JP2011046091A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過不足のないフラッシング処理を行うことができる液体噴射装置を提供する。
【解決手段】噴射対象の一種である記録紙に対してインクを噴射する第１の噴射モードとしての印刷モードの実行、及び、増粘したインクを排出するための第２の噴射モードとしてのフラッシングモードの実行を制御する制御部を備えたプリンターにおいて、ノズル２６から噴射されるインクの先端部から後端部までの連続長を液柱長さとして測定する液柱測定部４７を有し、制御部は、液柱測定部によって測定された液柱長さに基づいて、フラッシングモードの実行の要否を判断する。また、制御部は、測定された液柱長さに基づいてフラッシング条件を決定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、インクジェット式プリンター等の液体噴射装置に関するものであり、特に、ノズルから液体を強制的に噴射させることで増粘した液体を排出するフラッシング処理を行う液体噴射装置に関するものである。

例えば、液体噴射装置は、ノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドを備え、この液体噴射ヘッドから各種の液体を噴射する装置である。この液体噴射装置の代表的なものとして、液体噴射ヘッドとしてのインクジェット式記録ヘッド（以下、単に記録ヘッドという）を備え、この記録ヘッドのノズルから液体状のインクを記録紙等の記録媒体（着弾対象物）に対して噴射・着弾させることで画像等の記録を行うインクジェット式プリンター（以下、単にプリンターという。）等の画像記録装置を挙げることができる。また、近年においては、この画像記録装置に限らず、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造装置等、各種の製造装置にも液体噴射装置が応用されている。

上記記録ヘッドは、プリンターの電源がオフの状態、或いは、電源がオンの状態において印刷を行っていない待機状態のときには、ノズル面がキャップ部材によって封止（キャッピング）される。これにより、ノズルからインクの溶媒が蒸発することが抑制されるようになっている。ところが、印刷動作中（記録動作中）では、ノズル面がキャッピング状態から開放されるので、ノズルにおけるインクの自由表面、すなわちメニスカスは大気中に晒される。そのため、キャップ部材から開放されている期間中、時間の経過と共にインクの溶媒が徐々に蒸発することによりノズル近傍のインクの粘度が増加する。また、キャップ部材が保有していた水分が印字中に蒸発し、キャップ部材の保湿剤の濃度が上昇する。この状態でノズル面がキャップ部材によって封止（キャッピング）されると、キャップ部材の保湿剤がノズル面から水分を奪ってしまうためノズル近傍のインクの粘度が増加する。さらに、キャッピング中においても、インクの粘度の増加を完全に防止することはできない。このようなインクの増粘により、噴射されるインクの重量や飛翔速度が低下したり、インクが噴射されなかったり等の不具合（噴射障害）が生じる虞がある。

このような噴射障害を防止するために、この種のプリンターでは、記録動作とは関係なくノズルからインクを強制的に噴射させるフラッシング処理を行っている。具体的には、定期的に、記録紙等の記録媒体から外れた位置にあるキャップ部材などのインク受け部材まで記録ヘッドを移動させ、その位置でインク滴を噴射させることで増粘したインクを排出させて、上記の不具合を未然に防止している（例えば、特許文献１参照）。また、一連の記録動作が終了した場合に、上記キャップ部材によってキャッピングする直前に、上記の定期フラッシング処理の場合よりも多くのインクを噴射させることで増粘インクをより確実に排出するためのフラッシング処理も行われている。

特開平１０−１８１０４７号公報

従来のフラッシング処理では、一般的に、フラッシング条件、即ち、フラッシングを行うための駆動パルスの駆動電圧やフラッシングにおける噴射回数（フラッシングセグメント数）は一定の値に固定されている。これにより、インクの増粘状態によっては、フラッシングが不十分だったり、逆にフラッシングが余分であったりする可能性がある。フラッシングが不十分だった場合には、インクの増粘による噴射障害が生じる虞があるし、フラッシングが余分だった場合には、その分、インクを無駄に消費してしまう。

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、過不足のないフラッシング処理を行う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発生室の容積を変動させる圧力発生手段を駆動することで前記ノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッドと、
噴射対象に対して液体を噴射する第１の噴射モードの実行、及び、増粘した液体を排出するための第２の噴射モードの実行を制御する制御部と、
を備えた液体噴射装置であって、
前記ノズルから噴射される液体の先端部から後端部までの連続長を液柱長さとして測定する液柱測定手段を有し、
前記制御部は、前記液柱測定手段によって測定された前記液柱長さに基づいて、前記第２の噴射モードの実行の要否を判断することを特徴とする。

上記構成によれば、液柱長さの測定結果に基づいて前記第２の噴射モード実行の要否を判定するので、不必要な第２の噴射モードが実行されることがない。これにより、液体が無駄に消費されることが防止される。

上記実施形態において、前記制御部が、前記第２の噴射モードの実行が必要と判断した場合、前記液柱長さに基づいて前記第２の噴射モードでノズルから液体を噴射するための噴射条件を決定する構成を採用することが望ましい。
また、この構成において、前記噴射条件が、前記圧力発生手段を駆動するための駆動パルスの電圧、駆動パルスの電圧波形、又は、噴射回数の少なくとも何れか一つであることが望ましい。

上記構成によれば、液体の粘度と相関のある液柱長さに基づいて第２の噴射モードにおける噴射条件を決定するので、第２の噴射モードにおいて過不足のない噴射を行うことができる。これにより、第２の噴射モードで消費される液体の量を削減することができる。

また、上記実施形態において、前記制御部が、前記液柱測定手段によって測定された前記液柱長さに応じて、前記第２の噴射モードの終了の要否を判断する構成を採用することができる。

