JP2007237689A - 液体吐出装置、画像形成装置、及び液体吐出装置のメンテナンス方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吸引動作又は加圧動作をノズル毎に選択的に行えるようにし、無駄なインク消費量を大幅に低減可能にする。
【解決手段】 液体を吐出する複数のノズルと、ノズル開口面の各ノズルの開口周辺にそれぞれ形成され、親水状態と撥水状態を相互に遷移可能な親水／撥水遷移領域と、前記親水／撥水遷移領域を親水化又は撥水化させる切替手段と、前記ノズルの内外部の圧力差を制御する圧力制御手段と、を備え、異常ノズルの開口周辺の親水／撥水遷移領域が親水化され、且つ、正常ノズルの開口周辺の親水／撥水遷移領域が撥水化された状態で、前記圧力制御手段は前記正常ノズルの開口でメニスカスが維持されるように前記ノズルの内外部の圧力差を制御することを特徴とする液体吐出装置を提供することにより、前記課題を解決する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、液体吐出装置、画像形成装置、及び液体吐出装置のメンテナンス方法に係り、特に、液体を吐出させる複数のノズルを有する液体吐出装置において、各ノズル内の液体の吸引又は加圧をノズル毎に選択的に行うことができる液体吐出装置に関する。

近年、インクジェット方式のヘッドを搭載したインクジェット記録装置が広く普及している。この種のヘッドには多数のノズルが設けられ、例えば、圧電素子（ピエゾ素子）に代表されるアクチュエータの変形を利用して、ノズルに連通する圧力室内のインクを加圧することにより、ノズルからインク滴を吐出する。

ところで、印字中又は待機中において、特定のノズルの使用頻度が低くなり、ノズル近傍のインク粘度が上昇した場合、その劣化インクを排出すべくキャップに向かって予備吐出が行われる。しかし、ノズル近傍のインクの粘度上昇があるレベル以上に上昇した場合、或いはノズルや圧力室に気泡が混入した場合には、吐出駆動用のアクチュエータ（圧電素子）を動作させてもノズルからインク滴を吐出できなくなる。このような場合、ヘッドのノズル面に、圧力室内のインクをポンプ等で吸い込む吸引手段としてキャップを当接させて、気泡が混入したインク又は増粘インクを吸引する動作が行われる。しかしながら、このような吸引動作は全ノズルを対象にして行われるため、インクが無駄に消費されてしまうといった問題がある。

このような問題に対処するため、例えば、特許文献１には、キャップを複数の領域に分け、各領域と吸引ポンプを個別に接続する個別吸引管にそれぞれ開閉弁（バルブ）を設け、吸引動作を複数のノズル毎に選択的に行えるようにしたインクジェットプリンタが開示されている。
特開２０００−２２５７１５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のインクジェットプリンタでは、無駄なインク消費量の低減に限界がある。なぜなら、同インクジェットプリンタにおいて無駄なインク消費量を低減させるためには、各領域に対応するノズル数を減らす必要がある。しかし、このためにはキャップの領域数を増やさなければならず、開閉弁の数が増加してしまう。このようなことは、コストや開閉弁の設置場所から考えると望ましくないことである。理想的には、吸引動作をノズル毎に選択的に行えるようにすることであるが、ノズル数と同数の開閉弁を設けることは現実的でない。

このような問題は吸引を利用してノズルや圧力室内のインクを入れ替える方式に限定されず、ヘッド内部のインク加圧を利用する方式についても同様である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、吸引動作又は加圧動作をノズル毎に選択的に行えるようにし、無駄なインク消費量を大幅に低減可能な液体吐出装置、画像形成装置及び液体吐出装置のメンテナンス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、液体を吐出する複数のノズルと、ノズル開口面の各ノズルの開口周辺にそれぞれ形成され、親水状態と撥水状態を相互に遷移可能な親水／撥水遷移領域と、前記親水／撥水遷移領域を親水化又は撥水化させる切替手段と、前記ノズルの内外部の圧力差を制御する圧力制御手段と、を備え、異常ノズルの開口周辺の親水／撥水遷移領域が親水化され、且つ、正常ノズルの開口周辺の親水／撥水遷移領域が撥水化された状態で、前記圧力制御手段は前記正常ノズルの開口でメニスカスが維持されるように前記ノズルの内外部の圧力差を制御することを特徴とする液体吐出装置たことを特徴とする液体吐出装置を提供する。

