JP2022048773A - 液体吐出装置および液体吐出装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コゲ除去に伴って発生する泡によってコゲ除去が阻害されることを抑制することができる液体吐出装置および液体吐出装置の制御方法を実現すること。【解決手段】液体を循環させる長尺の液体吐出ヘッドで、圧力室２３を加圧しつつ熱作用部１２４ａと対向電極１２９とに電圧を与えてコゲ除去クリーニングを行う。【選択図】図１８

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置および液体吐出装置の制御方法に関する。

ヒータの作用によってインクを吐出する液体吐出ヘッドでは、インクの吐出が繰り返されると、インク中の成分が高温で加熱されることにより、難溶解性ないしは難分散性の物質に変化し、これがヒータの上部保護層の表面に付着する現象が生ずる。この付着する物質がいわゆる「コゲ」と呼ばれるものである。上部保護層にコゲが付着し堆積すると、ヒータに与えられた熱エネルギがインクに十分に伝わらず、結果としてインクに付与される熱エネルギが減少するため、所望の吐出が得られないことがある。このようにして生じた吐出性の低下は、画像ムラの原因となる虞がある。

特許文献１には、電気熱変換素子を化学的および物理的に保護する上部保護層の材料としてイリジウムやルテニウムを用い、上部保護層の表面（熱作用部）を電気化学反応によって液体に溶出させてコゲを除去することが開示されている。

また、電気化学反応時には上部保護層の表面に泡が発生する。このように泡が発生すると、泡の影響で電気化学反応は停止し充分なコゲ除去ができなくなる。そこで、特許文献１では、コゲを除去する際に、吐出ヘッドをキャップで覆うことによって液体（インク）の吸引を行う回復処理を行うことで、発生した泡を吸引除去する方法が開示されている。

特開２００８－１０５３６４号公報

ここで、特許文献１のような方法では、泡によってコゲの除去が阻害され、十分なコゲ除去ができない虞がある。特に、長尺ライン液体吐出ヘッドでは、通常は液体吐出ヘッドのノズル列に沿って走査しながら順次ノズルの吸引回復処理を行うため、複数の熱作用部で同時にコゲ除去を行うと、コゲ除去による泡が発生していても吸引されていないノズルが生じることになる。コゲ除去によって発生する泡により液体と熱作用部とが遮断されると、電気化学反応が阻害されて十分なコゲ除去ができない虞がある。

また、液体吐出ヘッドの全ノズルを被覆するキャッピング手段を設け吸引を行うと、配管や吸引ポンプも含めた装置構成が大型化し、コストが高くなるという課題がある。

よって本発明は、コゲ除去に伴って発生する泡によってコゲ除去が阻害されることを抑制することができる液体吐出装置および液体吐出装置の制御方法を実現することを目的とする。

そのため本発明の液体吐出装置は、液体を加熱する電気熱変換素子と、前記電気熱変換素子の熱が作用する熱作用部と、前記熱作用部の熱によって液体が発泡する圧力室と、前記熱作用部と電解質を含む液体を介して電気的に接続可能であり、前記圧力室に設けられた対向電極と、前記圧力室に液体を供給する供給路を開閉可能な供給バルブと、前記圧力室から液体を回収する回収路を開閉可能な回収バルブと、を有し、前記電気熱変換素子の作用によって前記圧力室に設けられた吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドと、前記熱作用部と、前記対向電極とに電圧を印加可能な電圧印加手段と、前記圧力室に液体を供給する供給ポンプと、を備えた液体吐出装置であって、クリーニング処理において、前記電圧印加手段に、前記熱作用部と前記対向電極とに電圧を印加させ、前記供給バルブを開き、前記回収バルブを閉じて、前記供給ポンプを駆動する制御を行う制御手段を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、コゲ除去に伴って発生する泡によってコゲ除去が阻害されることを抑制することができる液体吐出装置および液体吐出装置の制御方法を実現することができる。

液体吐出装置の概略構成を示した図である。 記録装置における液体の循環経路を示す模式図である。 液体吐出ヘッドを示した斜視図である。 液体吐出ヘッドを構成する各部品またはユニットを示した分解斜視図である。 インクを各吐出モジュールへ分配する流路部材を示した図である。 記録素子基板と流路部材のインク流路における接続関係を示す透視図である。 図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線における断面を示した図である。 吐出モジュールを示した図である。 記録素子基板を示した図である。 記録素子基板の断面を示す斜視図である。 記録素子基板の一部を示した断面図である。 圧力室を示した断面図である。 コゲ除去時の循環経路と圧力室のインクの流れを示した図である。 コゲ除去時のその他の循環経路と圧力室のインクの流れを示した図である。 傾いた液体吐出ヘッドにおける圧力室を示した図である。 コゲ除去クリーニング時の循環経路を示した図である。 傾いた液体吐出ヘッドにおける圧力室を示した図である。 コゲ除去クリーニング処理を示したフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態を適用可能な液体吐出装置（以下、記録装置ともいう）１０００の概略構成を示した図である。本実施形態の記録装置１０００は、インク等の液体をバッファタンク１００３（図２参照）と液体吐出ヘッド３との間で循環させ、循環しているインクからインク滴としてインクを吐出させる装置である。また、液体吐出ヘッド３は、記録媒体の幅に対応した長さを有する、所謂長尺ライン型ヘッドであり、記録媒体の幅方向に配列された複数の吐出口から液体（液滴）を吐出することで記録を行う。なお、記録媒体に対して走査しながら記録を行う、所謂シリアル型の液体吐出装置にも本発明は適用できる。

記録装置１０００は、転写体を回転搬送する搬送ドラム１と、搬送ドラム１の表面に対して略直交して配置されるライン型の液体吐出ヘッド３とを備える。液体吐出ヘッド３は、搬送ドラム１の表面に貼付された転写体に回転搬送しながら１パスで連続記録を行い、記録された転写体から転写ドラム４に添付された記録媒体２に記録物を転写する。記録媒体２はカット紙に限らず、連続したロール紙であってもよい。