上記構成によれば、液柱測定手段によって測定された液柱長さに基づいて第２の噴射モードの終了の要否を判定するので、第２の噴射モードの過不足をより低減することができる。

さらに、上記実施形態において、前記液柱測定手段が、液柱長さの測定時に測定用駆動パルスを前記圧力発生手段に印加することによりノズルから液体を噴射させる構成を採用することもできる。

また、上記実施形態において、前記液体噴射ヘッドが複数のノズルを列設してなるノズル群を有し、前記液柱測定手段は、前記ノズル群における一又は複数のノズルから噴射される液体の液柱長さを測定する構成を採用することが望ましい。

上記構成において、前記液柱測定手段は、前記ノズル群を構成する複数のノズルについて液柱長さを測定する場合、測定対象の各ノズルについて個別に測定を行う構成を採用することができる。
この構成によれば、複数のノズルから同時に液体を噴射した場合における液柱長さや液体の飛翔速度等のばらつきの影響が無く、また、複数のノズルから同時に液体を噴射するときに生じる所謂クロストークの影響が無いため、より高い精度で液柱長さを測定することができる。

また、液柱測定手段は、前記ノズル群を構成する複数のノズルについて液柱長さを測定する場合、測定対象の各ノズルから同時に液体を噴射して測定を行う構成を採用することもできる。
この構成によれば、１回の測定でノズル群を構成する各ノズルに対する測定が完了するので、各ノズルを個別に測定する構成と比較して測定時間を短縮することができる。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 記録ヘッドの構成を説明する図である。 プリンターの電気的構成を説明するブロック図である。 液柱測定処理における装置構成を説明する模式図である。 測定用駆動パルスの構成を説明する波形図である。 インク粘度と液柱長さの関係を示すグラフである。 通常の印刷モードからフラッシングモードに切り替える際の処理の流れを示したフローチャートである。 フラッシング用駆動パルスの構成を説明する波形図である。 電圧設定テーブルを示す図である。 セグメント数設定テーブルを示す図である。 波形設定テーブルを示す図である。

以下、本発明を実施するための一形態を、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、以下においては、本発明の液体噴射装置として、インクジェット式記録装置（以下、プリンター）を例に挙げて説明する。

図１は、このプリンター１の基本構成を説明する斜視図である。この図１に示すように、プリンター１は、ガイド軸２に取り付けられたキャリッジ３を有し、その下面には記録ヘッド４（本発明における液体噴射ヘッドの一種）が取り付けられている。また、このキャリッジ３の内部にはインクカートリッジを着脱可能に保持するカートリッジホルダ部が設けられている（何れも図示せず）。そして、キャリッジ３は、キャリッジモーター（パルスモーター）５の回転軸に接合された駆動プーリー６と遊転プーリー７との間に掛け渡されたタイミングベルト８に接続されているので、キャリッジモーター５の駆動によって記録紙９（噴射対象の一種）の幅方向である主走査方向に移動する。

上記のインクカートリッジは、インク（本発明の液体の一種）を貯留する貯留部材である。このインクは、インク溶媒中に色材を溶解或いは分散させたものであり、例えば、色材として顔料や染料が用いられ、インク溶媒として水が用いられる。そして、このインクカートリッジがカートリッジホルダ部に装着されると、カートリッジホルダ部に設けられたインク供給針（図示せず）がインクカートリッジ内に挿入される。このインク供給針は記録ヘッド４内部のインク流路に連通されているため、インク供給針が挿入されると、インクカートリッジ内のインクが記録ヘッド４内に供給可能な状態になる。なお、プリンター本体（筐体）側にインクカートリッジが配置され、当該インクカートリッジ内のインクがインク供給チューブを通じて記録ヘッド４側に供給される構成を採用することもできる。

ガイド軸２の下方には、プラテン１１が設けられている。このプラテン１１は、記録紙９を下方から支持する板状部材である。このプラテン１１にはスポンジ等の吸液部材１２が敷設されている。このプラテン１１上において、記録紙９のサイズに応じた位置、具体的には、記録紙９の幅方向の端部よりもやや外側（図１において左側）に外れた位置には、フラッシング処理時の噴射インク滴を受けるフラッシングポジションとしてのインク受け部１１´が複数設けられている。フラッシング処理の詳細については後述する。吸液部材１２よりも紙送り上流側には、ガイド軸２と平行に紙送りローラー１３が配置されている。この紙送りローラー１３は、記録紙９の搬送時において、紙送りモーター１４（ステッピングモーター又はＤＣモーター）からの駆動力によって回転される。

キャリッジ３の移動範囲内であってプラテン１１よりも外側の位置には、ホームポジションが設定されている。記録ヘッド４は、待機状態においてホームポジションに位置付けられる。このホームポジションには、記録ヘッド４のノズル形成面（ノズルプレート１８）を払拭するためのワイパー機構１５と、印刷休止状態においてノズル形成面を封止可能なキャッピング機構１６とがガイド軸２に沿って横並びに配設されている。キャッピング機構１６は、エラストマーやゴムなどの弾性部材により上面が開放されたトレイ状に形成されたキャップ部材１６′を備えており、このキャップ部材１６′の開放面を記録ヘッド４のノズル形成面に押し付けることでキャッピングするようになっている。このキャッピング状態では、記録ヘッド４のノズル２６からインクの溶媒が蒸発することが抑制される。なお、キャップ部材１６′は、後述するフラッシング処理においてインク滴を受けるインク受部としても機能する。

