JP6111609B2 - 液体噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ノズルから液体を噴射する液体噴射装置に関するものである。

液体噴射装置は液体噴射ヘッドを備え、この噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を生かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

上記のような液体噴射ヘッドは、インク（液体の一種）が貯留されたカートリッジから圧力室にインクを導入し、当該圧力室のインクに圧力変動を生じさせて、この圧力室に通じるノズルからインクを噴射するように構成されている。また、このような液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置では、ノズルからインクを強制的に噴射させるフラッシング動作と呼ばれるメンテナンス処理が行われている（例えば、特許文献１）。このフラッシング動作は、気泡や増粘したインクを排出することを目的として、例えばカートリッジを交換した後や、所定の時間が経過した後等に行われる。具体的には、液体噴射ヘッドを記録領域から外れた位置まで移動させ、この位置でインクを繰り返し噴射させる。

特開平９−２９９９６号公報

ところで、ノズルからインクが噴射されない場合、時間の経過と共にインクの水分が徐々に蒸発し、ノズル近傍のインクの粘度が増加していた。ノズル近傍（特に、メニスカス周辺）のインクの粘度が増粘すると、フラッシング動作において、ノズルから安定して気泡や増粘したインクを噴射できない不具合があった。この不具合は、インク噴射後の残留振動において、メニスカス周辺のインクが増粘している場合に気泡がメニスカスに混入し易くなっていることが原因であることが分かった。これについて、図９を用いて説明する。

図９は、フラッシング動作においてインクが噴射される様子を説明したノズル９７の周辺の断面図である。また、図９では、外気に曝されているメニスカス周辺のインクが増粘インク（高粘度のインク）Ｉｈになり、これより圧力室９８側のインクが通常インク（低粘度のインク）Ｉｎになっている。フラッシング動作において、まず、圧力室９８を膨張させてメニスカスを圧力室９８側に引き込んだ後、圧力室９８を急激に収縮させると、メニスカスが圧力室９８とは反対側（ノズル９７の噴射側）に移動すると共に、ノズル９７の内壁側よりも流路抵抗の影響を受けにくい中央の部分が外方に向けて棒状に伸びる。この棒状部分の先端が分離して、図９（ａ）に示すようにインク滴Ｉｄとなる。そして、このインク滴Ｉｄの噴射後に、これに起因する残留振動が生じる。具体的には、インクの噴射後、図９（ｂ）に示すように、メニスカスが再び圧力室９８側に移動する。メニスカスが圧力室９８側の最大位置まで移動すると、図９（ｃ）に示すように、メニスカスが再び圧力室９８とは反対側に移動する。この時、図９（ｃ）に示すように、メニスカス周辺のインク内に気泡Ｂが混入する場合がある。具体的には、メニスカスが圧力室９８とは反対側に移動する際に、圧力室９８側からノズル９７の噴射側に移動してくるインクＩｎと比べてメニスカス周辺に留まっている増粘インクＩｈの流動性が悪いため、空気の一部が当該インクに巻き込まれ、この巻き込まれた空気が気泡Ｂとしてインク内に取り残される。この気泡Ｂが浮力等によって圧力室９８側に入り込んで、流路内に残留すると、インクの噴射不良の原因となっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、メンテナンス時において、ノズル内の液体が増粘していた場合であっても、安定して液体を噴射することができる液体噴射装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズルに連通する圧力室、及び、該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によって前記ノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
メンテナンス時において、前記ノズルから液体を噴射させるメンテナンスパルスを含むメンテナンス駆動信号を発生させる駆動信号発生手段と、
を備えた液体噴射装置であって、
前記メンテナンスパルスは、圧力室を膨張させる膨張要素と、該膨張要素によって膨張された圧力室を収縮させる収縮要素と、該収縮要素によって収縮された圧力室を更に収縮させる再収縮要素と、を含み、
前記収縮要素によって前記ノズルから液体を噴射させた後、メニスカスが圧力室側へ移動し終わる前に、前記再収縮要素による前記圧力室の収縮が開始されることを特徴とする。

この構成によれば、収縮要素によってノズルから液体を噴射させた後、メニスカスが圧力室側へ移動し終わる前に、再収縮要素による圧力室の収縮が開始されるため、メニスカスの圧力室側への移動を抑えることができる。すなわち、残留振動によるメニスカスの変位量を抑えることができる。これにより、その後、圧力室側からノズルの噴射側に移動するメニスカスの動きを抑えることができる。その結果、メニスカス周辺の液体が増粘したとしても、液体内に気泡が混入することを抑制できる。

上記構成において、前記収縮要素の後端から前記再収縮要素の始端までの時間をＴ１、前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期をＴｃとしたとき、
（１／５）×Ｔｃ≦Ｔ１≦（１／３）×Ｔｃ…（１）
を満たすことが望ましい。