記録装置１０００は、ＣＭＹＫＴ（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック、透明機能インク）の５種類のインクにそれぞれ対応した５つの単色用の液体吐出ヘッド（３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ）を備えている。

図２は、本実施形態の記録装置１０００におけるインクの循環経路を示す模式図である。なお、図２では説明を簡略化するためにＣＭＹＫＴインクの内の一色のインクが流動する経路のみを示しているが、実際には５色分の循環経路が記録装置本体に設けられる。記録装置１０００の循環経路には、バッファタンク１００３、供給ユニット２２０、吐出ユニット３００、負圧制御ユニット２３０が設けられており、第１循環ポンプ１００１、１００２と第２循環ポンプ１００４とを駆動させて循環経路内にインクを循環させる。液体吐出ヘッド３は、吐出ユニット３００、負圧制御ユニット２３０、供給ユニット２２０、接続部１１１、供給バルブであるバルブ２４１ａ、２４１ｂ、回収バルブであるバルブ２４２ａ、２４２ｂを備えている。バルブ２４１ａ、２４１ｂは吐出ユニット３００への供給流路を開閉可能に構成されており、バルブ２４２ａ、２４２ｂは吐出ユニット３００からの回収流路を開閉可能に構成されている。

サブタンクとしてのバッファタンク１００３は、タンク内部と外部とを連通する大気連通口（不図示）を有し、インク中の気泡を外部に排出することが可能である。バッファタンク１００３は、補充ポンプ１００５とも接続されている。インクを吐出する記録や吸引回復等、液体吐出ヘッドの吐出口からインクを吐出することによって液体吐出ヘッド３でインクが消費された際に、補充ポンプ１００５は、消費された分のインクをメインタンク１００６からバッファタンク１００３へ移送する。２つの第１循環ポンプ１００１，１００２は、液体吐出ヘッド３の接続部１１１からインクを引き出してバッファタンク１００３へ移送する。第１循環ポンプとして用いるポンプは、定量的な送液能力を有する容積型ポンプが好ましい。具体的にはチューブポンプ、ギアポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプ等が挙げられるが、例えば一般的な定流量弁やリリーフ弁をポンプ出口に配して一定流量を確保する形態であってもよい。

液体吐出ヘッド３の駆動時には、バルブ２４１ａ、２４１ｂ、バルブ２４２ａ、２４２ｂは開かれている。そして、第１循環ポンプ（高圧側）１００１および第１循環ポンプ（低圧側）１００２の駆動によって、共通供給流路２１１、共通回収流路２１２内を一定量のインクが流れて循環する。インクの流量としては、液体吐出ヘッド３内の各記録素子基板１０間の温度差が、記録画質に影響しない程度以上に設定することが好ましい。なお、大きな流量を設定すると、吐出ユニット３００内の流路の圧損の影響により、各記録素子基板１０で負圧差が大きくなり過ぎて画像の濃度ムラが生じることがある。そのため、各記録素子基板１０間の温度差と負圧差を考慮しながら流量を設定することが好ましい。

負圧制御ユニット２３０は、第２循環ポンプ１００４と吐出ユニット３００との経路の間に設けられている。負圧制御ユニット２３０は、記録率の差によって循環系におけるインクの流量が変動した場合でも、負圧制御ユニット２３０よりも下流側（即ち吐出ユニット３００側）の圧力を予め設定した一定圧力に維持するように動作する機能を有する。負圧制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構としては、負圧制御ユニット２３０よりも下流の圧力を、所望の設定圧を中心として一定の範囲以下の変動で制御できるものであれば、どのような機構を用いてもよい。

一例としては所謂減圧レギュレーターと同様の機構を採用することができる。減圧レギュレーターを用いた場合には、図２に示すように、第２循環ポンプ１００４によって、供給ユニット２２０を介して負圧制御ユニット２３０の上流側を加圧するようにすることが好ましい。このようにするとバッファタンク１００３の液体吐出ヘッド３に対する水頭圧の影響を抑制できるので、記録装置１０００におけるバッファタンク１００３のレイアウトの自由度を広げることができる。

第２循環ポンプ１００４としては、液体吐出ヘッド３の駆動時に使用するインク循環流量の範囲において、一定圧以上の揚程圧を有するものであればよく、ターボ型ポンプや容積型ポンプなどを使用できる。具体的には、ダイヤフラムポンプ等が適用可能である。また第２循環ポンプ１００４の代わりに、例えば負圧制御ユニット２３０に対してある一定の水頭差をもって配置された水頭タンクでも適用可能である。

負圧制御ユニット２３０は、それぞれが互いに異なる制御圧が設定された２つの圧力調整機構を備えている。

吐出ユニット３００には、共通供給流路２１１、共通回収流路２１２および各記録素子基板１０と連通する個別供給流路２１３ａおよび個別回収流路２１３ｂが設けられている。個別流路２１３は、共通供給流路２１１および共通回収流路２１２と連通しているので、インクの一部が、共通供給流路２１１から記録素子基板１０の内部流路を通過して共通回収流路２１２へと流れる流れ（図２の矢印）が発生する。これは、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２には圧力調整機構が接続されており、２つの共通流路間に差圧が生じている。

図３は、本実施形態における液体吐出ヘッド３を示した斜視図である。液体吐出ヘッド３は、１つの記録素子基板１０で１色のインクを吐出可能な記録素子基板１０が直線上に１６個配列（インラインに配置）されたライン型の液体吐出ヘッドである。各色のインクを吐出する液体吐出ヘッド３は同様の構成となっている。