本発明によれば、複数のノズルのうち異常ノズルのみを対象にした個別吸引又は個別加圧を行うことができる。即ち、吸引動作又は加圧動作をノズル毎に選択的に行うことができるようになり、無駄なインク消費量を大幅に低減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１の一実施態様であり、前記圧力制御手段は、前記ノズルの内外部の圧力差をΔＰ、前記親水／撥水遷移領域が親水状態のときに前記正常ノズルの開口でメニスカスが維持できる最低圧力差をΔＰ′、ノズル径をＤ、前記液体の表面張力をγとしたとき、次式 ΔＰ′＜｜ΔＰ｜＜（４γ／Ｄ）を満足するように制御することを特徴とする。

請求項２の態様によれば、正常ノズルのメニスカスを維持することができ、更に、異常ノズルから吸引することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２の一実施態様であり、前記親水／撥水遷移領域は、第１の光照射によって親水化し、第２の光照射によって撥水化することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は請求項２の一実施態様であり、前記親水／撥水遷移領域は、第１の光照射によって親水化し、所定の力が付与されると撥水化することを特徴とする。

親水／撥水遷移領域には、例えば、紫外光照射で親水化し、可視光照射で撥水化する態様や、紫外光照射で親水化し、所定の力を付与することで撥水化する態様等がある。

請求項５に記載の発明は、請求項４の一実施態様であり、前記親水／撥水遷移領域は、ワイピング動作により撥水化することを特徴とする。

請求項５の態様によれば、ノズル開口面（ノズル面）に付着したインク滴等の拭き取りと同時に、親水／撥水遷移領域を撥水化できるので、メンテナンス工数を減らすことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出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。

また前記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は方法発明を提供する。即ち、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出装置において、異常ノズルの開口周辺の親水／撥水遷移領域が親水状態となり、且つ、正常ノズルの開口周辺の親水／撥水遷移領域が撥水状態となるように各親水／撥水遷移領域の状態切替を行う切替工程と、前記切替工程の後、メニスカスが前記正常ノズルの開口で維持されるように前記圧力差を制御する圧力制御工程と、前記圧力制御工程の後、全ての親水／撥水遷移領域を撥水化する撥水化工程と、を含むことを特徴とする液体吐出装置のメンテナンス方法を提供する。

本発明によれば、複数のノズルのうち異常ノズルのみを対象にした個別吸引又は個別加圧を行うことができる。即ち、吸引動作又は加圧動作をノズル毎に選択的に行うことができるようになり、無駄なインク消費量を大幅に低減することができる。

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態（第１及び第２の実施形態）について詳説する。

〔第１の実施形態〕
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。同図に示すように、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ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙを有する印字部１２と、各ヘッド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のノズル面（インク吐出面）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のノズル面及び印字検出部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のノズル面及び印字検出部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。

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、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。

次に、ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造について説明する。尚、各ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構造は共通しているので、以下では、これらを代表して符号５０によってヘッドを示すものとする。

図２はヘッド５０のノズル面（インク吐出面）５０Ａを示した平面図であり、図３は図２中３−３線に沿う断面図である。図２に示すように、ヘッド５０には、ノズル面５０Ａに開口するインク滴吐出用のノズル５１がヘッド長手方向（図３の左右方向）及びヘッド長手方向に対して直交しない斜めの方向に沿って多数配列されている。このような２次元状（マトリクス状）のノズル配列構成により、ヘッド長手方向（即ち、主走査方向）に沿って高密度ピッチでドットを形成することができる。

また、図３に示すように、ヘッド５０には、各ノズル５１にそれぞれ対応する圧力室５２及び圧電素子５８が設けられている。圧力室５２の一端はノズル５１に連通し、他端は供給口５４を介して共通流路５５に連通している。共通流路５５は複数の圧力室５２に連通しており、各圧力室５２に供給するためのインクが貯留される。尚、共通流路５５には、図１に示したインク貯蔵／装填部１４からインクが供給される。