この構成によれば、収縮要素によってノズルから液体を噴射させた後、メニスカスが圧力室側へ移動し終わる前に、再収縮要素を印加することができる。

また、上記構成において、前記再収縮要素の始端から後端までの時間をＴ２、前記収縮要素の電圧変化をＶｈ１、前記再収縮要素の電圧変化をＶｈ２としたとき、
（１／５）×Ｔｃ≦Ｔ２≦（１／３）×Ｔｃ…（２）
かつ
（１／４）×Ｖｈ１≦Ｖｈ２≦（１／２）×Ｖｈ１…（３）
を満たすことが望ましい。

この構成によれば、収縮要素によってノズルから液体を噴射させた後、残留振動によるメニスカスの変位量を液体内に気泡が混入しない程度に抑制しつつ、メニスカスが急激に噴射側へ引っ張られることによるメニスカスの乱れを抑制できる。その結果、液体内に気泡が混入することを一層抑制できる。

さらに、メンテナンスにおいて、少なくとも最初のメンテナンスパルスが前記条件（１）〜（３）の範囲内に設定され、メンテナンス開始時からの経過時間に応じてメンテナンスパルスの前記時間Ｔ２を短くすることが望ましい。

この構成によれば、メンテナンスにおいて、少なくとも最初のメンテナンスパルスの時間Ｔ２が条件（１）〜（３）の範囲内に設定されるため、液体内に気泡が混入することを抑制できる。また、メンテナンス開始時からの経過時間に応じてメンテナンスパルスの時間Ｔ２を短くするため、液体噴射の時間間隔を短くすることができ、ひいては、メンテナンス時間を短縮することができる。

また、上記構成において、メンテナンス開始時からの経過時間に応じて、メンテナンスパルス同士の時間間隔を短くすることが望ましい。

この構成によれば、液体噴射の時間間隔をより短くすることができ、ひいては、メンテナンス時間をより短縮することができる。

さらに、上記各構成において、前記メンテナンス駆動信号は、ノズルにおけるメニスカスを振動させる副振動パルスを含み、
該副振動パルスは、少なくとも１つの前記メンテナンスパルスの前に発生させることが望ましい。

この構成によれば、副振動パルスによってメニスカス周辺の液体を攪拌することができる。これにより、メニスカス周辺の液体が増粘していたとしても、この液体の粘度を下げることができる。その結果、メンテナンスパルスによって液体を噴射する際に液体内に気泡が混入することを更に抑制できる。

また、上記構成において、前記副振動パルスは、圧力室を膨張させる副膨張要素と、該副膨張要素によって膨張された圧力室を収縮させる副収縮要素とを含み、
前記副収縮要素を印加したことによって振動させられたメニスカスが圧力室側へ移動し終わる前に、前記メンテナンスパルスの膨張要素による前記圧力室の膨張が開始されることが望ましい。

この構成によれば、メンテナンスパルスの膨張要素によってメニスカスをより大きく圧力室側へ移動させることができ、その後の収縮要素によってより多くの液体を噴射することができる。このため、メニスカス周辺の液体が増粘していたとしても、安定して液体を噴射することができる。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの断面図である。 プリンターの電気的な構成を説明するブロック図である。 メンテナンスパルスの構成を説明する波形図である。 フラッシング動作においてインクが噴射される様子を説明したノズル周辺の断面図である。 フラッシング動作においてインクが噴射される様子を説明したノズル周辺の断面図である。 メンテナンス駆動信号の説明図である。 第２実施形態におけるメンテナンス駆動信号の構成を説明する波形図である。 従来の構成におけるインクが噴射される様子を説明したノズル周辺の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、以下の説明では、本発明の液体噴射装置として、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）を搭載したインクジェット式プリンター（以下、プリンター）を例に挙げる。

プリンター１の構成について、図１を参照して説明する。プリンター１は、記録紙等の記録媒体２（着弾対象の一種）の表面に対して液体状のインクを噴射して画像等の記録を行う装置である。このプリンター１は、記録ヘッド３、この記録ヘッド３が取り付けられるキャリッジ４、キャリッジ４を主走査方向に移動させるキャリッジ移動機構５、記録媒体２を副走査方向に移送する搬送機構６等を備えている。ここで、上記のインクは、本発明の液体の一種であり、液体供給源としてのインクカートリッジ７に貯留されている。このインクカートリッジ７は、記録ヘッド３（後述するホルダ１４）に対して着脱可能に装着される。なお、インクカートリッジ７がプリンター１の本体側に配置され、当該インクカートリッジ７からインク供給チューブを通じて記録ヘッド３に供給される構成を採用することもできる。

上記のキャリッジ移動機構５はタイミングベルト８を備えている。そして、このタイミングベルト８はＤＣモーター等のパルスモーター９により駆動される。従ってパルスモーター９が作動すると、キャリッジ４は、プリンター１に架設されたガイドロッド１０に案内されて、主走査方向（記録媒体２の幅方向）に往復移動する。