図２は、上記記録ヘッド４の構成を説明する図であり、（ａ）は記録ヘッド４の平面図（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ′線断面図、図２（ｃ）は圧力発生室２３の幅方向（圧電素子短尺方向）の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド４は、流路形成基板１７、ノズルプレート１８、弾性体膜１９、絶縁体膜２０、圧電素子２１（本発明における圧力発生手段の一種）、及び、保護基板２２等を積層して構成されている。

流路形成基板１７は、本実施形態では面方位（１１０）のシリコン単結晶基板からなり、この流路形成基板１７には、複数の圧力発生室２３がその幅方向に並設されている。また、流路形成基板１７の圧力発生室２３の長手方向外側の領域には連通部２４が形成され、連通部２４と各圧力発生室２３とが、圧力発生室２３毎に設けられたインク供給路２５を介して連通されている。なお、連通部２４は、後述する保護基板２２のリザーバー部２９と連通して各圧力発生室２３の共通のインク室となるリザーバー３０の一部を構成する。インク供給路２５は、圧力発生室２３よりも狭い幅で形成されており、連通部２４から圧力発生室２３に流入するインクの流路抵抗を一定に保持している。

流路形成基板１７の開口面側には、各圧力発生室２３のインク供給路２５とは反対側の端部に連通するノズル２６が開設されたノズルプレート１８が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。一方、流路形成基板１７の開口面とは反対側には、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性体膜１９が形成され、この弾性体膜１９上には、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜２０が形成されている。また、この絶縁体膜２０上には、下電極膜２１ａと、圧電体層２１ｂと、上電極膜２１ｃとが積層状態で形成され、これらが圧電素子２１を構成している。一般的には、圧電素子２１の何れか一方の電極を共通電極とし、他方の電極及び圧電体層２１ｂを圧力発生室２３毎にパターニングして構成する。そして、パターニングされた何れか一方の電極及び圧電体層２１ｂから構成され、両電極への電圧の印加により圧電歪みが生じる部分を圧電体能動部という。本実施形態では、下電極膜２１ａは圧電素子２１の共通電極とし、上電極膜２１ｃを圧電素子２１の個別電極としているが、駆動回路や配線の都合によってこれを逆にする構成とすることもできる。何れの場合においても、圧力発生室２３毎に圧電体能動部が形成されていることになる。また、このような各圧電素子２１の上電極膜２１ｃには、例えば、金（Ａｕ）等からなるリード電極２７がそれぞれ接続されている。

ノズルプレート１８は、例えば、ステンレス鋼などの金属板やシリコン基板等から作製された板材であり、複数のノズル２６を列設してなるノズル列（ノズル群の一種）を有している。ノズル列は、例えば１８０個のノズル２６から成り、インクの種類毎、つまりインクの色毎に設けられる。なお、１つのノズル列が、複数のノズル２６の組から成るノズルブロックに複数区分され、各ブロックにそれぞれ異なる色が割り当てられる構成も採用することができる。

流路形成基板１７上の圧電素子２１側の面には、保護基板２２が接合されている。この保護基板２２において、圧電素子２１に対向する領域には、圧電素子２１の変位を阻害しない程度の大きさの空間となる圧電素子保持部２８が形成されている。圧電素子２１は、この圧電素子保持部２８内に収容される。さらに、保護基板２２には、流路形成基板１７の連通部２４に対応する領域にリザーバー部２９が設けられている。このリザーバー部２９は、保護基板２２を厚さ方向に貫通した貫通孔であり、平面視においては圧力発生室２３の並設方向に沿った細長い長方形状の開口形状を呈している。このリザーバー部２９は、流路形成基板１７の連通部２４と連通されて各圧力発生室２３の共通のインク室となるリザーバー３０を構成する。

また、保護基板２２の圧電素子保持部２８とリザーバー部２９との間の領域には、保護基板２２を厚さ方向に貫通する貫通孔３１が設けられ、この貫通孔３１内に下電極膜２１ａの一部及びリード電極２７の先端部が露出されている。そして、リード電極２７（上電極膜２１ｃ）と下電極膜２１ａとの間には、プリンター本体側の駆動信号発生回路４２（図３）からの駆動信号が印加される。保護基板２２上には、封止膜３２及び固定板３３とからなるコンプライアンス基板３４が接合されている。封止膜３２は、剛性が低く可撓性を有する材料（例えば、ポリフェニレンサルファイドフィルム）からなり、この封止膜３２によってリザーバー部２９の一方面が封止されている。また、固定板３３は、金属等の硬質の材料（例えば、ステンレス鋼等）で形成される。この固定板３３のリザーバー３０に対向する領域は、厚さ方向に完全に除去された開口部３５となっているため、リザーバー３０の一方面は可撓性を有する封止膜３２のみで封止されている。

上記構成の記録ヘッド４では、インクカートリッジからインクを取り込み、リザーバー３０からノズル２６に至るまで内部をインクで満たした後、プリンター本体側からの駆動信号の供給により、圧力発生室２３に対応するそれぞれの下電極膜２１ａと上電極膜２１ｃとの間に噴射パルスを印加し、弾性体膜１９、絶縁体膜２０、下電極膜２１ａ及び圧電体層２１ｂを撓み変形させることにより圧力発生室２３の容積が変動する。圧力発生室２３の容積が変動することで内部のインクの圧力が変動し、この圧力変動を制御することで、ノズル２６からインクが噴射（吐出）される。

