈ＞Ｐｌ）。つまり、第１の共通流路５２Ａが高圧側、第２の共通流路５２Ｂが低圧側となるので、図１５の矢印で示すように、第１の共通流路５２Ａから圧力室５８Ａ、還流路７２、圧力室５８Ｂ、第２の共通流路５２Ｂに向かうインクの流れが形成される。

各圧力Ｐｈ、Ｐｌについては、
-60〔mmH₂O〕＜Ｐｌ＜Ｐｈ＜-20〔mmH₂O〕
とする。これら圧力Ｐｈ、Ｐｌの圧力差（Ｐｈ−Ｐｌ）によって高圧側の圧力室５８Ａから低圧側の圧力室５８Ｂに向かうインクの流れが形成される。

本実施形態において、第１の実施形態と同様に、供給路６０の抵抗をＲ_ｓ、イナータンスをＬ_ｓとし、ノズル流路６２の抵抗をＲ_ｎ、イナータンスをＬ_ｎとし、還流路７２の抵抗Ｒ_ｒ、イナータンスをＬ_ｒとしたとき（図４参照）、次式
Ｒ_ｓ＋Ｒ_ｒ≒Ｒ_ｎ
Ｌ_ｓ＋Ｌ_ｒ≒Ｌ_ｎ
Ｒ_ｓ≫Ｒ_ｒ（Ｒ_ｓの概ね1/10〜1/100をＲ_ｒとする）
Ｌ_ｓ≫Ｌ_ｒ（Ｌ_ｓの概ね1/10〜1/100をＬ_ｒとする）
を満足するように各流路が構成されていることが好ましい。

本実施形態によれば、低圧側の圧力室５８Ｂが共通循環路の役目を果たしている。また、低圧側の圧力室５８Ｂには、高圧側の圧力室５８Ａから多少高粘化したインクが流れるので、第１の実施形態よりもやや多めのインクを流すことで、粘度上昇を抑制できる。また、インク循環のための流路配置空間を少なくすることができる。

また、循環量を多めにすると、２つの圧力室５８Ａ、５８Ｂ間で多少のクロストーク（吐出インク量の変動）が発生する可能性があるが、その際は、ドット配置の決定において、２つの圧力室５８Ａ、５８Ｂがなるべく同時に吐出しないようなドット配置を選択する事が望ましい。特に、低濃度から中間濃度部分は、クロストークの影響が視認されやすいので同時に打たないようにする。なお、同時に打たない状態とは、一方だけが吐出しているか、１つが吐出中には、もう一方はインク供給中である。又は、ドット配置の決定において、クロストークによる吐出インク量の変動量は、２つの圧力室５８Ａ、５８Ｂの両方がほぼ同時に吐出するか、一方だけが吐出するかで設計段階で予測可能なので、インク量の変動を見込んだドット配置を決定する。

なお、濃いベタ部分ではインク量の変動による濃度変動は視認されにくいので、濃い色の線や文字のドット（特に２つの圧力室の並び方向に長い線など）はクロストークを特に考慮しないでドット配置を決めて差し支えない。

また、本実施形態では、２つの分離した共通流路５２Ａ、５２Ｂが設けられる例を示したが、３つ以上に分離した共通流路が設けられていてもよく、少なくとも還流路７２を介して繋がっている圧力室５８Ａ、５８Ｂに圧力差が生じるように構成されていればよい。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。以下、既述した各実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。

図１７は、第４の実施形態の記録ヘッドの一部を示した断面図である。図１７中、図７と共通する部分には同一の番号を付している。図１７に示すように、本実施形態の記録ヘッド５０Ｄは、第１の実施形態の記録ヘッド５０Ａ（図７参照）における共通流路５２と共通循環路７０の配置を逆にするとともに、供給路６０と還流路７２の配置を逆にしたものに相当する。

本実施形態においては、供給路６０の抵抗をＲ_ｓ、イナータンスをＬ_ｓとし、ノズル流路６２の抵抗をＲ_ｎ、イナータンスをＬ_ｎとし、還流路７２の抵抗Ｒ_ｒ、イナータンスをＬ_ｒとしたとき、次式
Ｒｓ＋Ｒｒ≒Ｒｎ
Ｌｓ＋Ｌｒ≒Ｌｎ
Ｒｓ≪Ｒｒ（Ｒ_ｒの概ね1/10〜1/100をＲ_ｓとする）
Ｌｓ≪Ｌｒ（Ｌ_ｒの概ね1/10〜1/100をＬ_ｓとする）
を満足するように各流路が構成されていることが好ましい。