記録動作時の記録ヘッド３の下方には、プラテン１１が配置されている。このプラテン１１は、記録動作を行う際の記録ヘッド３のノズル形成面（ノズルプレート２１：図２参照）に対して間隔を空けて配置され、記録媒体２を支持する。また、プラテン１１の主走査方向の端部、詳しくは、プラテン１１に配置された記録媒体２に対してインクが噴射される領域（記録領域）から外れた領域に、フラッシングボックス１２（本発明における液体捕集領域に相当）が設けられている。このフラッシングボックス１２は、メンテナンス動作の一種であるフラッシング動作において、記録ヘッド３から噴射されたインクを捕集する部材である。本実施形態のフラッシングボックス１２は、上方（記録ヘッド３側）に向けて開口した箱体状に形成されている。そして、フラッシングボックス１２の内部の底面には、例えばウレタンスポンジ等で作製されたインク吸収材が配設されている。なお、このフラッシングボックス１２は、プラテン１１の主走査方向両側に設けることが望ましいが、少なくとも一方に設けられていればよい。

図２は、上記記録ヘッド３の構成を説明する要部断面図である。この記録ヘッド３は、ケース１３と、このケース１３内に収納される振動子ユニット１４と、ケース１３の底面（先端面）に接合される流路ユニット１５等を備えて構成されている。上記のケース１３は、例えば、エポキシ系樹脂により作製され、その内部には振動子ユニット１４を収納するための収納空部１６が形成されている。振動子ユニット１４は、圧力発生手段の一種として機能する圧電素子１７と、この圧電素子１７が接合される固定板１８と、圧電素子１７に駆動信号等を供給するためのフレキシブルケーブル１９とを備えている。圧電素子１７は、圧電体層と電極層とを交互に積層した圧電板を櫛歯状に切り分けることで作製された積層型であって、積層方向に直交する方向に伸縮可能な縦振動モードの圧電素子である。

流路ユニット１５は、流路形成基板２０の一方の面にノズルプレート２１を、流路形成基板２０の他方の面に弾性板２２をそれぞれ接合して構成されている。この流路ユニット１５には、リザーバー２３と、インク供給口２４と、圧力室２５と、ノズル連通口２６と、ノズル２７とが設けられている。そして、インク供給口２４から圧力室２５及びノズル連通口２６を経てノズル２７に至る一連のインク流路が、ノズル２７毎に対応して形成されている。

上記ノズルプレート２１は、ドット形成密度に対応したピッチ（例えば１８０ｄｐｉ）で複数のノズル２７が列状に穿設されたステンレス鋼（ＳＵＳ）又はシリコン単結晶等からなる薄いプレートである。このノズルプレート２１には、ノズル２７の列（ノズル列）が複数設けられており、１つのノズル列は、例えば１８０個のノズル２７によって構成される。そして、本実施形態における記録ヘッド３では、それぞれ異なる色のインクを貯留するインクカートリッジ３が装着可能に構成されており、これらの色に対応させて複数のノズル列がノズルプレート２１に形成されている。

上記弾性板２２は、支持板２８の表面に弾性体膜２９を積層した二重構造である。本実施形態では、金属板の一種であるステンレス板を支持板２８とし、この支持板２８の表面に樹脂フィルムを弾性体膜２９としてラミネートした複合板材を用いて弾性板２２を作製している。この弾性板２２には、圧力室２５の容積を変化させるダイヤフラム部３０が設けられている。また、この弾性板２２には、リザーバー２３の一部を封止するコンプライアンス部３１が設けられている。

上記のダイヤフラム部３０は、エッチング加工等によって支持板２８を部分的に除去することで作製される。即ち、このダイヤフラム部３０は、圧電素子１７の先端面が接合される島部３２と、この島部３２を囲う薄肉弾性部３３とからなる。上記のコンプライアンス部３１は、リザーバー２３の開口面に対向する領域の支持板２８を、ダイヤフラム部３０と同様にエッチング加工等によって除去することにより作製され、リザーバー２３に貯留されたインクの圧力変動を吸収するダンパーとして機能する。

そして、上記の島部３２には圧電素子１７の先端面が接合されているので、この圧電素子１７の自由端部を伸縮させることで圧力室２５の容積を変動させることができる。この容積変動に伴って圧力室２５内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド３は、この圧力変動を利用してノズル２７からインク滴を吐出（噴射）させる。

図３はプリンター１の電気的な構成を示すブロック図である。このプリンター１は、プリンターコントローラー３５とプリントエンジン３６とで概略構成されている。プリンターコントローラー３５は、ホストコンピュータ等の外部装置からの印刷データ等が入力される外部インターフェース（外部Ｉ／Ｆ）３７と、各種データ等を記憶するＲＡＭ３８と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したＲＯＭ３９と、各部の制御を行う制御部４１と、クロック信号を発生する発振回路４２と、記録ヘッド３へ供給する駆動信号を発生する駆動信号発生回路４３（本発明における駆動信号発生手段の一種）と、印刷データをドット毎に展開することで得られる画素データや駆動信号等を記録ヘッド３に出力するための内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）４５と、を備えている。