次に、プリンター１の電気的構成について説明する。図３に示すように、プリンター１は、プリンターコントローラー３６と、プリントエンジン３７とを備えている。プリンターコントローラー３６は、図示しないホストコンピューター等からの印刷データ等を受信する外部インターフェース３８（外部Ｉ／Ｆ３８）と、各種データの記憶等を行うＲＡＭ３９と、各種データ処理のための制御ルーチン等を記憶したＲＯＭ４０と、ＣＰＵ等からなる制御部４１と、記録ヘッド４に供給する駆動信号を発生可能な駆動信号発生回路４２と、クロック信号を生成する発振回路４３と、印刷データや駆動信号等をプリントエンジン３７側に送信するための内部インターフェース４４（内部Ｉ／Ｆ４４）と、計時手段としてのタイマー回路４５等を備えている。そして、これらの各部は、内部バスを介して相互に電気的に接続されている。

制御部４１は、このプリンター１における各種制御を行う部分であり、プリントエンジン３７の各部を制御する。例えば、記録動作の制御では、図示しないホストコンピューターからの印刷データに基づいてドットパターンデータを生成し、生成したドットパターンデータを記録ヘッド４に転送する。また、キャリッジモーター５を動作させてキャリッジ３（即ち、記録ヘッド４）を移動させ、紙送りモーター１４を動作させて記録紙９を搬送させる。さらに、制御部４１は、以下で説明する液柱測定部４７による液柱長さ測定処理やフラッシング処理を制御する。

プリントエンジン３７は、キャリッジ３を移動させるキャリッジモーター５と、紙送りローラー１３を回転させる紙送りモーター１４と、インクの液柱長さを測定する液柱測定部４７と、記録ヘッド４の電気駆動系等を備えている。液柱測定部４７は、プリンターコントローラー３６と共に本発明の液柱測定手段の一部として機能する部分であり、ノズル２６からインクを捨て撃ちするフラッシング処理が行われるフラッシングポイント、例えば、キャッピング機構１６の近傍に設けられている。図４に示すように、この液柱測定部４７は、光源となる発光素子４８を有する発光ユニット４９と、受光した光の強度に応じた電圧の電気信号を出力可能な受光素子５０を有する受光ユニット５１を備えたフォトインタラプターから構成されている。発光ユニット４９と受光ユニット５１とは、互いにインク飛翔領域を間に挟む状態で記録ヘッド４のノズル列の両側に対を成すように向かい合わせで配置されている。本実施形態において、発光素子４８は、例えばレーザーダイオードであり、受光ユニット５１の対応する受光素子５０に光軸を向けた姿勢でインク飛翔方向に複数設けられている。同様に、発光ユニット４９の受光素子４８も発光素子４８に対応させてインク飛翔方向に複数設けられている。これらの発光素子４８と受光素子５０の組は、少なくとも、噴射されたインクの先端部から後端部までの連続長を検出できるような範囲に渡って配置される。

発光素子４８から照射されるレーザー光線は、インク飛翔領域に向けて照射されて、対応する受光素子５０に受光される。受光素子５０は、受光量（受光強度）に応じた電圧の信号を出力する。この受光量は、ノズル２６から噴射されてインク飛翔領域を飛翔するインクがレーザー光線を遮ることによって変化する。即ち、インクがレーザー光線を遮ることによって、受光量が減少するため、受光信号の電圧も低下する。受光信号は、プリンターコントローラー３６に出力される。したがって、プリンターコントローラー３６の制御部４１は、液柱測定部４７の受光素子５０から出力される信号の電圧の変化に基づいてノズル２６から噴射されたインクを検出することができる。

受光素子５０からの受光信号の電圧については閾値が設けられており、電圧が閾値以下となった場合にインクが検出されたと判定される。本実施形態のように、対を成す発光素子４８と受光素子５０の組がインク飛翔方向に複数設けられている構成では、インクが検出された受光素子５０の数に基づいて、ノズル２６から噴射されたインクの先頭部分から後端部分までの連続長さ（液柱長さ）を測定することができる。つまり、インクが検出された発光素子４８と受光素子５０の組のうち、最もノズル形成面（ノズルプレート１８）から離れた位置にある組と、最もノズル形成面に近い位置にある組との間の設置距離が、大凡の液柱長さとなる。したがって、発光素子４８と受光素子５０の組の設置数が多いほど、測定精度が向上する。なお、液柱長さについては、一組の発光素子４８と受光素子５０により測定することもできる。つまり、レーザー光線がインクにより遮られてから受光素子５０で再度受光されるまでの経過時間と飛翔速度の関係から間接的に液柱長さを算出することも可能である。

次に、上記の構成において、インクの増粘による噴射障害を防止又は回復するためのフラッシング処理について説明する。本発明に係るプリンター１は、インクの増粘状態に応じてフラッシング条件（第２の噴射モードにおける噴射条件）を最適化することにより、過不足のないフラッシング処理を行うことができるようになっている。

図７は、記録紙９に対してテキストや画像等の印刷を行う通常の印刷モード（本発明における第１の噴射モードに相当）からフラッシング処理を行うフラッシングモード（本発明における第２の噴射モードに相当）に切り替える場合の処理の流れを示したフローチャートである。
まず、印刷モードにおいて印刷が開始されると（Ｓ１）、キャップ部材１６′からノズル形成面が開放されてからの累積時間（累積印刷時間Ｔ１）がタイマー回路４５によって計時される。また、タイマー回路４５は、これとは別に、キャップ部材１６′によってノズル形成面がキャッピングされて印刷等が行われていなかった時間（休止時間Ｔ２）も計時している。プリンターコントローラー３６の制御部４１は、タイマー回路４５を監視し、フラッシング処理を行うタイミングが到来したか否かを判定する（Ｓ２）。上記の累積印刷時間Ｔ１と休止時間Ｔ２については、それぞれフラッシング処理を行うのに適した値が予め定められている。そして、ステップＳ２において、未だフラッシング処理を行う必要が無い、即ち、予め定められた時間に達していないと判定した場合、制御部４１は、印刷処理を続行すると共にタイマー回路４５の監視を続ける。一方、フラッシング処理を行うタイミングが到来した、即ち、予め定められた経過時間に達したと判定した場合、制御部４１は、上記液柱測定部４７による液柱長さ測定処理に移る（Ｓ３）。