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、液体吐出ヘッド３は、記録素子基板１０と、フレキシブル配線基板４０と、信号入力端子９１と電力供給端子９２とが設けられた電気配線基板９０と、を備える。信号入力端子９１および電力供給端子９２は、記録装置１０００の制御部と電気的に接続され、それぞれ吐出駆動信号および吐出に必要な電力を記録素子基板１０に供給する。電気配線基板９０内の電気回路によって配線を集約することで、信号入力端子９１および電力供給端子９２の数を記録素子基板１０の数に比べて少なくできる。これにより、記録装置１０００に対して液体吐出ヘッド３を組み付ける時又は液体吐出ヘッド３の交換時に取り外しが必要な電気接続部数が少なくて済む。

液体吐出ヘッド３の両端部に設けられた接続部１１１は、記録装置１０００のインク供給系と接続される。記録装置１０００の供給系から一方の接続部１１１を介して液体吐出ヘッド３にインクが供給され、液体吐出ヘッド３内を通ったインクは、他方の接続部１１１を介して記録装置１０００の供給系へ回収される。このように、液体吐出ヘッド３は、インクが記録装置１０００の経路と液体吐出ヘッド３の経路とを介して循環可能な構成となっている。

図４は、液体吐出ヘッド３を構成する各部品またはユニットを示した分解斜視図である。液体吐出ヘッド３は、吐出ユニット３００と供給ユニット２２０と電気配線基板９０と吐出ユニット支持部８１とを含む。

液体吐出ヘッド３では、吐出ユニット３００に含まれる第２流路部材６０によって液体吐出ヘッド３の剛性を担保している。吐出ユニット支持部８１は、第２流路部材６０の両端部に設けられており、吐出ユニット３００は、吐出ユニット支持部８１によって記録装置１０００のキャリッジと機械的に結合されて、キャリッジによって液体吐出ヘッド３の位置決めがなされる。負圧制御ユニット２３０を備える供給ユニット２２０と、電気配線基板９０とは、吐出ユニット支持部８１と結合される。２つの供給ユニット２２０内にはそれぞれフィルタ１００が内蔵されている。

２つの負圧制御ユニット２３０は、それぞれ異なる、相対的に高低の負圧で液体吐出ヘッド３のインクの経路における圧力を制御するように設定されている。また、液体吐出ヘッド３の両端部に、それぞれ高圧側と低圧側との負圧制御ユニット２３０を設置した場合、液体吐出ヘッド３の長手方向に延在する共通供給流路２１１（図２参照）と共通回収流路２１２（図２参照）におけるインクの流れが生じる。これにより、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２との間におけるインクで熱交換が促進されて、２つの共通流路内における温度差が低減される。従って、共通流路に沿って複数設けられる記録素子基板１０における温度差が付きにくく、温度差による記録ムラが生じにくくなる。

吐出ユニット３００は、複数の吐出モジュール２００と流路部材２１０とを含み、吐出ユニット３００の記録媒体側の面にはカバー部材１３０が取り付けられる。ここで、カバー部材１３０は、長尺の開口１３１が設けられた額縁状の部材であり、吐出モジュール２００に含まれる記録素子基板１０および封止部材１１０が開口１３１から露出する。開口１３１の周囲の枠部は、記録待機時に液体吐出ヘッド３を覆うことで吐出口１３内のインクの乾燥を抑制するキャップと当接する当接面となる。開口１３１の周囲の枠部とキャップとが当接することでキャップ内に閉空間を形成するために、開口１３１の周囲の枠部の当接面と吐出ユニット３００の吐出口面とは、平坦に形成することが好ましい。

次に、吐出ユニット３００の流路部材２１０について説明する。流路部材２１０は、第１流路部材５０と、第２流路部材６０とを積層したものであり、供給ユニット２２０から供給されたインクを各吐出モジュール２００へと分配する。また流路部材２１０は、吐出モジュール２００から環流するインクを供給ユニット２２０へと戻すための流路部材として機能する。流路部材２１０の第２流路部材６０は、内部に共通供給流路２１１（図２参照）および共通回収流路２１２（図２参照）が形成された流路部材であるとともに、液体吐出ヘッド３の剛性を主に担うという機能を有する。このため、第２流路部材６０の材質としては、インクに対する十分な耐食性と高い機械強度を有するものが好ましい。具体的にはＳＵＳやＴｉ、アルミナなどが好ましい。

図５は、供給ユニット２２０から供給されたインクを各吐出モジュール２００へ分配する流路部材を示した図である。図５（ａ）は、第１流路部材５０の吐出モジュール２００がマウントされる側の面を示し、図５（ｂ）はその裏面である第２流路部材６０と当接される側の面を示した図である。第１流路部材５０は、各吐出モジュール２００毎に対応して設けられており、複数の第１流路部材５０が配列されている。このように各吐出モジュール２００毎に分割した構造を採り、複数のモジュールを配列させることで、長尺の液体吐出ヘッドに対応することができる。

第１流路部材５０の連通口５１は、吐出モジュール２００（図４参照）と流体的に連通し、第１流路部材５０の個別連通口５３は、第２流路部材６０の連通口６１と流体的に連通する。図５（ｃ）は、第２流路部材６０の第１流路部材５０と当接される側の面を示した図であり、図５（ｄ）は、第２流路部材６０の厚み方向中央部における断面図であり、図５（ｅ）は、第２流路部材６０の供給ユニット２２０と当接する側の面を示した図である。第２流路部材６０の２つの共通流路溝７１は、その一方が共通供給流路２１１であり、他方が共通回収流路２１２であり、夫々、液体吐出ヘッド３の長手方向に沿って、一端側から他端側にインクが流れる。