制御部４１は、記録ヘッド３の動作を制御するためのヘッド制御信号を記録ヘッド３に出力したり、駆動信号ＣＯＭを生成させるための制御信号を駆動信号生成回路４３に出力したりする。ヘッド制御信号は、例えば、転送クロックＣＬＫ、画素データＳＩ、ラッチ信号ＬＡＴ、チェンジ信号ＣＨである。これらのラッチ信号やチェンジ信号は、駆動信号ＣＯＭを構成する各パルスの供給タイミングを規定する。

また、制御部４１は、上記印刷データに基づき、ＲＧＢ表色系からＣＭＹ表色系への色変換処理、多階調のデータを所定階調まで減少させるハーフトーン処理、ハーフトーニングされたデータを、インク種類毎（ノズル列毎）に所定の配列で並べてドットパターンデータに展開するドットパターン展開処理等を経て、記録ヘッド３の吐出制御に用いる画素データＳＩを生成する。この画素データＳＩは、印刷される画像の画素に関するデータであり、吐出制御情報の一種である。ここで、画素とは、着弾対象物である記録紙等の記録媒体上に仮想的に定められたドット形成領域を示す。

駆動信号発生回路４３は、制御部４１によって制御され、駆動信号ＣＯＭや各種の駆動信号を発生する。駆動信号ＣＯＭは、記録動作時やフラッシング動作時の記録ヘッド３の圧電素子１７に印加されるアナログの電圧信号であり、単位記録周期（液体噴射周期）内に複数のパルス波形を有する一連の信号である。なお、フラッシング動作とは、気泡や増粘したインクを排出することを目的として、強制的にノズル２７からインクを噴射させる動作のことである。このフラッシング動作時における駆動信号ＣＯＭ（メンテナンス駆動信号）については、後で詳しく説明する。

次に、プリントエンジン３６側の構成について説明する。プリントエンジン３６は、記録ヘッド３と、キャリッジ移動機構５と、紙送り機構６と、リニアエンコーダー４０と、から構成されている。記録ヘッド３は、シフトレジスター（ＳＲ）４８、ラッチ４９、デコーダー５０、レベルシフター（ＬＳ）５１、スイッチ５２、及び圧電素子１７を、各ノズル２７に対応させて複数備えている。プリンターコントローラー３５からの画素データＳＩは、発振回路４２からのクロック信号ＣＫに同期して、シフトレジスター４８にシリアル伝送される。

シフトレジスター４８には、ラッチ４９が電気的に接続されており、プリンターコントローラー３５からのラッチ信号ＬＡＴがラッチ４９に入力されると、シフトレジスター４８の画素データをラッチする。このラッチ４９にラッチされた画素データは、デコーダー５０に入力される。このデコーダー５０は、２ビットの画素データを翻訳してパルス選択データを生成する。また、デコーダー５０は、ラッチ信号ＬＡＴ又はチャンネル信号ＣＨの受信を契機にパルス選択データをレベルシフター５１に出力する。この場合、パルス選択データは、上位ビットから順にレベルシフター５１に入力される。このレベルシフター５１は、電圧増幅器として機能し、パルス選択データが「１」の場合、スイッチ５２を駆動できる電圧、例えば数十ボルト程度の電圧に昇圧された電気信号を出力する。レベルシフター５１で昇圧された「１」のパルス選択データは、スイッチ５２に供給される。このスイッチ５２の入力側には、駆動信号発生回路４３からの駆動信号ＣＯＭが供給されており、スイッチ５２の出力側には、圧電素子１７が接続されている。

そして、パルス選択データは、スイッチ５２の作動、つまり、駆動信号中の吐出パルスの圧電素子１７への供給を制御する。例えば、スイッチ５２に入力されるパルス選択データが「１」である期間中は、スイッチ５２が接続状態になって、対応する吐出パルスが圧電素子１７に供給され、この吐出パルスの波形に倣って圧電素子１７の電位レベルが変化する。一方、パルス選択データが「０」である期間中は、レベルシフター５１からはスイッチ５２を作動させるための電気信号が出力されない。このため、スイッチ５２は切断状態となり、圧電素子１７へは吐出パルスが供給されない。