圧電素子５８は、圧力室５２の一壁面（図３の上壁面）を構成する振動板５６上の圧力室５２に対応する位置に設けられる。圧電素子５８は、薄膜状のピエゾ（圧電体）上に個別電極（駆動電極）５７を配置した構造となっている。尚、振動板５６はＳＵＳ等の導電性部材で構成されており、圧電素子５８に対する共通電極を兼ねている。

かかる構成により、圧電素子５８に対して駆動電圧が印加されると、圧電素子５８の変位によって圧力室５２内のインクは加圧され、圧力室５２に連通するノズル５１からインク滴が吐出される。

図４はインクジェット記録装置１０におけるインク供給系の構成を示した概要図である。同図において、インクタンク６０はヘッド５０にインクを供給する基タンクであり、図１で説明したインク貯蔵／装填部１４に設置される。インクタンク６０の形態には、インク残量が少なくなった場合に、不図示の補充口からインクを補充する方式と、タンクごと交換するカートリッジ方式とがある。使用用途に応じてインク種類を変える場合には、カートリッジ方式が適している。この場合、インクの種類情報をバーコード等で識別して、インク種類に応じた吐出制御を行うことが好ましい。なお、図４のインクタンク６０は、先に記載した図１のインク貯蔵／装填部１４と等価のものである。

インクタンク６０とヘッド５０の中間には、異物や気泡を除去するためにフィルタ６２が設けられている。フィルタ・メッシュサイズは、ノズル径と同等若しくはノズル径以下（一般的には、２０μｍ程度）とすることが好ましい。図４には示さないが、ヘッド５０の近傍又はヘッド５０と一体にサブタンクを設ける構成も好ましい。サブタンクは、ヘッド５０の内圧変動を防止するダンパー効果及びリフィルを改善する機能を有する。

また、インクジェット記録装置１０には、ノズル近傍のインク粘度の上昇、乾燥を防止するための手段としてのキャップ６４と、ヘッド５０のノズル面５０Ａの清掃手段としてのクリーニングブレード６６とが設けられている。これらキャップ６４及びクリーニングブレード６６を含むメンテナンスユニットは、不図示の移動機構によってヘッド５０に対して相対移動可能であり、必要に応じて所定の退避位置からヘッド５０下方のメンテナンス位置に移動される。

キャップ６４は、図示せぬ昇降機構によってヘッド５０に対して相対的に昇降変位される。電源ＯＦＦ時や印刷待機時にキャップ６４を所定の上昇位置まで上昇させ、ヘッド５０に密着させることにより、ノズル面５０Ａをキャップ６４で覆う。

クリーニングブレード６６は、ゴムなどの弾性部材で構成されており、図示せぬブレード移動機構によりヘッド５０のノズル面５０Ａに摺動可能である。ノズル面５０Ａにインク滴又は異物が付着した場合、クリーニングブレード６６をノズル面５０Ａに摺動させる、いわゆるワイピング動作を行うことでインク滴等を拭き取る。

印字中又は待機中において、特定のノズルの使用頻度が低くなり、ノズル近傍のインク粘度が上昇した場合、その劣化インクを排出すべくキャップ６４に向かって予備吐出が行われる。

また、ヘッド５０内（圧力室５２内）のインクに気泡が混入した場合、ヘッド５０にキャップ６４を当て、吸引ポンプ６７でヘッド５０内のインク（気泡が混入したインク）を吸引により除去し、吸引除去したインクを回収タンク６８へ送液する。この吸引動作は、初期のインクのヘッド５０への装填時、或いは長時間の停止後の使用開始時にも粘度上昇（固化）した劣化インクの吸い出しが行われる。