図６は、記録素子基板１０と流路部材２１０とのインク流路における接続関係を示す透視図である。流路部材２１０内には、液体吐出ヘッド３の長手方向に伸びる一組の共通供給流路２１１および共通回収流路２１２が設けられている。第２流路部材６０の連通口６１は、各々の第１流路部材５０の個別連通口５３と位置を合わせて接続されており、第２流路部材６０の連通口７２（図５参照）から共通供給流路２１１を介して第１流路部材５０の連通口５１へと連通する供給経路が形成されている。同様に、第２流路部材６０の連通口７２（図５参照）から共通回収流路２１２を介して第１流路部材５０の連通口５１へと連通する回収経路が形成されている。

図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線における断面を示した図である。共通供給流路２１１は、連通口６１、個別連通口５３、連通口５１を介して、吐出モジュール２００へ接続されている。すなわち、個別供給流路２１３ａ（図２参照）は、連通口６１、個別連通口５３、連通口５１を含んで構成されている。図７では不図示であるが、別の断面においては、個別回収流路２１３ｂが同様の経路で吐出モジュール２００へ接続されている。

各記録素子基板１０には、各吐出口１３に連通する流路が形成されており、供給したインクの一部または全部が、吐出動作を休止している吐出口１３から吐出することなく、吐出口１３を通過して環流することができる。吐出動作が行われている際には、還流するインクからインク滴となって吐出口１３から吐出される。また、共通供給流路２１１は、負圧制御ユニット２３０（高圧側）と、共通回収流路２１２は負圧制御ユニット２３０（低圧側）と、供給ユニット２２０を介して接続されている。負圧制御ユニット２３０（高圧側）と、負圧制御ユニット２３０（低圧側）との差圧によって、共通供給流路２１１から記録素子基板１０の吐出口１３を通過して共通回収流路２１２へと流れるインクの流れが発生する。

図８は、吐出モジュール２００を示した図である。図８（ａ）は吐出モジュール２００の斜視図であり、図８（ｂ）は、その分解図である。吐出モジュール２００は、記録素子基板１０と支持部材３０とフレキシブル配線基板４０とを含む。

吐出モジュール２００の製造方法の一例について説明する。まず、記録素子基板１０およびフレキシブル配線基板４０を、連通口３１が設けられた支持部材３０上に接着する。その後、記録素子基板１０上の端子１６と、フレキシブル配線基板４０上の端子４１とをワイヤーボンディングによって電気接続し、ワイヤーボンディング部（電気接続部）を封止部材１１０で覆って封止する。フレキシブル配線基板４０の記録素子基板１０と反対側の端子４２は、電気配線基板９０（図３参照）の接続端子と電気接続される。支持部材３０は、記録素子基板１０を支持する支持体であるとともに、記録素子基板１０と流路部材２１０とを流体的に連通させる流路部材であるため、平面度が高く、また十分に高い信頼性をもって記録素子基板１０と接合できるものが好ましい。材質としては例えばアルミナや樹脂材料が好ましい。

なお、記録素子基板１０の複数の吐出口列方向に沿った両辺部（記録素子基板１０の各長辺部）には複数の端子１６がそれぞれ配置され、それに電気接続されるフレキシブル配線基板４０も、１つの記録素子基板１０に対して２枚配置されている。このように構成することで、端子１６から記録素子までの最大距離を短くして、記録素子基板１０内の配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減することができる。

図９は、記録素子基板１０を示した図である。図９（ａ）は、記録素子基板１０の吐出口１３が配される側の面を示した模式図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の裏面を示す模式図である。図９（ｃ）は、図９（ｂ）において、記録素子基板１０の裏面側に設けられている蓋部材２０を除去した場合の記録素子基板１０の面を示す模式図であり、図９（ｄ）は、図９(ａ)のＡ部の拡大図である。図１０は、記録素子基板１０の断面を示す斜視図である。

記録素子基板１０は、シリコン基体に複数の層が積層されて構成された基板１１と、感光性の樹脂により形成される吐出口形成部材１２と、基板１１の裏面に接合される蓋部材２０と、を含む。記録素子基板１０の吐出口形成部材１２には、複数の吐出口列１４が形成されている。なお、以後、複数の吐出口１３が配列された吐出口列１４が延びる方向を「吐出口列方向」と呼称する。基板１１には、記録素子１５が形成されており、裏面側には、吐出口列方向に沿って延在する供給路１８および回収路１９を構成する溝が形成されている。記録素子１５は、液体を吐出するために利用されるエネルギを発生する素子である。

図９（ｃ）および図１０に示すように、記録素子基板１０には、吐出口列方向に沿って延在する供給路１８と回収路１９とが設けられており、各吐出口列１４に沿って一方の側には供給路１８が、他方の側には回収路１９がそれぞれ設けられている。また、供給路１８と回収路１９とは、吐出口列方向に交差する方向において交互に設けられている。また、図９（ｄ）に示すように、吐出口列方向に沿って、供給路１８に接続される複数の供給口１７ａが配列されて供給口列をなしており、回収路１９に液体が流出するように複数の回収口１７ｂが回収口列をなしている。

基板１１の、吐出口形成部材１２が設けられる面の裏面には、シート状の蓋部材２０が積層されており、蓋部材２０には、供給路１８および回収路１９に連通する開口２１が複数設けられている。蓋部材２０の夫々の開口２１は、支持部材３０の連通口３１（図８参照）を介して第１流路部材５０の連通口５１（図７参照）と連通している。蓋部材２０は、記録素子基板１０の基板１１に形成される供給路１８および回収路１９の壁の一部を形成する蓋としての機能を有する。蓋部材２０は、インクに対して十分な耐食性を有している物が好ましく、また、開口２１の開口形状および開口位置には高い精度が求められる。
そのため、蓋部材２０の材質として感光性樹脂材料やシリコン板を用いることが好ましく、フォトリソプロセスによって開口２１を設けることが好ましい。このように蓋部材は開口２１により流路のピッチを変換するものであり、圧力損失を考慮すると厚みは薄いことが望ましく、フィルム状の部材で構成されることが望ましい。