次に、フラッシング動作時における駆動信号ＣＯＭ（メンテナンス駆動信号）について説明する。図４は、メンテナンス駆動信号に含まれるメンテナンスパルスＦＰの構成の一例を示す波形図である。なお、図４において、縦軸は電位であり、横軸は時間である。また、図４に示すように、本実施形態のメンテナンスパルスＦＰは平均するとプラスの極性である。メンテナンスパルスＦＰは、膨張要素ｐ１、膨張維持要素ｐ２、収縮要素ｐ３、収縮維持要素ｐ４、再収縮要素ｐ５、再収縮維持要素ｐ６、および、再膨張要素ｐ７を含んでいる。膨張要素ｐ１は、基準電位（第１の中間電位）Ｖｂから最大電位（最大電圧）Ｖｍａｘまでプラス側に電位が変化して、圧力室２５を基準容積（膨張・収縮の起点となる容積）から膨張させる要素である。膨張維持要素ｐ２は、最大電位Ｖｍａｘを一定時間維持する要素である。収縮要素ｐ３は、最大電位Ｖｍａｘから第２の中間電位Ｖｍまでマイナス側に電位が変化して膨張された圧力室２５を急激に収縮させる要素である。収縮維持要素ｐ４は、第２の中間電位Ｖｍを一定時間維持する要素である。再収縮要素ｐ５は、第２の中間電位Ｖｍから最小電位（最小電圧）Ｖｍｉｎまでマイナス側に電位が変化して収縮された圧力室を更に収縮させる要素である。再収縮維持要素ｐ６は、最小電位Ｖｍｉｎを一定時間維持する要素である。再膨張要素ｐ７は、最小電位Ｖｍｉｎから基準電位Ｖｂまでプラス側に電位が変化して収縮された圧力室を基準容積まで再び膨張させる要素である。なお、本実施形態では、第２の中間電位Ｖｍを基準電位Ｖｂよりも低い電位に設定しているが、これには限られない。例えば、第２の中間電位Ｖｍを基準電位（第１の中間電位）Ｖｂより高い電位や、基準電位（第１の中間電位）Ｖｂと同じ電位にすることもできる。

ここで、再収縮要素ｐ５による圧力室２５の収縮は、収縮要素ｐ３によってノズル２７からインクを噴射させた後、メニスカスが圧力室２５側へ移動し終わる前に開始されるように設定されている。具体的には、収縮要素ｐ３の後端から再収縮要素ｐ５の始端までの時間（収縮維持要素ｐ４の始端から後端までの時間）をＴ１、圧力室２５内のインクに生じる固有振動周期（ヘルムホルツ周期）をＴｃとしたとき、
（１／５）×Ｔｃ≦Ｔ１≦（１／３）×Ｔｃ…（１）
を満たすように設定されている。
また、本実施形態のメンテナンスパルスＦＰは、再収縮要素ｐ５の始端から後端までの時間をＴ２、収縮要素ｐ３の電圧変化をＶｈ１、再収縮要素ｐ５の電圧変化をＶｈ２としたとき、
（１／５）×Ｔｃ≦Ｔ２≦（１／３）×Ｔｃ…（２）
かつ
（１／４）×Ｖｈ１≦Ｖｈ２≦（１／２）×Ｖｈ１…（３）
を満たすように設定されている。ここで、メニスカスが圧力室２５側へ移動し終わる前とは、メニスカスがノズル内に引き込まれた後、圧力室２５とは反対側（図における下側）に再度移動し始める前のことを意味する。

なお、固有振動周期Ｔｃは、ノズル２７、圧力室２５、インク供給口２４、及び圧電素子１７等の各構成部材の形状、寸法、及び剛性などにより固有に定まる。この固有の振動周期Ｔｃは、例えば、次式（４）で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√［〔（Ｍｎ×Ｍｓ）／（Ｍｎ＋Ｍｓ）〕×Ｃｃ］…（４）
但し、式（４）において、Ｍｎはノズル２７におけるイナータンス、Ｍｓはインク供給口２４におけるイナータンス、Ｃｃは圧力室２５のコンプライアンス（単位圧力あたりの容積変化、柔らかさの度合いを示す。）である。また、上記式（４）において、イナータンスＭとは、ノズル２７等の流路における液体の移動し易さを示し、換言すると、単位断面積あたりの液体の質量である。そして、流体の密度をρ、流路の流体の流下方向と直交する面の断面積をＳ、流路の長さをＬとしたとき、イナータンスＭは次式（５）で近似して表すことができる。
Ｍ＝（ρ×Ｌ）／Ｓ…（５）
なお、Ｔｃは、上記式（４）で規定されるものに限られず、記録ヘッド３の圧力室２５が有している振動周期であればよい。

上記のように構成されたメンテナンスパルスＦＰが含まれるメンテナンス駆動信号は、フラッシング動作時に圧電素子１７に供給される。ここで、フラッシング動作は、インクカートリッジ７を交換した時の初期充填を行った後や、記録動作中において所定の時間が経過する毎（或いは、所定回数のパス（記録ヘッド３の走査）を行う毎、または、所定のページ数を印刷する毎）等に行われる。本実施形態のフラッシング動作では、キャリッジ移動機構５を駆動させて、記録ヘッド３がフラッシングボックス１２の上方に移動した状態で行われる。このようなフラッシング動作において、メニスカス周辺のインクが増粘していた場合、従来のメンテナンス駆動信号では、気泡が混入することにより安定してインクの噴射が行えない不具合があった。すなわち、気泡が混入すると、この気泡によりインクの噴射が阻害されて増粘インクが排出されにくい等の不具合があった。このため、従来では増粘インクを排出するためにより多くのインクを消費することとなっていた。これに対し、本発明のメンテナンスパルスＦＰを有するメンテナンス駆動信号を用いることで、メニスカス周辺のインクが増粘していたとしても、気泡の混入を抑制して安定してインクの噴射が行えるようになる。この点について、以下で説明する。