液柱長さ測定処理では、記録ヘッド４がフラッシングポイント、例えば、キャッピング機構１６のキャップ部材１６′の上方に位置付けられる。図４に示すように、キャッピング機構１６は、記録ヘッド４から噴射されるインクがキャップ部材１６′に着弾可能な位置まで図示しない昇降機構によってキャップ部材１６′を上昇させて、記録ヘッド４のノズル形成面に非接触状態で対向させる。そして、測定用駆動信号に含まれる測定用駆動パルスＰｄを用いて圧電素子２１を駆動することによりノズル２６からインクが噴射される。

図５は、測定用駆動パルスＰｄの構成を説明する波形図である。本実施形態における測定用駆動パルスＰｄは、印刷処理で比較的大きいドットを形成するための大ドット用駆動パルスと同一波形となっている。より具体的には、基準電位Ｖｃ１から第１膨張電位ＶＬ１まで比較的緩やかな勾配で電位が下降する第１膨張要素ｐ１１と、第１膨張電位ＶＬ１を所定時間保持する第１膨張ホールド要素ｐ１２と、第１膨張電位ＶＬ１から第１収縮電位ＶＨ１まで急勾配で電位を上昇させる第１収縮要素ｐ１３と、第１収縮電位ＶＨ１を所定時間保持する第１収縮ホールド要素ｐ１４と、第１収縮電位ＶＨ１から基準電位Ｖｃ１まで電位を下降させる第１復帰要素ｐ１５とを含む電圧波形で測定用駆動パルスＰｄが構成されている。このように測定用駆動パルスＰｄを大ドット用駆動パルスと同一波形としたのは、噴射するインクの量が多いほど液柱の長さが長くなるので、液柱長さを観察しやすいからである。

測定用駆動パルスＰｄが圧電素子２１に供給されると、まず第１膨張要素ｐ１１により圧電素子２１の中央部が圧力発生室２３から遠ざかる方向に撓んで弾性体膜１９を変形させる。これにより、圧力発生室２３が比較的緩やかに膨張し圧力発生室２３が減圧される。圧力発生室２３の膨張状態は、第１膨張ホールド要素ｐ１２の圧電素子２１への供給期間に亘って維持される。その後、第１収縮要素ｐ１３によって圧電素子２１の中央部が圧力発生室２３側に撓み、圧力発生室２３がごく短時間で収縮する。第１収縮要素ｐ１３の供給により、圧力発生室２３内のインクが急激に加圧されてノズル１２からインクが押し出される。圧力発生室２３の収縮状態は、第１収縮ホールド要素ｐ１４の供給期間に亘って維持される。この間に、ノズル１２から押し出された液柱部分がメニスカスから分離してインク滴として噴射される。その後、第１復帰要素ｐ１５によって圧力発生室２３が緩やかに膨張して基準容積まで復帰し、噴射された後のインクの振動が収束される。

上記の測定用駆動パルスＰｄを用いてノズル２６から噴射された直後のインクは、図４に示すように、飛翔方向に細長く連続した液柱状を呈する。そして、図６に示すように、インクの粘度と液柱長さには相関があり、インクの粘度が上昇するほど液柱が長くなる。したがって、ノズル２６から噴射されたインクの液柱長さを測定することで、その時点におけるインクの粘度を間接的に把握することができる。本実施形態の場合、液柱測定部４７において、インクが検出された受光素子５０の数に基づいて、ノズル２６から噴射されたインクの液柱長さを測定（推定）することができる。この液柱長さの測定はノズル列毎に行われる。

この場合、ノズル列を構成するノズル２６のうちの何れか１つのノズル２６から単独でインクを噴射して測定する方法（第１の方法）と、ノズル列を構成する全てのノズル２６から同時にインクを噴射して測定する方法（第２の方法）と、ノズル列を複数のノズルの組から成るブロックに区分けしてブロック毎に測定する方法（第３の方法）の３つに大別される。第１の方法は、複数のノズル２６から同時にインクを噴射した場合における液柱長さやインク飛翔速度等のばらつきの影響が無く、また、複数のノズル２６から同時にインクを噴射するときに生じる所謂クロストークの影響が無いため、最も高い精度で液柱長さを測定することができる。

ノズル列を構成する各ノズル２６のうちの一部のノズル２６に対してのみ測定を行う場合、測定時の噴射によって消費されるインクの量を低減することができる。ただし、液柱長さの測定時にインクを噴射することによっても当該ノズル２６近傍のインクに粘度変化が生じるので、即ち、インクを噴射したノズル２６の近傍のインク粘度が低下するので、各ノズル２６のインクの粘度を揃えるべく、最終的にはノズル列の全てのノズル２６から同じ量だけそれぞれインクを噴射することが望ましい。この場合、全てのノズル２６について逐次測定して各測定結果の平均を採用しても良い。全てのノズル２６に対して逐次個別に液柱長さの測定を行うことにより、インクの重量やインクの飛翔速度が基準値よりも著しく変動しているノズル２６やインクが噴射されないノズル２６を検出することもできる。即ち、液柱測定部４７を、噴射不良を検出する手段としても利用することができる。なお、噴射不良の検出が不要である場合、１つのノズル２６についての測定結果を代表として採用し、残りのノズル２６については測定を行わずに捨て撃ちとしても良い。これにより、測定時間を短縮することができる。