図１０に示すように、各吐出口１３と対向する位置には、インクを熱エネルギにより発泡させる発熱抵抗体としての記録素子１５が配置されている。隔壁２２（図９（ｄ）参照）により、記録素子１５を内部に備える圧力室２３が区画されている。記録素子１５は、記録素子基板１０に設けられる電気配線によって、端子１６（図９（ａ）参照）と電気的に接続される。記録装置１０００の制御回路から、電気配線基板９０（図４参照）およびフレキシブル配線基板４０（図８参照）を介して入力されるパルス信号に基づいて記録素子１５が発熱してインクを沸騰させる。インクの沸騰による発泡の力でインク滴を吐出口１３から吐出する。なお、記録素子１５は後述するように基板１１に設けられた複数の層で覆われているが、図９（ｄ）や図１０では記録素子１５を基板１１の表面に模式的に図示している。

記録素子基板１０内におけるインクの流れについて説明する。基板１１と蓋部材２０とによって形成される供給路１８および回収路１９は、それぞれ流路部材２１０内の共通供給流路２１１と共通回収流路２１２と接続されており、供給路１８と回収路１９とを流れるインクには差圧が生じている。液体吐出ヘッド３の複数の吐出口１３からインクを吐出している際に、吐出動作を行っていない吐出口においては、この差圧によって、供給路１８から、供給口１７ａ、圧力室２３、回収口１７ｂを経由して回収路１９へインクが流れる（図１０の矢印Ｃ）。このインクの流れによって、記録を休止している吐出口１３や圧力室２３において、吐出口１３からの蒸発によって生じる増粘インクや、泡・異物などを回収路１９へ回収することができる。また吐出口１３や圧力室２３のインクの増粘を抑制することができる。回収路１９へ回収されたインクは、蓋部材２０の開口２１および支持部材３０の連通口３１（図７参照）を通じ、流路部材２１０の連通口５１、個別回収流路２１３ｂ、共通回収流路２１２の順に回収され、記録装置１０００の循環経路を循環する。

なお、図２に示すように、吐出ユニット３００の共通供給流路２１１の一端から流入した全てのインクが個別供給流路２１３ａを経由して圧力室２３に供給されるわけではない。すなわち、個別供給流路２１３ａに流入することなく、共通供給流路２１１の他端から供給ユニット２２０に流動するインクもある。このように、記録素子基板１０を経由することなく流動する経路を備えることで、本実施形態のような微細で流抵抗の大きい流路を備える記録素子基板１０を備える場合であっても、インクの循環流の逆流を抑制することができる。このように、圧力室２３や吐出口１３近傍部のインクの増粘を抑制できるので、液体吐出ヘッド３では、吐出のヨレや不吐出の発生を抑制することができる。

図１１は、記録素子基板１０の一部を示した断面図である。図１１（ａ）は、記録素子基板１０の熱作用部１２４ａが設けられた面の、熱作用部１２４ａの付近を拡大して模式的に示した図である。また、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＸＩｂ－ＸＩｂ線に沿った模式的な断面図である。なお図１１（ａ）では、図１１（ｂ）に示す第２密着層１２２を省略している。なお、熱作用部１２４ａは、インクを発泡させるためにインクと接し、インクに熱を付与する。

記録素子基板１０に含まれる基板１１は、複数の層が積層されて形成されている。本実施形態では、シリコン基体上に、熱酸化膜、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等によって形成される蓄熱層が配置されている。また、蓄熱層上には、記録素子１５としての発熱抵抗体１２６が配置されている。発熱抵抗体１２６には、Ａｌ、Ａｌ－Ｓｉ、Ａｌ－Ｃｕ等の金属材料から形成される配線としての電極配線層が、タングステン等で形成されるプラグ１２８を介して接続されている。プラグ１２８は、発熱抵抗体１２６に対して対をなして配置されており、発熱抵抗体１２６のうちのプラグ１２８を介して電流が流れる部分が、インクの吐出のための発熱部として機能する。発熱抵抗体１２６上には、発熱抵抗体１２６を覆うように絶縁保護層１２７が配置されている。絶縁保護層１２７は、例えば、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等によって形成されている。

絶縁保護層１２７上には、第１保護層１２５と第２保護層１２４とが配置されている。これらの保護層は、発熱抵抗体１２６の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から発熱抵抗体１２６の表面を保護する役割を備えている。例えば、第１保護層１２５は、タンタル（Ｔａ）、第２保護層１２４は、イリジウム（Ｉｒ）によって形成されている。また、これらの材料によって形成された保護層は、導電性を有している。

また、第２保護層１２４上には、第１密着層１２３と第２密着層１２２とが配置されている。第１密着層１２３は、第２保護層１２４と他の層との密着性を向上するための役割を備えており、第１密着層１２３は、例えばタンタル（Ｔａ）によって形成されている。第２密着層１２２は、他の層をインクから保護するためおよび吐出口形成部材１２との密着性を向上するための役割を備えており、第２密着層１２２は、例えばＳｉＣやＳｉＣＮによって形成されている。

吐出口１３が形成された吐出口形成部材１２は、基板１１の第２密着層１２２側の面に接合されており、基板１１と接合されることで圧力室２３を含む流路を形成している。吐出口形成部材１２は、隣接する熱作用部１２４ａの間に設けられた隔壁２２を有しており、この隔壁２２によって圧力室２３が区画されている。

インクの吐出が行われる際には、第２保護層１２４のうちの発熱抵抗体１２６を覆い、インクと接する熱作用部１２４ａ上で、インクの温度が瞬間的に上昇してインクが発泡し、消泡してキャビテーションが生じる。そのため、熱作用部１２４ａを含む第２保護層１２４は、耐食性が高くかつキャビテーション耐性の高いイリジウム（Ｉｒ）によって形成される。第２保護層１２４は、イリジウム（Ｉｒ）またはルテニウム（Ｒｕ）またはプラチナ（Ｐｔ）を含む材料で形成されることが望ましい。