図５および図６は、フラッシング動作においてインクが噴射される様子を説明したノズル２７の周辺の断面図である。図５および図６では、メニスカス周辺のインクが増粘インク（高粘度のインク）Ｉｈになり、これより圧力室側のインクが通常インク（低粘度のインク）Ｉｎになっている。上記したメンテナンスパルスＦＰが、圧電素子１７に供給されると、まず、膨張要素ｐ１によって圧電素子１７は長手方向に収縮し、これに伴って圧力室２５が基準電位Ｖｂに対応する基準容積から最大電位Ｖｍａｘに対応する膨張容積まで膨張する。この膨張により、図５に示すように、メニスカス（メニスカス周辺の増粘インクＩｈ）が圧力室２５側（図における上側）に大きく引き込まれると共に、圧力室２５内にはリザーバー２３側からインク供給口２４を通じてインクが供給される。そして、この圧力室２５の膨張状態は、膨張維持要素ｐ２によって維持（ホールド）される。

膨張維持要素ｐ２によるホールドの後、収縮要素ｐ３が供給されて圧電素子１７が急激に伸長する。これに伴い、圧力室２５は膨張容積から第２の中間電位Ｖｍに対応する第１収縮容積まで急激に収縮される。これにより、圧力室２５内のインクが加圧されて、メニスカスが下側に移動すると共に、メニスカスの中央部分が下側に押し出される。この押し出された部分が液柱（インク柱）のように伸び、その先端部分が途中で分離する。この分離した部分が、図６（ａ）に示すように、インク滴Ｉｄとしてノズル２７から噴射されて飛翔する。なお、メニスカスの振動は、固有振動周期Ｔｃの残留振動として、インク滴Ｉｄ噴射後も残る。すなわち、圧力室２５内が収縮し始める時点（収縮要素ｐ３の始端）から、周期Ｔｃでメニスカスが上下に振動する。

その後、収縮維持要素ｐ４によって時間Ｔ１だけ収縮容積が維持される。このとき、メニスカスは、下側（噴射側）の最大位置まで移動した後、上側に向けて移動する。そして、収縮維持要素ｐ４によって第１収縮容積が維持された後、再収縮要素ｐ５が供給される。再収縮要素ｐ５供給されると、圧電素子１７がさらに伸長し、これに伴い、圧力室２５が第１収縮容積から最小電位Ｖｍｉｎに対応する第２収縮容積（最収縮容積）まで収縮される。ここで、収縮維持要素ｐ４による電位の維持時間Ｔ１が上記条件（１）を満たすため、再収縮要素ｐ５の始端を、メニスカスが上側へ移動し終わる前に印加することができる。すなわち、メニスカスが上側へ移動し終わる前に、再収縮要素ｐ５による圧力室２５の収縮が開始される。この圧力室２５の収縮によってメニスカスを下側へ押そうとする力が働き、図６（ｂ）に示すように、メニスカスが上側へ移動しようとする力の一部を相殺する。これにより、メニスカスの上側への移動が抑えられる。すなわち、残留振動によるメニスカスの変位量を抑えることができる。その結果、図６（ｃ）に示すように、その後、上側から下側に移動するメニスカスの動きを抑えることができ、メニスカス周辺の増粘インクＩｈ内に気泡が混入することを抑制できる。

また、本実施形態のメンテナンスパルスＦＰは、再収縮要素ｐ５の始端から後端までの時間Ｔ２が上記条件（２）を満たすと共に、再収縮要素ｐ５の電圧変化Ｖｈ２が上記条件（３）を満たすように設定されているため、残留振動によるメニスカスの変位量を増粘インクＩｈ内に気泡が混入しない程度に抑制しつつ、メニスカスが急激に下側へ引っ張られることによるメニスカスの乱れを抑制できる。具体的には、再収縮要素ｐ５を上記条件（２）の上限値および上記条件（３）の下限値によって規定することで、残留振動によるメニスカスの変位量を増粘インクＩｈ内に気泡が混入しない程度に抑制している。また、再収縮要素ｐ５を上記条件（２）の下限値および上記条件（３）の上限値によって規定することで、メニスカスが急激に下側へ引っ張られることによるメニスカスの乱れを抑制し、同時に再収縮要素ｐ５によってノズル２７からインクが噴射されることを抑制している。その結果、液体内に気泡が混入することを一層抑制できる。そして、再収縮要素ｐ５によって第２収縮容積まで収縮した圧力室２５は、再収縮維持要素ｐ６によって一定時間維持され、その後、再膨張要素ｐ７により、圧力室２５が第２収縮容積（最収縮容積）から基準容積まで緩やかに膨張復帰する。