ヘッド５０は、ある時間以上吐出しない状態が続くと、ノズル近傍のインク溶媒が蒸発してノズル近傍のインクの粘度が高くなってしまい、吐出駆動用のアクチュエータ（圧電素子５８）が動作してもノズルからインクが吐出しなくなる。したがって、この様な状態になる手前で（圧電素子５８の動作によってインク吐出が可能な粘度の範囲内で）、インク受けに向かって圧電素子５８を動作させ、粘度が上昇したノズル近傍のインクを吐出させる「予備吐出」が行われる。また、ノズル面５０Ａの清掃手段として設けられているクリーニングブレード６６等のワイパーによってノズル面５０Ａの汚れを清掃した後に、このワイパー摺擦動作（ワイピング動作）によってノズル内に異物が混入するのを防止するためにも予備吐出が行われる。なお、予備吐出は、「空吐出」、「パージ」、「唾吐き」などと呼ばれる場合もある。

また、ノズル５１や圧力室５２に気泡が混入したり、ノズル近傍のインクの粘度上昇があるレベルを超えたりすると、上記予備吐出ではインクを吐出できなくなるため、以下に述べる吸引動作を行う。

すなわち、ノズル５１や圧力室５２のインク内に気泡が混入した場合、或いはノズル近傍のインク粘度があるレベル以上に上昇した場合には、圧電素子５８を動作させてもノズルからインクを吐出できなくなる。このような場合、ヘッド５０のノズル面５０Ａに、圧力室５２内のインクをポンプ等で吸い込む吸引手段としてキャップ６４を当接させて、気泡が混入したインク又は増粘インクを吸引する動作が行われる。

次に、吸引動作をノズル５１毎に選択的に行えるようにするための構成等について詳説する。

図５はヘッド５０のノズル面５０Ａの一部拡大平面図である。同図に示すように、ノズル面５０Ａの各ノズル５１の開口周辺には、親水状態と撥水状態を相互に遷移可能な領域（以下、「親水／撥水遷移領域」という。）７０がそれぞれ形成されている。ノズル面５０Ａの他の領域は撥水状態となっている。親水／撥水遷移領域７０は、図６に示すように、ノズル面５０Ａ全体に形成されていてもよい。

図７は親水／撥水遷移領域７０の状態遷移図である。同図に示すように、親水／撥水遷移領域７０に対して所定の光を照射することにより、親水／撥水遷移領域７０の状態（親水状態、撥水状態）を相互に切り替えることができる。具体的には、親水／撥水遷移領域７０は紫外光（ＵＶ光）の照射により親水化し、他方、可視光の照射により撥水化する。

このような親水／撥水遷移領域７０は、ノズル面５０Ａの所定位置（ノズル５１の開口周辺、或いは、ノズル面５０Ａ全体）に対してアナターゼ型の酸化チタンをＣＶＤ法で成膜し、クロムイオンを注入することにより形成可能である。尚、親水／撥水遷移領域７０に対する光照射方法については後で説明する。

また、紫外線硬化型インク（ＵＶインク）を用いる態様の場合、紫外線硬化型インクを硬化させるための紫外光の波長と、親水／撥水遷移領域７０を親水化させるための紫外光の波長が、互いに影響しないようにずれていることが望ましい。例えば、前者の紫外光の波長を２５０[ｎｍ]とし、後者の紫外光の波長を３５０［ｎｍ］とすればよい。尚、親水／撥水遷移領域７０を撥水化させる可視光の波長は５００［ｎｍ］である。

図８はノズル周辺の拡大断面図であり、（ａ）は親水／撥水遷移領域７０が親水状態の場合、（ｂ）は親水／撥水遷移領域７０が撥水状態の場合をそれぞれ表している。尚、ノズル５１の内壁面は親水化されている。また、既述したとおり、ノズル面５０Ａの親水／撥水遷移領域７０以外の領域は撥水化されている。

図８の（ａ）に示すように、親水／撥水遷移領域７０が親水化されている場合、気液界面のメニスカスはノズル開口で維持されず、親水／撥水遷移領域７０に渡って広がった状態となる。このため、ノズル面５０Ａにキャップ６４を当接した状態で吸引ポンプ６７を駆動すると（図４参照）、ノズル内部のインクは外側に向かって流れ出し、ノズル５１（圧力室５２）内のインクが吸引される。つまり、吸引対象とするノズル（以下、「異常ノズル」という。）５１の開口周辺に形成される親水／撥水遷移領域７０を親水化しておくことにより、異常ノズル５１内のインクを吸引することができる。