本実施形態では、基板１１には、第２保護層１２４と同一の層に、熱作用部１２４ａと対向する対向電極１２９が設けられている。また、熱作用部１２４ａと対向する対向電極１２９とは、電圧を印加可能な電圧印加手段と接続されている。インクは電解質を含んでおり、熱作用部１２４ａと対向する対向電極１２９とはインクを介して接続可能に構成されている。熱作用部１２４ａと対向電極１２９とに電圧を印加すると、インクを介した電気化学反応により、熱作用部１２４ａと対向電極１２９とにおいて、電気化学的に陽極となる方の電圧印加溶解層が溶解される。つまり、熱作用部１２４ａがアノード側となるように電圧を付与すると、電気化学反応により熱作用部１２４ａの電圧印加溶解層が溶解され、表面に付着したコゲを除去することができる。

対向電極１２９は、供給口１７ａから回収口１７ｂへ向かうインクの流れ方向における、熱作用部１２４ａよりも下流側に配置されている。更に、図９（ｄ）に示すように、複数の熱作用部１２４ａの配列方向における一方の側に供給口１７ａが配置され、他方の側に回収口１７ｂが配置されている場合、対向電極１２９は、熱作用部１２４ａの列に対する回収口１７ｂの側に配置されている。なお、製造工程の負荷を抑えるために、対向電極１２９を構成する電極層も第２保護層１２４と同じ材料（イリジウム）で形成されることが好ましい。また、イリジウムは酸化膜が形成されないため、熱作用部１２４ａを含む第２保護層１２４の材料として用いることで、酸化膜によってインクへの溶出が妨げられることを抑制することができる。

熱作用部１２４ａと対向電極１２９との間にインクが存在しない場合には、熱作用部１２４ａと対向電極１２９とは互いに電気的に接続されていない。しかし、熱作用部１２４ａと対向電極１２９との間に電解質を含むインクが充填されると、インクを介して熱作用部１２４ａと対向電極１２９との間に電流が流れ、熱作用部１２４ａおよび対向電極１２９とインクとの界面で電気化学反応が発生する。電気化学反応によって熱作用部１２４ａの表面をインクに溶出させて、熱作用部１２４ａの表面に付着したコゲを除去することができる。アノード電極側で金属の溶出が発生することから、熱作用部１２４ａ上のコゲを除去する（以下、コゲ除去クリーニングという）際には、熱作用部１２４ａがアノード側、対向電極１２９がカソード側となるようにそれぞれに電圧を印加する。

図１２は、圧力室２３を示した断面図であり、図１２（ａ）は、インク循環時つまり吐出時の圧力室２３を示しており、図１２（ｂ）は、電気化学反応時の圧力室２３を示している。インク循環時の圧力室２３では、供給口１７ａからインクが圧力室２３に流入し、回収口１７ｂから排出される。コゲ除去クリーニングにおける電気化学反応では、熱作用部１２４ａでアノード反応（酸化反応）が起こり、対向電極１２９でカソード反応（還元反応）が起こることから、図１２（ｂ）に示すように熱作用部１２４ａと対向電極１２９とから泡が発生する。

本実施形態における記録装置１０００では、コゲ除去クリーニング時に、熱作用部１２４ａのコゲを除去しつつ、圧力室２３内の圧力を高くしてインクを流すことで、発生した泡をインクと共に効率よく吐出口１３から排出させる。

図１３は、本実施形態の記録装置１０００に適用される循環経路のうち、コゲ除去クリーニング時の循環経路と圧力室２３におけるインクの流れとを示した図である。図１３（ａ）の循環経路では、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２に接続される各々の流路に設けたバルブ２４２ａ、２４２ｂは閉じた状態で、バルブ２４１ａ、２４１ｂは開いた状態である。この時、供給ポンプである送液ポンプＰ２、Ｐ３からヘッド側へインクを供給する。この結果、吐出動作時では供給口から液体が流入し、回収口から流出するような液体の流れが生じているところ、供給口と回収口の両方から液体が流入するようになる。そして、送液ポンプＰ３からの単位時間当たりの送液流量は送液ポンプＰ２からの単位時間当たりの送液流量より多くなるようにして、供給口１７ａからの単位時間当たりの流入量よりも回収口１７ｂからの単位時間当たりの流入量を多くする。

図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の循環経路の圧力室２３におけるインクの流れを示している。供給口１７ａおよび回収口１７ｂからインクが流入し、圧力室２３内は加圧状態になり吐出口１３からインクの流れと共に泡が排出される。図１２（ｂ）に示すように、圧力室２３内で熱作用部１２４ａと対向電極１２９とに泡が発生する。そこで、対向電極１２９に近い回収口１７ｂからの単位時間当たりの流入量を多くすることで、熱作用部１２４ａと対向電極１２９とで発生した泡を効率よく吐出口１３から排出することができる。

図１４は、本実施形態の記録装置１０００に適用される循環経路のうち、コゲ除去クリーニング時のその他の循環経路と圧力室２３におけるインクの流れとを示した図である。図１４（ａ）の循環経路では、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２に接続される各々の流路に設けたバルブ２４２ａ、２４２ｂ、２４１ａは閉じた状態で、バルブ２４１ｂは開いた状態である。この時、送液ポンプＰ３からヘッド側へインクを供給し、供給口１７ａからはインクが流入せず、回収口１７ｂからインクが流入するようにする。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の循環経路の圧力室２３におけるインクの流れを示している。回収口１７ｂからインクが流入し、圧力室２３内は加圧状態になり吐出口１３からインクの流れと共に泡が排出される。熱作用部１２４ａと対向電極１２９とで発生する泡の大きさや量によっては、供給口１７ａからはインクが流入せず、回収口１７ｂからのインクの流入によって泡を効率よく吐出口１３から排出することができる。