第２の方法は、各ノズル２６間の液柱長さのばらつきや飛翔速度のばらつきが測定結果に多少反映されるため、第１の方法よりも測定精度は低下する反面、１回の測定でノズル列を構成する全てのノズル２６に対する測定が完了するので、測定時間を第１の方法の場合よりも短縮することができる。なお、上記ばらつきに関しては、測定精度が著しく低下するほど大きくなることは無いので測定上問題は無い。
第３の方法は、ノズル列が複数のノズルブロックに区分されて各ブロックにそれぞれ異なる色のインクが対応している構成に対して好適である。なお、ノズル列における「ブロック」には、隣接するノズルの組には限らず、例えば、１つ或いは複数個おきのノズルの組なども含まれる。

このようにして、液柱長さが測定されたならば、続いて、制御部４１は、測定結果に基づいてフラッシング処理の要否を判定する（Ｓ４）。例えば、液柱長さの測定結果が判定基準値よりも小さい場合、制御部４１はフラッシング処理を行う必要が無いと判定し、フラッシングモードへの切替は行わずに一連の処理を終了する。その後は、印刷処理等を続行すると共にタイマー回路４５の監視を続ける。このように、液柱長さの測定結果に基づいてフラッシングの要否（印刷モードからフラッシングモードへの切替の要否）を判定することにより、不必要なフラッシング処理が行われることが防止される。一方、液柱長さの測定結果が判定基準値よりも大きい場合、制御部４１はフラッシング処理を行う必要があると判定し、印刷モードからフラッシングモードへ切り替えて、ステップＳ５のフラッシング条件決定処理に移る。

図８は、フラッシング処理で使用されるフラッシング用駆動信号に含まれるフラッシング用駆動パルスＰｆの一例を説明する波形図である。本実施形態におけるフラッシング用駆動パルスＰｆは、印刷処理で比較的小さいドットを形成するための小ドット駆動パルスと同一波形となっている。より具体的には、基準電位Ｖｃ２から第１中間膨張電位ＶＭ１まで比較的緩やかな勾配で電位が下降する前側膨張要素ｐ２１と、第１中間膨張電位ＶＭ１から第２膨張電位ＶＬ２まで前側膨張要素ｐ２１よりも急峻な勾配で電位が降下する後側膨張要素ｐ２２と、第２膨張電位ＶＬ２を所定時間保持する第２膨張ホールド要素ｐ２３と、第２膨張電位ＶＬ２から第２収縮電位ＶＨ２まで急勾配で電位を上昇させる第２収縮要素ｐ２４と、第２収縮電位ＶＨ２を所定時間保持する第２収縮ホールド要素ｐ２５と、第２収縮電位ＶＨ２から第２中間電位ＶＭ２まで電位を下降させる引き込み膨張要素ｐ２６と、第２中間電位ＶＭ２を所定時間維持する引き込み維持要素ｐ２７と、第２中間電位ＶＭ２から制振膨張電位Ｖｒまで電位が上昇する制振膨張要素ｐ２８と、制振膨張電位Ｖｒを所定時間保持する制振ホールド要素ｐ２９と、制振膨張電位Ｖｒから基準電位Ｖｃ２まで電位が復帰する制振復帰要素ｐ３０と、を含む電圧波形でフラッシング用駆動パルスＰｆが構成されている。このフラッシング用駆動パルスＰｆを小ドット駆動パルスと同一波形としたのは、大ドット駆動パルスや測定用駆動パルスＰｄよりも噴射時の流速が速いため、増粘したインクを効率良く排出することができるからである。

フラッシング用駆動パルスＰｆが圧電素子２１に印加されると、まず、前側膨張要素ｐ２１によって圧電素子２１の中心部が圧力発生室２３から離隔する方向に撓み、これにより圧力発生室２３が基準電位Ｖｃ２に対応する基準容積から第１中間膨張電位ＶＭ１に対応する第１中間膨張容積まで膨張する。この膨張により、ノズル２６のメニスカスが圧力発生室２３側に比較的ゆっくり引き込まれる。続いて、後側膨張要素ｐ２２によって圧電素子２１が圧力発生室２３から離隔する方向にさらに急速に撓む。これにより、第１中間膨張容積から第２膨張電位ＶＬ２に対応する最大膨張容積まで急激に膨張し、メニスカスが圧力発生室２３側に大きく引き込まれる。この圧力発生室２３の膨張状態は、第２膨張ホールド要素ｐ２３の供給期間中に亘って維持される。その後、第２収縮要素ｐ２４により圧電素子２１の中心部が圧力発生室２３側に近接する方向に撓む。この圧電素子２１の変位により、圧力発生室２３は最大膨張容積から第２収縮電位ＶＨ２に対応する収縮容積まで急激に収縮される。この圧力発生室２３の急激な収縮により圧力発生室２３内のインクが急激に加圧されてノズル２６からインク（液柱）が押し出される。圧力発生室２３の収縮状態は、第２収縮ホールド要素ｐ２５の供給期間に亘って維持される。