第４の実施形態によれば、ノズル付近に共通流路５２からのインクが供給されるので、ノズル近傍のインクの高粘化を防ぐとともに、インク充填の高速化を達成することができる。

なお、ノズル流路６２には供給路６０との接続部に相当する開口部６２ａが形成されるため、特にその開口部６２ａがノズル近傍に形成される場合には、インク吐出時の流速分布に偏りが生じる可能性がある。即ち、図１８（ａ）に示すように、ノズル流路６２に開口部６２ａが存在しない場合にはノズル流路６２内の流速分布には偏りがないのに対し、図１８（ｂ）に示すように、ノズル流路６２に開口部６２ａが存在する場合にはノズル流路６２内の流速分布に偏りが生じてしまう。これは、壁面の有無による流速変化と、ノズル流路６２の体積によるインク圧縮性の影響である。これらの影響によって、供給路６０側にインクの一部が逃げてしまったり、メニスカス面が開口部６２ａ側に歪んだりしてしまう等の現象が生じる。

そこで、このような問題を改善するために、図１８（ｃ）〜（ｅ）に示すような構成例が考えられる。

図１８（ｃ）は、ノズル流路６２の開口部６２ａよりインク流入側（圧力室５８側；図の上側）に、インク吐出側（ノズル６４側；図の下側）に向かって流路断面積が次第に小さくなる流速調整絞り部７６を設けた例である。本例によれば、流速調整絞り部７６がない場合（図１８（ｂ））に比べて、流速調整絞り部７６が形成される側の流速が速くなるので、流速調整絞り部７６を通過した後の流速分布を偏りなく、ノズル軸に対して略対称にすることができる。

図１８（ｄ）、（ｅ）は、ノズル流路６２に２つの開口部６２ａ、６２ａを設けた例である。図１８（ｄ）では、２つの供給路６０Ａ、６０Ｂによって、ノズル流路６２に各開口部６２ａ、６２ａが形成される。なお、各供給路６０Ａ、６０Ｂはそれぞれ異なる共通流路５２Ａ、５２Ｂに接続されているが、同一の供給流路に接続されていてもよい。図１８（ｅ）は、一方の開口部６２ａはノズル流路６２に接続される供給路６０によって形成されるとともに、他方の開口部６２ａはノズル流路６２の一部に設けられた凹部７８によって形成され、例えば、配置スペースの制約上、図１８（ｄ）に示した構成を採用することができない場合に有効である。いずれの場合においても、ノズル流路６２に形成される開口部６２ａ、６２ａは互いに対向する位置に形成されることが好ましい。また、ノズル流路６２に形成される開口部６２ａは３つ以上でもよく、この場合にはノズル軸を中心として回転対称な位置に各開口部６２ａが配置されていることが好ましい。例えば、図示は省略するが、２つの供給路６０Ａ、６０Ｂと凹部７８によって３つの開口部６２ａ、６２ａ、６２ａを形成する態様があり得る。これらの例によれば、壁面の有無や圧縮性を対称にすることができ、流速分布を偏りなく、ノズル軸に対して略対称にすることができる。

なお、図１８（ｃ）〜（ｅ）に示した構成は、本実施形態のようにノズル流路６２に供給路６０が接続される態様に限らず、第１の実施形態のようにノズル流路６２に還流路７２が接続される態様に対しても好適である。

＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。以下、既述した各実施形態と共通する部分については説明を省略し、本実施形態の特徴的な部分を中心に説明する。

第５の実施形態では、第１の実施形態の記録ヘッド５０Ａを用いて、次のようなインク循環制御を行う。

非吐出時（インク吐出量Ｘ＝０）においては（図１０参照）、第１の実施形態と同様にして、次式
−（Ｐ２−Ｐ３）／（Ｒ_ｓ＋Ｒ_ｒ）＝Ｉ
を満足するように圧力Ｐ３を設定する。Ｉは、吐出不良を防止するのに最小限必要なインク吐出量であり、図１０に示したインク吐出量Ｘ_１に相当する。