ところで、本実施形態のメンテナンス駆動信号は、図７に示すように、フラッシング動作（メンテナンス）開始時からの経過時間に応じて、メンテナンスパルスＦＰの周期Ｔｐが短くなるように設定されている。具体的には、フラッシング動作を開始して、少なくとも最初のメンテナンスパルスＦＰを上記条件（１）〜（３）の範囲内に設定し、例えば、所定時間が経過した後や所定回数（例えば、１０回）インク滴を噴射した後のメンテナンスパルスＦＰ′の時間Ｔ２′を最初のメンテナンスパルスＦＰの時間Ｔ２より短くなるように設定している。これにより、インク滴Ｉｄを噴射する間隔を短くすることができ、ひいては、フラッシング動作時間を短縮することができる。また、最初（フラッシング開始時点）のメンテナンスパルスＦＰが上記条件（１）〜（３）の範囲内に設定されるため、ノズル内のインクが増粘していたとしても、インク内に気泡が混入することを抑制できる。なお、本実施形態では、メンテナンスパルスＦＰ′の時間Ｔ２′を短くすることに伴って、メンテナンスパルスＦＰ′の収縮要素ｐ５の電圧変化Ｖｈ２′を小さくし、収縮要素ｐ５の時間に対する電圧変化の割合が大きくならないようにしている。また、メンテナンスパルスＦＰ′の時間Ｔ２′を短くするタイミングは、ノズル２７内の増粘インクＩｈが確実に排出されるタイミングに合わせることが望ましい。ノズル２７内の増粘インクＩｈが排出された後は、ノズル２７内のインクへの空気の混入が抑制されるため、メンテナンスパルスＦＰ′の時間Ｔ２′を上記条件（１）〜（３）の範囲を（不必要な振動を生じさせない程度に）超えてさらに短くすることができる。

また、同様に、所定時間が経過した後や所定回数インク滴を噴射した後の隣接するメンテナンスパルスＦＰ′同士の時間間隔Ｔ３′も最初のメンテナンスパルスＦＰ同士の時間間隔Ｔ３より短くなるように設定している。これにより、インク滴Ｉｄを噴射する間隔をより短くすることができ、ひいては、フラッシング動作時間をより短縮することができる。なお、上記したＴ２およびＴ３は、経過時間に応じて、段階的に次第に短くなるように設定してもよい。

ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。例えば、図８に示す第２実施形態のメンテナンス駆動信号では、メンテナンスパルスＦＰの他に副振動パルスＳＦＰが含まれている。副振動パルスＳＦＰは、メンテナンスパルスＦＰより前において、ノズル２７におけるメニスカスを振動させるパルス波形である。本実施形態の副振動パルスＳＦＰは、基準電位Ｖｂから最大電位Ｖｍａｘまでプラス側に電位が変化して圧力室２５を基準容積から膨張させる副膨張要素ｓｐ１と、最大電位Ｖｍａｘを一定時間維持する副膨張維持要素ｓｐ２と、最大電位Ｖｍａｘから基準電位Ｖｂまでマイナス側に電位が変化して膨張された圧力室２５を収縮させる副収縮要素ｓｐ３と、を含んでいる。このような副振動パルスＳＦＰが、圧電素子１７に供給されると、まず副膨張要素ｓｐ１によって、圧力室２５が基準容積から最大電位Ｖｍａｘに対応する膨張容積まで膨張し、メニスカスが上側に引き込まれる。この圧力室２５の膨張状態は、副膨張維持要素ｓｐ２によって維持（ホールド）される。その後、副収縮要素ｓｐ３によって、圧力室２５が膨張容積から基準容積まで収縮し、メニスカスが下側に移動する。これにより、メニスカスが上下に振動する。そして、この振動によってメニスカス周辺の増粘インクＩｈを攪拌することができる。その結果、メニスカス周辺のインクの粘度を下げることができ、メンテナンスパルスＦＰによってインクを噴射する際にインク内に気泡が混入することを更に抑制できる。

また、本実施形態では、副収縮要素ｓｐ３の後、ノズル２７におけるメニスカスが上側へ移動し終わる前に、メンテナンスパルスＦＰの膨張要素ｐ１による圧力室２５の膨張が開始されるように設定されている。具体的には、副収縮要素ｓｐ３の始端から膨張要素ｐ１の始端までの時間Ｔ４がＴｃ／２に揃えられている。これにより、メニスカスが下側の最大位置から上側へ移動し終わる前に膨張要素ｐ１を印加することができる。このため、メンテナンスパルスＦＰの膨張要素ｐ１によってメニスカスをより大きく上側へ移動させることができ、その後の収縮要素ｐ３によってメニスカス周辺の増粘インクＩｈをより多く噴射することができる。その結果、安定してインクを噴射することができる。