これに対して、図８の（ｂ）に示すように、親水／撥水遷移領域７０が撥水化されている場合、ノズル内部圧力Ｐ１とノズル外部圧力（吸引側圧力）Ｐ２の圧力差ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）が所定の値より小さければ、メニスカスをノズル開口で維持することができ、吸引ポンプ６７が駆動されても、ノズル５１（圧力室５２）内のインクは吸引されない。つまり、非吸引対象とするノズル（以下、「正常ノズル」という。）５１の開口周辺に形成される親水／撥水遷移領域７０を撥水化しておくことにより、正常ノズル５１内のインクを吸引しないようにすることができる。

ここで、正常ノズルの開口でメニスカスを維持可能な圧力差ΔＰの条件について説明する。図８の（ｂ）において、メニスカスを維持可能な最大圧力差ΔＰmaxは、ノズル径をＤ、表面張力をγとするとき、次式のように表現される。
ΔＰmax＝４γ／Ｄ ・・・（１）

また、親水／撥水遷移領域７０の直径（親水／撥水遷移領域径）をＤ′としたとき、メニスカスが維持できる最小圧力差ΔＰminは、次式のように表現される。
ΔＰmin＝４γ／Ｄ′ ・・・（２）

正常ノズルの開口でメニスカスを維持可能な圧力差ΔＰは、次式
ΔＰmin ＜ ｜ΔＰ｜ ＜ ΔＰmax ・・・（３）
を満足する必要がある。即ち、次式
（４γ／Ｄ′）＜ ｜ΔＰ｜ ＜（４γ／Ｄ） ・・・（４）
を満足するように吸引ポンプ６７を駆動することにより、図８の（ｂ）の場合において正常ノズル５１の開口でメニスカスを維持することができる。例えば、表面張力γ＝３５［ｍＮ／ｍ］、ノズル径Ｄ＝２０［μｍ］、親水／撥水遷移領域径Ｄ′＝４０［μｍ］を適当な設計値として選択した場合、式（４）より、圧力差ΔＰが３．５〜７［ｋＰａ］の範囲内となるように吸引ポンプ６７を駆動すればよい。

圧力差ΔＰが最大圧力差ΔＰmaxに等しい場合、図８の（ａ）において吸引されるインクの流速が最大となり、気泡排出の効果が大きくなる。

このように異常ノズル５１に対応する親水／撥水遷移領域７０を親水化し、他方、正常ノズル５１に対応する親水／撥水遷移領域７０を撥水化し、更に、ノズル内部圧力Ｐ１とノズル外部圧力（吸引側圧力）Ｐ２の圧力差ΔＰが式（４）を満足するように吸引ポンプ６７を駆動することにより、異常ノズル５１のみを対象にした個別吸引を行うことができる。即ち、吸引動作をノズル５１毎に選択的に行うことができ、無駄なインク消費量を大幅に低減することができる。

尚、実際には、「インクとフィルタ間の接触角」や「インクとノズル間の接触角」にメニスカス維持圧力は依存するので、式（１）〜（４）は厳密な式ではない。しかし、接触角を考慮してもメニスカス維持圧力は大きく変化するわけではないので、本願では式（１）〜（４）を使った。

次に、親水／撥水遷移領域７０に対する光照射方法について説明する。

図９は光照射方法の一例を示した説明図である。同図に示すように、光照射部７２は、制御回路７４、光源部７６、及びポリゴンミラー７８から主に構成される。光源部７６は、例えば、レーザー、ＬＥＤ等で構成されるＵＶ光源及び可視光光源を備えており、各光源の切り替え利用が可能となっている。制御回路７２は各光源の発光量や発光タイミングの制御を行う。ポリゴンミラー７８を回転させながら、光源部７６から発光される光（紫外光又は可視光）をヘッド５０のノズル面５０Ａに照射することにより、各親水／撥水遷移領域７０（図９中不図示）に対して選択的に所定の光（紫外光又は可視光）を照射することができる。各色のヘッド５０（１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙ）に対応する複数の光照射部７２を設ける態様の場合、各親水／撥水遷移領域７０の状態切替を早く行うことができる。もちろん、１つの光照射部７２を複数のヘッド５０で共通して利用するようにしてもよい。この場合、装置の小型化やコストダウンが可能である。