一方、吐出時（平均吐出量Ｉa＞０）においては、非吐出時のＰ３を改めてＰ３_ｎと置き直し、
Ｐ３＝（Ｉa／Ｘ_４）（Ｐ２−Ｐ３_ｎ）＋Ｐ３_ｎ
とする。

このように各圧力Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を設定することで、図１０において、インク吐出量Ｘとインク供給量Ｙの関係は、縦軸上のＹ_１と点ｃを直接結ぶ線２０８で表される関係となる。

本実施形態によれば、インク供給量をインク吐出量より多くするとともに、インク吐出量が増加するに従ってインク供給量とインク吐出量の差を徐々に減らしている。つまり、インク吐出量に反比例してインク循環量の制御を行っている。これにより、例えば、描画ドット数に反比例して制御することができるので、制御を簡易化することができる。

以上、本発明の液体循環装置、画像形成装置、及び液体循環方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。

インクジェット記録装置の概略を示す全体構成図インクジェット記録装置の印字部周辺を示した要部平面図インクジェット記録装置のインク循環系を示した概略図記録ヘッドの内部構造の一例を示した模式図記録ヘッドの圧力室周辺を立体的に示した斜視図記録ヘッドの詳細構造を示した平面図図６中７−７線に沿う断面図インクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図記録ヘッドを抽象的に表したモデル図インク吐出量とインク供給量の関係を示した図インクの流れを示した説明図第２の実施形態の記録ヘッドの圧力室周辺を立体的に示した斜視図第２の実施形態の記録ヘッドの詳細構造を示した平面図図１３中１４−１４線に沿う断面図第３の実施形態の記録ヘッドの詳細構造を示した平面図図１５中１６−１６線に沿う断面図第４の実施形態の記録ヘッドの一部を示した断面図第４の実施形態のノズル周辺の構造例を示した拡大断面図

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、５０…記録ヘッド、５２…共通流路、５４、５６…供給口、５８…圧力室、６０…供給路、６２…ノズル流路、６４…ノズル、６６…振動板、６８…圧電素子、７０…共通循環路、７２…還流路、７４…回収口、７６…流速調整絞り部、８０…液滴吐出素子、１０４…溶媒濃度検出器、１０６…溶媒添加装置、１１２、１２０、１２４、１３２、１３８…ポンプ、１９０…圧力制御部、１９２…圧力検出部、１９４…ポンプドライバ、１９６…溶媒濃度制御部