続いて、引き込み膨張要素ｐ２６により圧電素子２１の中心部が圧力発生室２３から離隔する方向に少しだけ撓み、圧力発生室２３が収縮容積から第２中間電位ＶＭ２に対応する第２中間膨張容積まで膨張する。これにより、メニスカスが圧力発生室２３側に引き込まれる。そして、ノズル２６から押し出された液柱がメニスカスから分離して、インク滴として噴射される。第２中間膨張容積は、引き込み維持要素ｐ２７によって所定時間だけ維持される。その後、制振膨張要素ｐ２８によって圧電素子２１の中心部が圧力発生室２３から離隔する方向に撓み、圧力発生室２３が第２中間膨張容積から制振膨張電位Ｖｒに対応する制振膨張容積まで膨張する。ここで、インク噴射後の残留振動を打ち消すようなタイミングで制振膨張要素ｐ２８が圧電素子２１に印加されるように、引き込み維持要素ｐ２７の時間幅ｐｗｈが調整されている。そして、制振膨張容積が制振ホールド要素ｐ２９によって所定時間維持された後、制振復帰要素ｐ３０によって圧電素子２１が圧力発生室に近接する方向に撓み、圧力発生室２３が制振膨張容積から基準容積まで復帰する。

上記のフラッシング用駆動パルスＰｆの駆動電圧Ｖｆ（第２膨張電位ＶＬ２から第２収縮電位ＶＨ２までの電位差）については基準値が予め定められている。そして、フラッシング条件決定処理において制御部４１は、液柱長さ測定処理で得られた結果に基づき、フラッシング条件として駆動電圧Ｖｆを決定する。具体的には、図９に示すように液柱長さと、インク粘度と、基準値に対する電圧補正値とが対応付けられた電圧設定テーブルを参照して、液柱長さ測定処理で得られた結果に対応する補正値を基準値に加えて得られた値をフラッシング用駆動パルスＰｆの駆動電圧Ｖｆの適正値とする。

フラッシング条件を決定したならば、当該フラッシング条件の下でフラッシング処理が実行される（Ｓ６）。このフラッシング処理では、制御部４１は、フラッシング条件決定処理で駆動電圧Ｖｆが設定されたフラッシング用駆動信号を繰り返し圧電素子２１に印加することで、各ノズル２６に対して規定回数だけ連続してインクを噴射させる。このフラッシング時の噴射回数をフラッシングセグメントと呼ぶ。そして、このようなフラッシング処理を行うことにより増粘したインクがノズル２６から排出され、インクの粘度増加による噴射障害が未然に防止される。本発明に係るプリンター１では、インクの粘度と相関のある液柱長さに基づいてフラッシング条件を決定するので、過不足のないフラッシング処理を行うことができる。これにより、フラッシング処理で消費されるインクの量を削減することができる。

上記のようにしてフラッシング処理を実行したならば、一連の処理が終了される。
なお、フラッシング処理の後、ステップＳ３に戻り、液柱測定部４７による液柱長さ測定処理を再度実行することが望ましい。そして、この測定結果に基づいて、制御部４１はフラッシング処理の要否を判定する（Ｓ４）。即ち、液柱長さの測定結果が判定基準値よりも小さい場合、制御部４１はこれ以上フラッシング処理を行う必要が無いと判定し、フラッシングモードを終了する。その後は、印刷モードに切り替え、印刷処理を続行すると共にタイマー回路４５の監視を続ける。一方、液柱長さの測定結果が判定基準値よりも大きい場合、制御部４１はさらにフラッシング処理を行う必要があると判定し、ステップＳ５のフラッシング条件決定処理に移る。このようにして、規定量のフラッシング処理を行う毎に液柱長さを測定し、測定結果に基づいてフラッシングモードの終了の要否を判定するので、より過不足のないフラッシング処理を行うことができる。

なお、フラッシング条件に関し、上記第１実施形態では、フラッシング用駆動パルスＰｆの駆動電圧Ｖｆを液柱長さに応じて決定する構成を例示したが、これには限られない。例えば、フラッシング処理における噴射回数（フラッシングセグメント数）をフラッシング条件とすることも可能である。より具体的には、制御部４１は、図１０に示すように、液柱長さと、インク粘度と、フラッシングセグメント数とが対応付けられたセグメント数設定テーブルを参照して、液柱長さ測定処理で得られた結果に対応するセグメント数をフラッシング条件とし、フラッシング処理ではフラッシング用駆動パルスＰｆの駆動電圧Ｖｆは基準値で固定として、フラッシング条件として決定されたセグメント数だけインクの噴射を行う構成を採用することもできる。即ち、測定された液柱長さが長いほどインクの粘度が高くなるので、これに応じてフラッシングセグメント数を増加させることにより、適切なフラッシング処理を行うことができる。

また、駆動電圧Ｖｆ以外のフラッシング用駆動パルスＰｆの電圧波形、即ち、各波形要素の時間幅や傾きなどをフラッシング条件とすることも可能である。例えば、図１１に示すように、液柱長さと、インク粘度と、フラッシング用駆動パルスＰｆの引き込み維持要素ｐ２７の時間幅ｐｗｈとが対応付けられたｐｗｈ設定テーブルを参照して、液柱長さ測定処理で得られた結果に対応する時間幅ｐｗｈをフラッシング条件としてフラッシング用駆動パルスＰｆに設定し、当該フラッシング用駆動パルスＰｆを用いてフラッシング処理を行う構成を採用することもできる。この構成では、引き込み維持要素ｐ２７の時間幅ｐｗｈを変更することにより、噴射後の残留振動を適切に制御することができる。基準となるフラッシング用駆動パルスＰｆでは、上述したようにインク噴射後の残留振動を打ち消すようなタイミングで制振膨張要素ｐ２８が圧電素子２１に印加されるように時間幅ｐｗｈが調整されている。一方、インクの増粘が進むと残留振動の周期が長くなるため時間幅ｐｗｈを調整する必要がある。したがって、液柱長さが長いほど、残留振動が大きくなるようなｐｗｈを設定することで、適切なフラッシング処理を行うことができる。
さらに、フラッシング条件としては、例示したフラッシング用駆動パルスＰｆの駆動電圧Ｖｆ、電圧波形、フラッシングセグメント数を組み合わせることもできる。