本実施形態の記録装置１０００では、図１のように搬送ドラム１の表面に沿って複数の液体吐出ヘッド３が設けられている。そのため、セットされた内のいくつかの液体吐出ヘッド３は鉛直方向（矢印Ｚ方向）に対して傾いてセットされる。具体的には、図１において、液体吐出ヘッド３ａ、３ｂ、３ｄ、３ｅが傾いてセットされている。そして、液体吐出ヘッド３ａ、３ｂと液体吐出ヘッド３ｄ、３ｅとでは、傾く方向が異なっていることがわかる。

圧力室２３内で発生する泡には浮力が働くことから、液体吐出ヘッド３が傾いていると圧力室２３内で発生する泡も傾きの影響を受け、圧力室２３においてより高い位置に移動する。

図１５は、傾いた液体吐出ヘッド３における圧力室２３を示した図である。液体吐出ヘッド３が、対向電極１２９が熱作用部１２４ａより高い位置になる方向に傾いた状態で、圧力室２３内で熱作用部１２４ａと対向電極１２９とに泡が発生すると、図１５（ａ）のように、対向電極１２９の方に泡が集まる。このように対向電極１２９の方に泡が集まった状態において、供給口１７ａおよび回収口１７ｂからインクを流入させ、送液ポンプＰ３からの単位時間当たりの送液流量を送液ポンプＰ２からの単位時間当たりの送液流量より多くする。これによって、発生した泡を効率よく吐出口１３から排出することができる（図１５（ｂ）参照）。また、供給口１７ａからはインクが流入せず、回収口１７ｂからインクを流入させ、送液ポンプＰ３からヘッド側へインクを送液することでも、泡の大きさや量によっては泡を効率よく吐出口１３から排出することができる（図１５（ｃ）参照）。

図１６（ａ）、（ｂ）は、コゲ除去クリーニング時の図１３（ａ）、図１４（ａ）とは異なる循環経路を示した図である。図１６（ａ）の循環経路では、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２に接続される各々の流路に設けたバルブ２４２ａ、２４２ｂは閉じた状態で、バルブ２４１ａ、２４１ｂは開いた状態である。この時、送液ポンプＰ２、Ｐ３からヘッド側へインクを供給し、送液ポンプＰ２からの単位時間当たりの送液流量は送液ポンプＰ３からの単位時間当たりの送液流量より多くなるようにする。また、図１６（ｂ）の循環経路では、バルブ２４２ａ、２４２ｂ、２４１ｂは閉じた状態で、バルブ２４１ａは開いた状態である。この時、送液ポンプＰ２からヘッド側へインクを送液する。

図１７は、図１５とは逆の方向に傾いた液体吐出ヘッド３における圧力室２３を示した図であり、図１６に示した循環経路と対応している。液体吐出ヘッド３が、対向電極１２９が熱作用部１２４ａより低い位置になる方向に傾いた状態で、圧力室２３内で熱作用部１２４ａと対向電極１２９とに泡が発生すると、図１７（ａ）のように、圧力室２３において対向電極１２９とは逆の方に泡が集まる。このような場合、図１６（ａ）で説明した循環経路でインクを循環させることで図１７（ｂ）のように供給口１７ａおよび回収口１７ｂからインクを流入させる。また、送液ポンプＰ２からの単位時間当たりの送液流量を送液ポンプＰ３からの単位時間当たりの送液流量より多くする。これによって、発生した泡を効率よく吐出口１３から排出することができる。また、回収口１７ｂからはインクを流入させず、供給口１７ａからインクを流入させ、送液ポンプＰ２からヘッド側へインクを送液する（図１６（ｂ）参照）。このような循環経路でも、泡の大きさや量によっては泡を効率よく吐出口１３から排出することができる（図１７（ｃ）参照）。

図１８は、本実施形態におけるコゲ除去クリーニング処理を示したフローチャートである。以下、このフローチャートを用いて本実施形態におけるコゲ除去クリーニング処理を説明する。図１８で示される一連の処理は、記録装置１０００のＣＰＵがプログラムメモリに記憶されているプログラムコードをデータメモリに展開し実行することにより行われる。あるいはまた、図１８におけるステップの一部または全部の機能をＡＳＩＣまたは電子回路等のハードウェアで実現してもよい。なお、各処理の説明における記号「Ｓ」は、当該フローチャートにおけるステップであることを意味する。

コゲ除去クリーニング処理が開始されると、ＣＰＵはＳ１で、循環経路を循環するインクの循環を停止させる。その後、ＣＰＵはＳ２で、バルブ２４２ａ、２４２ｂを閉じて、送液ポンプＰ２および送液ポンプＰ３（またはいずれか一方）を駆動して圧力室２３内を加圧する。そして、ＣＰＵはＳ３で、熱作用部１２４ａと対向電極１２９とに電圧を与えることで電位を付与する。これによって熱作用部１２４ａでコゲの除去が実施され、熱作用部１２４ａと対向電極１２９とで生じた泡と共に除去されたコゲが吐出口１３から排出される。その後、ＣＰＵはＳ４で、電圧の付与を停止し、Ｓ５で、駆動していた送液ポンプ（Ｐ２、Ｐ３）を停止する。

そして、ＣＰＵはＳ６で、液体吐出ヘッド３の吐出口１３が設けられた面を吸引しながら払拭する吸引ワイピングを行う。その後、ＣＰＵはＳ７で、停止していたインクの循環を開始して処理は終了となる。

このように、液体を循環させる長尺の液体吐出ヘッドで、圧力室２３を加圧しつつ熱作用部１２４ａと対向電極１２９とに電圧を与えてコゲ除去クリーニングを行う。これによって、装置の大型化とコストアップを抑制し、アウトプットを低下させることなくコゲ除去を行うことができる液体吐出装置および液体吐出装置の制御方法を実現することができる。