Claims

液滴が吐出されるノズル、前記ノズルと連通する圧力室、及び前記圧力室の壁面を変位させる圧電素子を含んで構成される複数の液滴吐出素子と、
前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ供給路を介して連通する共通流路と、
前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ還流路を介して連通する共通循環路と、
前記複数の液滴吐出素子から吐出される全体の液体吐出量に応じて、前記共通流路から前記複数の液滴吐出素子に供給される全体の液体供給量を変化させて、前記複数の液滴吐出素子から前記共通循環路に循環される全体の液体循環量の制御を行う制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記共通流路と前記共通循環路の液体の圧力差を変化させることによって前記液体供給量を変化させる手段であって、前記液体吐出量が所定の値より少ない場合には前記液体供給量を前記液体吐出量より多くし、前記液体吐出量が前記所定の値より多い場合には前記液体供給量を前記液体吐出量と等しくする手段であることを特徴とする液体循環装置。
前記液体吐出量が所定の値より少ない場合の前記液体供給量は、前記液体吐出量に関係なく一定であることを特徴とする請求項１に記載の液体循環装置。
前記液体吐出量が所定の値より少ない場合の前記液体供給量は、前記液体吐出量の増加に従って徐々に増加することを特徴とする請求項１に記載の液体循環装置。
液滴が吐出されるノズル、前記ノズルと連通する圧力室、及び前記圧力室の壁面を変位させる圧電素子を含んで構成される複数の液滴吐出素子と、
前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ供給路を介して連通する共通流路と、
前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ還流路を介して連通する共通循環路と、
前記複数の液滴吐出素子から吐出される全体の液体吐出量に応じて、前記共通流路から前記複数の液滴吐出素子に供給される全体の液体供給量を変化させて、前記複数の液滴吐出素子から前記共通循環路に循環される全体の液体循環量の制御を行う制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記共通流路と前記共通循環路の液体の圧力差を変化させることによって前記液体供給量を変化させる手段であって、前記液体供給量が前記液体吐出量より多く、且つ、前記液体吐出量の増加に従って前記液体供給量と前記液体吐出量との差を徐々に小さくする手段であることを特徴とする液体循環装置。
前記供給路は前記圧力室に接続され、
前記還流路は前記圧力室と前記ノズルを連通するノズル流路に接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体循環装置。
前記供給路は前記圧力室と前記ノズルを連通するノズル流路に接続され、
前記還流路は前記圧力室に接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の液体循環装置。
前記ノズル流路には、前記ノズル流路に接続される流路の開口部の前記圧力室側に、前記ノズル側に向かって流路断面積が徐々に狭くなる流速調整部が設けられていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の液体循環装置。
前記ノズル流路には、前記ノズル流路に接続される流路の開口部を含む複数の開口部が設けられ、前記複数の開口部はノズル軸を中心として回転対称な位置にされていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の液体循環装置。
前記還流路は複数に分岐され、前記複数に分岐された還流路は前記共通循環路に接続されるとともに少なくとも２つの前記液滴吐出素子に接続されることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の液体循環装置。
液滴が吐出されるノズル、前記ノズルと連通する圧力室、及び前記圧力室の壁面を変位させる圧電素子を含んで構成される複数の液滴吐出素子と、
前記複数の液滴吐出素子のうち第１の液滴吐出素子にそれぞれ第１の供給路を介して連通する第１の共通流路と、
前記複数の液滴吐出素子のうち第２の液滴吐出素子にそれぞれ第２の供給路を介して連通する第２の共通流路と、
前記第１の液滴吐出素子と前記第２の液滴吐出素子を連通する還流路と、
前記複数の液滴吐出素子から吐出される液体吐出量に応じて、前記第１の共通流路と前記第２の共通流路との間の圧力差を変化させる圧力制御手段と、
を備えたことを特徴とする液体循環装置。
請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の液体循環装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
液滴が吐出されるノズル、前記ノズルと連通する圧力室、及び前記圧力室の壁面を変位させる圧電素子を含んで構成される複数の液滴吐出素子と、
前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ供給路を介して連通する共通流路と、
前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ還流路を介して連通する共通循環路と、を備えた液体循環装置の液体循環方法であって、
前記複数の液滴吐出素子から吐出される全体の液体吐出量に応じて、前記共通流路から前記複数の液滴吐出素子に供給される全体の液体供給量を変化させて、前記複数の液滴吐出素子から前記共通循環路に循環される全体の液体循環量を制御する際、前記共通流路と前記共通循環路の液体の圧力差を変化させることによって前記液体供給量を変化させ、さらに前記液体吐出量が所定の値より少ない場合には前記液体供給量を前記液体吐出量より多くし、前記液体吐出量が前記所定の値より多い場合には前記液体供給量を前記液体吐出量と等しくすることを特徴とする液体循環方法。
前記液体吐出量が所定の値より少ない場合の前記液体供給量は、前記液体吐出量に関係なく一定であることを特徴とする請求項１２に記載の液体循環方法。
前記液体吐出量が所定の値より少ない場合の前記液体供給量は、前記液体吐出量の増加に従って徐々に増加することを特徴とする請求項１２に記載の液体循環方法。
液滴が吐出されるノズル、前記ノズルと連通する圧力室、及び前記圧力室の壁面を変位させる圧電素子を含んで構成される複数の液滴吐出素子と、
前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ供給路を介して連通する共通流路と、
前記複数の液滴吐出素子にそれぞれ還流路を介して連通する共通循環路と、を備えた液体循環装置の液体循環方法であって、
前記複数の液滴吐出素子から吐出される全体の液体吐出量に応じて、前記共通流路から前記複数の液滴吐出素子に供給される全体の液体供給量を変化させて、前記複数の液滴吐出素子から前記共通循環路に循環される全体の液体循環量を制御する際、前記共通流路と前記共通循環路の液体の圧力差を変化させることによって前記液体供給量を変化させ、前記液体供給量が前記液体吐出量より多く、且つ、前記液体吐出量の増加に従って前記液体供給量と前記液体吐出量との差を徐々に小さくすることを特徴とする液体循環方法。