また、上記第１実施形態では、液柱長さ測定処理（Ｓ３）を行った後、フラッシング条件を決定（Ｓ５）してからフラッシング処理（Ｓ６）を実行する構成を例示したが、これには限られず、例えば、フラッシング処理中に液柱長さ測定処理を実行する構成を採用することも可能である。この構成では、例えば、フラッシングタイミングが到来した場合に、まず制御部４１は、累積印刷時間Ｔ１と休止時間Ｔ２と、フラッシング用駆動パルスＰｆの駆動電圧Ｖｆの基準値に対する電圧補正値とが対応付けられた初期電圧設定テーブルを参照して、タイマー回路４５から得られた時間Ｔ１，Ｔ２の組み合わせに対応する電圧補正値を基準値に加えて得られた値をフラッシング用駆動パルスＰｆの駆動電圧Ｖｆの初期値とする。そして、当該フラッシング用駆動パルスＰｆを用いてフラッシング処理を行い、このフラッシング処理中に噴射されたインクの液柱長さを液柱測定部４７によって測定し、その測定結果に基づいて以降のフラッシング処理におけるフラッシング条件を決定する。この構成によれば、液柱長さ測定処理を単独で行わない分、インクの消費を低減することができる。

また、上記第１実施形態では印刷開始後にフラッシング処理が必要かどうか判断しているが、これに限られるものでない。例えば、印字休止中に印字開始命令があった場合にフラッシング処理が必要かどうか判断し、フラッシング処理を実行する構成を採用することもできる。印字開始前にフラッシング処理が行われているので、速やかに印字処理に移行することができる。

さらに、液柱測定部４７に関し、上記第１実施形態では、フォトインタラプターで構成した例を示したが、これには限られない。例えば、液柱測定部４７をカメラによって構成し、当該カメラによってノズル２６から噴射されるインクを撮像し、撮像した画像に基づいて液柱長さを測定する構成を採用することも可能である。この構成によれば、フォトインタラプターで液柱長さを測定する構成と比較して、測定精度を高めることができる。

また、上記各実施形態では、圧力発生手段として、所謂撓み振動型の圧電素子２１を例示したが、これには限られず、例えば、所謂縦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、図５及び図８で例示した駆動パルスに関し、電位の変化方向、つまり上下が反転した波形となる。

さらに、以上では、液体噴射装置の一種であるインクジェット式プリンター１を例に挙げて説明したが、本発明は、噴射する液体の増粘が問題となる他の液体噴射装置にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレー等のカラーフィルタを製造するディスプレー製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレーやＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極を形成する電極製造装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置，ごく少量の試料溶液を正確な量供給するマイクロピペットにも適用することができる。そして、ディスプレー製造装置では、色材吐出ヘッドからＲ（Ｒｅｄ）・Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）・Ｂ（Ｂｌｕｅ）の各色材の溶液を吐出する。また、電極製造装置では、電極材吐出ヘッドから液状の電極材料を吐出する。チップ製造装置では、生体有機物吐出ヘッドから生体有機物の溶液を吐出する。

１…プリンター，４…記録ヘッド，１６…キャッピング機構，１６′…キャップ部材，１８…ノズルプレート，２１…圧電素子，２３…圧力発生室，２６…ノズル，３６…プリンターコントローラー，４７…液柱測定部，４８…発光素子，４９…発光ユニット，５０…受光素子，５１…受光ユニット

Claims (8)

1. ノズルに連通する圧力発生室の容積を変動させる圧力発生手段を駆動することで前記ノズルから液体を噴射する液体噴射ヘッドと、
   噴射対象に対して液体を噴射する第１の噴射モードの実行、及び、増粘した液体を排出するための第２の噴射モードの実行を制御する制御部と、
   を備えた液体噴射装置であって、
   前記ノズルから噴射される液体の先端部から後端部までの連続長を液柱長さとして測定する液柱測定手段を有し、
   前記制御部は、前記液柱測定手段によって測定された前記液柱長さに基づいて、前記第２の噴射モードの実行の要否を判断することを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記制御部は、前記第２の噴射モードの実行が必要と判断した場合、前記液柱長さに基づいて、前記第２の噴射モードでノズルから液体を噴射するための噴射条件を決定することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記噴射条件は、前記圧力発生手段を駆動するための駆動信号の電圧、駆動信号の電圧波形、又は、噴射回数の少なくとも何れか一つであることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射装置。
4. 前記制御部は、前記液柱測定手段によって測定された前記液柱長さに応じて、前記第２の噴射モードの終了の要否を判断することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の液体噴射装置。
5. 前記液柱測定手段は、液柱長さの測定時に測定用駆動信号を前記圧力発生手段に印加することによりノズルから液体を噴射させることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の液体噴射装置。
6. 前記液体噴射ヘッドは、複数のノズルを列設してなるノズル群を有し、
   前記液柱測定手段は、前記ノズル群における一又は複数のノズルから噴射される液体の液柱長さを測定す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. 前記液柱測定手段は、前記ノズル群を構成する複数のノズルについて液柱長さを測定する場合、測定対象の各ノズルについて個別に測定を行うことを特徴とする請求項６に記載の液体噴射装置。
8. 前記液柱測定手段は、前記ノズル群を構成する複数のノズルについて液柱長さを測定する場合、測定対象の各ノズルから同時に液体を噴射して測定を行う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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