図１０は光照射方法の他の例を示した説明図である。同図に示すように、光照射部７２′は、制御回路７４、光源部７６、及び液晶８０から主に構成される。光源部７６は、例えば、レーザー、ＬＥＤ、無機・有機ＥＬ等で構成されるＵＶ光源及び可視光光源を備えており、各光源の切り替え利用が可能となっている。ヘッド５０と光源部７６の間に液晶８０を配置し、液晶８０を介して光源部７６から発光される光（紫外光又は可視光）をヘッド５０のノズル面５０Ａに照射することにより、各親水／撥水遷移領域７０（図１０中不図示）に対して選択的に所定の光（紫外光又は可視光）を照射することができる。ヘッド５０を水平方向に移動させながら光照射を行ってもよいし、これとは逆に、光照射部７２′を移動させながら光照射を行ってもよい。また、図示は省略するが、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いる方法もある。

図１１はヘッド５０及び光源部７６を覆う筐体８２を簡略的に表した模式図である。各親水／撥水遷移領域７０に対して選択的に所望の光（紫外光又は可視光）を照射可能にするために、同図に示すように、ヘッド５０及び光照射部７２（光源部７６）は筐体８２内部に収納され、筐体８２外部から余計な光（特に、可視光）が筐体８２内部のヘッド５０に照射されないように構成されている。筐体８２は、図１のインクジェット記録装置１０全体を覆う筐体であってもよいし、これとは別であってもよい。

本実施形態では、光源部７６から漏れ出した光が筐体８２の内壁面で反射してしまい、本来、光照射が必要でない親水／撥水遷移領域７０（図１１中不図示）に対して光照射されてしまう可能性がある。このため、筐体８２の内壁面８２ａは、光源部７６で用いられる波長の光を吸収する材料（例えば、黒のポリカーボネート樹脂等）で構成されていることが望ましい。これにより、各親水／撥水遷移領域７０に対する光照射をより正確に行うことができる。

図１２、図１３は光照射方法の更に他の例を示した説明図である。後で説明する吸引動作の制御フロー（図１４参照）では、紫外光はノズル面５０Ａの各親水／撥水遷移領域７０に対して選択的に照射されるのに対して、可視光はノズル面５０Ａ全体に一度に照射されればよい。従って、図１２に示すように、筐体８２の一部に開閉可能なシャッター８４を設け、筐体８２外部の可視光がヘッド５０のノズル面５０Ａに照射されるように構成してもよい。この場合、筐体８２内部に可視光光源を設ける必要がなく、コスト的に有利となる。また、図１３に示すように、可視光の照射時には、筐体８２内部のヘッド５０を所定の位置に移動させるようにしてもよい。

次に、本実施形態における吸引動作の制御フローについて、図１４に示したフローチャート図に従って説明する。尚、本フロー開始時には、各ノズル５１に対応する親水／撥水遷移領域７０はいずれも撥水化されているものとする。

まず、ヘッド５０の各ノズル５１の中から異常ノズル５１を選択する（ステップＳ１０）。異常ノズル５１の選択方法としては、例えば、レーザーで液滴を観察する方法や、圧力室５２内部にＰＶＤＦ樹脂を入れる方法等がある。また、各ノズル５１の不吐出時間をタイマー管理するようにしてもよい。

異常ノズル５１の選択後、異常ノズル５１の開口周辺の親水／撥水遷移領域７０に紫外光を照射する（ステップＳ１２）。紫外光の照射は、図８や図９で示した方法により行われる。紫外光の照射は所定時間が経過するまで継続する（ステップＳ１４）。これにより、異常ノズル５１の開口周辺の親水／撥水遷移領域７０は親水化される。