（その他の実施形態）
以下、本発明のその他の実施形態を説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は上記実施形態と同様であるため、以下では特徴的な構成について説明する。

上記実施形態では、熱作用部１２４ａがアノード側、対向電極１２９がカソード側となるように電位を印加することを説明した。しかし、熱作用部１２４ａがアノード側、対向電極１２９がカソード側のように、熱作用部１２４ａと対向電極１２９とで極性を一定にした状態で電気化学反応を継続すると、インク中の電解質成分が、熱作用部１２４ａと対向電極１２９とに付着する。その結果、熱作用部１２４ａと対向電極１２９との表面を電解質成分が覆ってしまうことがある。熱作用部１２４ａの表面を電解質成分が覆った場合、電気化学反応における熱作用部１２４ａの溶出が妨げられ、表面に付着しているコゲを除去できなくなることがある。

そこで、本実施形態では、熱作用部１２４ａと対向電極１２９とが、交互にアノード側、カソード側となるように、印加する電圧の極性を定期的に反転させる。このように極性を交互に変えて印加することで、熱作用部１２４ａと対向電極１２９との表面に付着したインク中の電解質成分を取り除くことができる。これによって、熱作用部１２４ａの表面への電解質成分の付着を抑制しつつ、熱作用部１２４ａのコゲを除去することができる。

なお、熱作用部１２４ａがカソード側となっている時には、熱作用部１２４ａは溶出しないのでコゲの除去は行われない。熱作用部１２４ａがアノード側となっている時に電気化学反応によりコゲの除去が行われる。

３ 液体吐出ヘッド
１１ 基板
１３ 吐出口
１７ａ 供給口
１７ｂ 回収口
２３ 圧力室
１２４ａ 熱作用部
１２９ 対向電極
１０００ 記録装置

Claims (12)

1. 液体を加熱する電気熱変換素子と、
   前記電気熱変換素子の熱が作用する熱作用部と、
   前記熱作用部の熱によって液体が発泡する圧力室と、
   前記熱作用部と電解質を含む液体を介して電気的に接続可能であり、前記圧力室に設けられた対向電極と、
   前記圧力室に液体を供給する供給路を開閉可能な供給バルブと、
   前記圧力室から液体を回収する回収路を開閉可能な回収バルブと、
   を有し、前記電気熱変換素子の作用によって前記圧力室に設けられた吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
   前記熱作用部と、前記対向電極とに電圧を印加可能な電圧印加手段と、
   前記圧力室に液体を供給する供給ポンプと、
   を備えた液体吐出装置であって、
   クリーニング処理において、前記電圧印加手段に、前記熱作用部と前記対向電極とに電圧を印加させ、前記供給バルブを開き、前記回収バルブを閉じて、前記供給ポンプを駆動する制御を行う制御手段を備えていることを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記液体吐出装置は、液体を前記吐出口から吐出する吐出時に、前記供給バルブと前記回収バルブを経て循環する液体から液滴を吐出するように構成され、
   前記圧力室は、前記吐出時に前記供給路を経た液体が前記圧力室に流入する供給口と、前記吐出時に前記回収路に回収される液体が前記圧力室から流出する回収口と、を有しており、
   前記クリーニング処理では、前記供給口と前記回収口とから前記圧力室に液体が流入し、前記吐出口から液体を排出することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記熱作用部は、前記供給口と前記回収口との間に設けられ、
   前記対向電極は、前記熱作用部に対して前記回収口の側に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 前記クリーニング処理では、前記回収口からの液体の単位時間当たりの流入量は、
   前記供給口からの液体の単位時間当たりの流入量よりも多いことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
5. 前記クリーニング処理では、前記供給口からは液体が流入しないことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出装置。
6. 前記熱作用部が前記対向電極よりも高い位置にある場合には、前記クリーニング処理では、前記供給口からの液体の単位時間当たりの流入量は、前記回収口からの液体の単位時間当たりの流入量よりも多いことを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
7. 前記クリーニング処理では、前記回収口からは液体が流入しないことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出装置。
8. 前記クリーニング処理では、前記電圧印加手段は、前記熱作用部がアノードとなり、前記対向電極がカソードとなるように電圧を印加することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
9. 前記熱作用部は、イリジウム（Ｉｒ）またはルテニウム（Ｒｕ）またはプラチナ（Ｐｔ）を含む材料で形成されていることを特徴とする請求項８に記載の液体吐出装置。
10. 前記熱作用部は、前記電圧印加手段が電圧を印加することで液体に溶出することを特徴とする請求項８または９に記載の液体吐出装置。
11. 前記電圧印加手段は、前記熱作用部がアノードとなり、前記対向電極がカソードとなる電圧の印加と、前記熱作用部がカソードとなり、前記対向電極がアノードとなる電圧の印加と、を交互に行うことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
12. 液体を加熱する電気熱変換素子と、
    前記電気熱変換素子の熱が作用する熱作用部と、
    前記熱作用部の熱によって液体が発泡する圧力室と、
    前記熱作用部と電解質を含む液体を介して電気的に接続可能であり、前記圧力室に設けられた対向電極と、
    前記圧力室に液体を供給する供給路を開閉可能な供給バルブと、
    前記圧力室から液体を回収する回収路を開閉可能な回収バルブと、
    を有し、前記電気熱変換素子の作用によって前記圧力室に設けられた吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドと、
    前記熱作用部と、前記対向電極とに電圧を印加可能な電圧印加手段と、
    前記圧力室に液体を供給する供給ポンプと、
    を備えた液体吐出装置の制御方法であって、
    前記電圧印加手段に前記熱作用部と前記対向電極とに電圧を印加させ、前記供給バルブを開き、前記回収バルブを閉じて、前記供給ポンプを駆動する制御を行うことを特徴とする液体吐出装置の制御方法。

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