なお、副膨張要素ｓｐ１は、基準電位Ｖｂから最大電位Ｖｍａｘまで電位を変化させたが、これには限らず、基準電位Ｖｂから最大電位Ｖｍａｘよりも低い電位まで変化するようにしてもよい。要は、副振動パルスＳＦＰは、メニスカスを振動させることができれば、どのようなパルス波形であってもよい。また、メンテナンス駆動信号に含まれる複数のメンテナンスパルスＦＰのうち、少なくとも１つのメンテナンスパルスＦＰの前に副振動パルスＳＦＰが発生するように構成すればよい。特に、フラッシング動作における最初のメンテナンスパルスＦＰの前に副振動パルスＳＦＰが発生するように構成すれば、インクの粘度が高い状態のメニスカスを振動させることができる。

また、上記した実施形態では、圧力発生手段として、所謂縦振動型の圧電素子１７を例示したが、これには限られず、例えば、所謂撓み振動型の圧電素子を採用することも可能である。この場合、例示した駆動信号に関し、電位の変化方向、つまり上下が反転した波形となる。

そして、上述した実施形態では、インクジェットプリンターに搭載されるインクジェット式記録ヘッドを例示したが、インク以外の液体を噴射するものにも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等にも本発明を適用することができる。

１…プリンター，３…記録ヘッド，４…キャリッジ，５…キャリッジ移動機構，７…インクカートリッジ，１１…プラテン，１２…フラッシングボックス，１７…圧電素子，２３…リザーバー，２４…インク供給口，２５…圧力室，２６…ノズル連通口，２７…ノズル，３５…プリンターコントローラー，３６…プリントエンジン，４１…制御部，４３…駆動信号発生回路

Claims (7)

1. ノズルに連通する圧力室、及び、該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせる圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段の作動によって前記ノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
   メンテナンス時において、前記ノズルから液体を噴射させるメンテナンスパルスを含むメンテナンス駆動信号を発生させる駆動信号発生手段と、
   を備えた液体噴射装置であって、
   前記メンテナンス駆動信号は、前記ノズルからの液体が記録媒体に噴射する記録領域から外れた液体捕集領域に前記液体噴射ヘッドが移動した状態で、前記ノズル内の増粘した液体を噴射するフラッシング動作において前記圧力発生手段に供給され、
   前記メンテナンスパルスは、圧力室を膨張させる膨張要素と、該膨張要素によって膨張された圧力室を収縮させる収縮要素と、該収縮要素によって収縮された圧力室を更に収縮させる再収縮要素と、を含み、
   前記収縮要素によって前記ノズルから液体を噴射させた後、メニスカスが圧力室側へ移動し終わる前に、前記再収縮要素による前記圧力室の収縮が開始されることを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記収縮要素の後端から前記再収縮要素の始端までの時間をＴ１、前記圧力室内の液体に生じる固有振動周期をＴｃとしたとき、
   （１／５）×Ｔｃ≦Ｔ１≦（１／３）×Ｔｃ...（１）
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記再収縮要素の始端から後端までの時間をＴ２、前記収縮要素の電圧変化をＶｈ１、前記再収縮要素の電圧変化をＶｈ２としたとき、
   （１／５）×Ｔｃ≦Ｔ２≦（１／３）×Ｔｃ...（２）
   かつ
   （１／４）×Ｖｈ１≦Ｖｈ２≦（１／２）×Ｖｈ１...（３）
   を満たすことを特徴とする請求項２に記載の液体噴射装置。
4. メンテナンスにおいて、少なくとも最初のメンテナンスパルスが前記条件（１）〜（３）の範囲内に設定され、メンテナンス開始時からの経過時間に応じてメンテナンスパルスの前記時間Ｔ２を短くされ、前記時間Ｔ２を短くすることに伴って前記再収縮要素の電圧変化Ｖｈ２が小さく設定されることを特徴とする請求項３に記載の液体噴射装置。
5. メンテナンス開始時からの経過時間に応じて、メンテナンスパルス同士の時間間隔を短くすることを特徴とする請求項４に記載の液体噴射装置。
6. 前記メンテナンス駆動信号は、ノズルにおけるメニスカスを振動させる副振動パルスを含み、
   該副振動パルスは、少なくとも１つの前記メンテナンスパルスの前に発生させることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の液体噴射装置。
7. 前記副振動パルスは、圧力室を膨張させる副膨張要素と、該副膨張要素によって膨張された圧力室を収縮させる副収縮要素とを含み、
   前記副収縮要素を印加したことによって振動させられたメニスカスが圧力室側へ移動し終わる前に、前記メンテナンスパルスの膨張要素による前記圧力室の膨張が開始されることを特徴とする請求項６に記載の液体噴射装置。

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