所定時間経過後、キャップ６４をヘッド５０に密着し（ステップＳ１６）、吸引ポンプ６７を駆動して吸引を開始する（ステップＳ１８）。吸引ポンプ６７は、既述したとおり、式（４）を満足するように駆動する。吸引は所定時間が経過するまで継続する（ステップＳ２０）。このとき、異常ノズル５１に対応する親水／撥水遷移領域７０は親水化されているため、異常ノズル５１内のインクは吸引される。他方、正常ノズル５１に対応する親水／撥水遷移領域７０は撥水化されているため、正常ノズル５１の開口でメニスカスが維持され、正常ノズル５１内のインクは吸引されない。所定時間経過後、吸引ポンプ６７を停止する（ステップＳ２２）。

吸引終了後、キャップ６４をヘッド５０から外し（ステップＳ２４）、ヘッド５０のノズル面５０Ａをワイピングする（ステップＳ２６）。ノズル面５０Ａに形成される親水／撥水遷移領域７０が親水化されている場合、その表面で液体が広がりやすく、可視光の照射を妨げる可能性がある。従って、ノズル面５０Ａに付着した液体の除去を行うため、可視光の照射前にワイピングを行う。

ワイピング後、ヘッド５０のノズル面５０Ａ全体に可視光を照射する（ステップＳ２８）。可視光の照射は、図９や図１０に示した方法により行ってもよいし、図１２や図１３に示した方法により行ってもよい。

最後に、全ての親水／撥水遷移領域７０が撥水状態となっているか否か判断する（ステップＳ３０）。全ての親水／撥水遷移領域７０が撥水状態となっていなければ（即ち、親水状態の親水／撥水遷移領域７０が存在していれば）、ステップＳ２６に戻って、ヘッド５０のノズル面５０Ａに対してワイピングと可視光の照射を再び行う。全ての親水／撥水遷移領域７０が撥水状態となっていれば（即ち、親水状態の親水／撥水遷移領域７０が存在しなければ）、全ての処理を終了する。

第１の実施形態によれば、ヘッド５０のノズル面５０Ａの各ノズル５１の開口周辺に親水／撥水遷移領域７０をそれぞれ形成し、各親水／撥水遷移領域７０を所定の光照射により親水化又は撥水化する。具体的には、吸引対象とするノズル（異常ノズル）５１に対応する親水／撥水遷移領域７０を親水化し、非吸引対象とするノズル（正常ノズル）５１に対応する親水／撥水遷移領域７０を撥水化する。そして、正常ノズル５１の開口でメニスカスが維持されるように（即ち、式（４）を満足するように）、吸引ポンプ６７を駆動することにより、異常ノズル５１のみを対象とした個別吸引を行うことができる。即ち、吸引動作をノズル５１毎に選択的に行うことができ、無駄なインク消費量を大幅に低減することができる。

尚、第１の実施形態では吸引動作の場合についてのみ説明したが、ヘッド内部のインク加圧を利用して行われる加圧動作の場合も同様にして実現することが可能である。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。以下、既述した第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１５はノズル面５０Ａの一部拡大図である。同図に示すように、各ノズル５１の開口周辺にそれぞれ親水／撥水遷移領域７０′が形成される。第１の実施形態と同様に、親水／撥水遷移領域７０′がノズル面５０Ａ全体に形成されていてもよい（図６参照）。

図１６は親水／撥水遷移領域７０′の状態遷移図である。第２の実施形態では、親水／撥水遷移領域７０′に対して所定の力を付与することによって親水／撥水遷移領域７０′を撥水化することができる。尚、紫外光の照射によって親水／撥水遷移領域７０′を親水化するという点は第１の実施形態の親水／撥水遷移領域７０（図７参照）と同様である。

このような親水／撥水遷移領域７０′は酸化チタン膜により構成される。また、ノズルプレートをを酸化チタン膜で構成する態様もある。このような親水／撥水遷移領域（酸化チタン膜）７０′に対して所定の力を付与すると、酸化チタン表面の水酸基を除去することができるので、酸化チタンの疎水性を引き出すことができる。従って、図１６に示したとおり、親水／撥水遷移領域７０′を撥水化することができる。

図１７は親水／撥水遷移領域７０′に対する力の付与方法の一例を示した説明図である。同図に示すように、クリーニングブレード６６をノズル面５０Ａに摺動させる、いわゆるワイピング動作を行うことで、親水／撥水遷移領域７０′に対して所定の力を付与することができる。例えば、親水／撥水遷移領域７０′に対して１０［ｇ重／ｃｍ^２］程度の力がかかるようにワイピング動作を行う。これにより、親水／撥水遷移領域７０′の力が付与された部分は親水状態から撥水状態に遷移する。

図１８は吸引動作の制御フローを示したフローチャート図である。図１８中、図１４と共通する工程については同一のステップ番号を付与している。

本実施形態では、既述したとおり、ノズル面５０Ａをワイピングすることによって親水／撥水遷移領域７０′に所定の力を付与し、親水／撥水遷移領域７０′を撥水状態にすることができる。つまり、ノズル面５０Ａに付着したインク滴等の拭き取りと同時に、親水／撥水遷移領域７０′の撥水化が可能である。従って、第１の実施形態に比べて吸引動作の処理工数を減らすことができる。

以上、本発明の液体吐出装置、画像形成装置及び液体吐出装置のメンテナンス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 ヘッドのノズル面を表した平面図 図２中３−３線に沿う断面図 インク供給系の構成を示した概要図 ヘッドのノズル面の一部拡大平面図 ヘッドのノズル面の一部拡大平面図 親水／撥水遷移領域の状態遷移図 ノズル周辺の拡大断面図 光照射方法の一例を示した説明図 光照射方法の他の例を示した説明図 ヘッド及び光源部を覆う筐体を簡略的に表した模式図 光照射方法の他の例を示した説明図 光照射方法の他の例を示した説明図 吸引動作の制御フローを示したフローチャート図 第２の実施形態に係るヘッドのノズル面の一部拡大平面図 第２の実施形態に係る親水／撥水遷移領域の状態遷移図 第２の実施形態に係るノズル周辺の拡大断面図 第２の実施形態に係る吸引動作の制御フローを示したフローチャート図

符号の説明

１０…インクジェット記録装置、５０…ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５５…共通流路、５６…振動板、５８…圧電素子、６４…キャップ、６６…クリーニングブレード、６７…吸引ポンプ、７０…親水／撥水遷移領域、７２…光照射部、７６…光源部

Claims (7)

1. 液体を吐出する複数のノズルと、
   ノズル開口面の各ノズルの開口周辺にそれぞれ形成され、親水状態と撥水状態を相互に遷移可能な親水／撥水遷移領域と、
   前記親水／撥水遷移領域を親水化又は撥水化させる切替手段と、
   前記ノズルの内外部の圧力差を制御する圧力制御手段と、を備え、
   異常ノズルの開口周辺の親水／撥水遷移領域が親水化され、且つ、正常ノズルの開口周辺の親水／撥水遷移領域が撥水化された状態で、前記圧力制御手段は前記正常ノズルの開口でメニスカスが維持されるように前記ノズルの内外部の圧力差を制御することを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記圧力制御手段は、前記ノズルの内外部の圧力差をΔＰ、前記親水／撥水遷移領域が親水状態のときに前記正常ノズルの開口でメニスカスが維持できる最低圧力差をΔＰ′、ノズル径をＤ、前記液体の表面張力をγとしたとき、次式 ΔＰ′＜｜ΔＰ｜＜（４γ／Ｄ） を満足するように制御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. 前記親水／撥水遷移領域は、第１の光照射によって親水化し、第２の光照射によって撥水化することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 前記親水／撥水遷移領域は、第１の光照射によって親水化し、所定の力が付与されると撥水化することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体吐出装置。
5. 前記親水／撥水遷移領域は、ワイピング動作により撥水化することを特徴とする請求項４に記載の液体吐出装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出装置において、
   異常ノズルの開口周辺の親水／撥水遷移領域が親水状態となり、且つ、正常ノズルの開口周辺の親水／撥水遷移領域が撥水状態となるように各親水／撥水遷移領域の状態切替を行う切替工程と、
   前記切替工程の後、メニスカスが前記正常ノズルの開口で維持されるように前記圧力差を制御する圧力制御工程と、
   前記圧力制御工程の後、全ての親水／撥水遷移領域を撥水化する撥水化工程と、
   を含むことを特徴とする液体吐出装置のメンテナンス方法。
   

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