JP2011073390A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体流路内に混入した気泡の排出性を向上させることが可能な液体噴射装置を提供する。
【解決手段】圧力室及びノズル開口を含む一連の液体流路及び圧力室内のインクに圧力変動を生じさせる圧電振動子を有し、圧電振動子の駆動によってノズル開口からインク滴を吐出する記録ヘッドと、圧電振動子を駆動する駆動パルスを含む駆動信号を発生可能な駆動信号発生回路と、駆動信号中の駆動パルスを圧電振動子に供給する制御部と、記録ヘッドのノズル形成面を封止するキャッピング機構と、を備えるプリンターであって、駆動パルスは、インク滴を吐出させるための吐出駆動パルスよりも圧力室内のインクに生じる圧力変動が高められるように設定され、液体流路内の気泡を除去するための気泡除去用駆動パルスＤＰを含み、キャッピング機構は、気泡除去用駆動パルスＤＰによる圧電振動子の駆動が行なわれる場合に、記録ヘッドのノズル開口を封止する。
【選択図】図５

Description

本発明は、インクジェット式記録ヘッドなどノズル開口から液体を噴射する液体噴射ヘッドを備えた液体噴射装置に関する。

圧力発生室内の液体に圧力変動を生じさせることでノズル開口から液滴として吐出（噴射）させる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吐出する液体噴射装置の代表的なものとしては、例えば、噴射対象物（記録媒体）としての記録紙等に対してインクを噴射・着弾させて記録を行うインクジェット式記録装置（以下、プリンター）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、各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレー、プラズマディスプレー、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレー、或いはＦＥＤ（面発光ディスプレー）等のディスプレー製造装置においては、色材や電極等の液体状の各種材料を、画素形成領域や電極形成領域等に対して噴射するためのものとして、液体噴射装置が用いられている。

上記の記録ヘッドでは、自然蒸発によるインクの増粘固着や、インクに混入した気泡の圧力変動の吸収による圧力損失などによって、記録ヘッドがインクの吐出不良を発生させる等の不具合を招く虞がある。

このようなインクの吐出不良を防止するため、種々のメンテナンス処理が実行されている。例えば、圧力発生素子を駆動させることで圧力発生室内に圧力変動（圧力変化）を与え、吐出されたインクを受けるインク受部上にノズル開口から液滴の空吐出（捨て打ち）を行う（以下、フラッシングという）ことによって、増粘したインクやインクに混入した気泡を強制的に除去するように構成された記録ヘッドが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−７３０７４号公報

しかしながら、上記の記録ヘッドでは、フラッシングによる圧力発生室内に与える圧力変動が小さい場合には、気泡を十分に排出することが困難となり、インクを無駄に消費してしまう問題があった。そして、圧力発生室内に急激に圧力変化を与えた場合には、インク吐出後のノズル開口内のインクの自由表面（メニスカス）が壊され、圧力発生室内に逆に気泡を取り込んでしまうことがあり、この結果、吐出不良が増加するおそれがあった。

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、液体流路内に混入した気泡の排出性を向上させることが可能な液体噴射装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の液体噴射装置は、圧力室及びノズル開口を含む一連の液体流路、及び、前記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駆動によって前記ノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドと、
前記圧力発生手段を駆動する駆動パルスを含む駆動信号を発生可能な駆動信号発生手段と、
前記駆動信号発生手段によって発生された駆動信号中の駆動パルスを前記圧力発生手段に供給する駆動制御手段と、
前記液体噴射ヘッドのノズル形成面を封止する封止手段と、
を備える液体噴射装置であって、
前記駆動パルスは、液滴を吐出させるための吐出駆動パルスよりも前記圧力室内の液体に生じる圧力変動が高められるように設定され、前記液体流路内の気泡を除去するための気泡除去用駆動パルスを含み、
前記封止手段は、前記気泡除去用駆動パルスによる前記圧力発生手段の駆動が行なわれる場合に、前記液体噴射ヘッドのノズル開口を封止することを特徴とする。

上記構成によれば、駆動パルスは、液滴を吐出させるための吐出駆動パルスよりも圧力室内の液体に生じる圧力変動が高められるように設定され、液体流路内の気泡を除去するための気泡除去用駆動パルスを含み、封止手段は、気泡除去用駆動パルスによる圧力発生手段の駆動が行なわれる場合に、液体噴射ヘッドのノズル開口を封止した状態にするので、ノズル開口が開放された状態とする場合よりも、気泡除去用駆動パルスを供給することによって生じる圧力室内の圧力変動を高めることができる。これにより、液体流路内の気泡の排出性を向上させることができる。また、気泡除去用駆動パルスを供給する際に、ノズル開口から液体を吐出させないので、液体の無駄な消費を抑制することができる。

また、上記構成において、前記気泡除去用駆動パルスの前記圧力発生手段への発生周期をＴ、前記圧力室内の液体の固有振動周期をＴｃとしたときに、
前記気泡除去用駆動パルスの前記発生周期を、以下の式（１）の範囲に設定することが望ましい。
（ｎ−１／４）Ｔｃ＜Ｔ＜（ｎ＋１／４）Ｔｃ…（１）

この構成によれば、気泡除去用駆動パルスによって生じる圧力室内の圧力変動と、圧力室内の固有振動周期とを共振させることができ、これにより、圧力室内の圧力変動をより高めることができる。その結果、液体流路内に混入した気泡の排出性を向上させることができる。

また、上記構成において、前記液体流路における前記圧力室よりも上流側に、前記液体が下流側に流動することを許容すると共に、該液体が上流側に逆流することを規制する逆流規制手段を備えることが望ましい。

この構成によれば、液体流路における圧力室よりも上流側に、液体が下流側に流動することを許容すると共に、液体が上流側に逆流することを規制する逆流規制手段を備えるので、気泡除去用駆動パルスによって圧力室内に生じた圧力変動が逆流規制手段よりも上流側に逃げることを規制することができる。これにより、圧力室内の圧力変動をより高めることができ、液体流路内に混入した気泡の排出性を向上させることができる。

また、上記構成において、前記液体流路における前記圧力室よりも上流側に、前記液体の流動又は非流動を切り替え可能な流動切替手段を備え、
前記流動切替手段は、前記気泡除去用駆動パルスによる前記圧力発生手段の駆動が行なわれる場合に非流動状態にすることが望ましい。

この構成によれば、液体流路における圧力室よりも上流側に、液体の流動又は非流動を切り替え可能な流動切替手段を備え、流動切替手段は、気泡除去用駆動パルスによる圧力発生手段の駆動が行なわれる場合に非流動状態にするので、気泡除去用駆動パルスによって圧力室内に生じた圧力変動が流動切替手段よりも上流側に逃げることを規制することができる。これにより、圧力室内の圧力変動をより高めることができ、液体流路内に混入した気泡の排出性を向上させることができる。

プリンターの構成を説明する平面図である。 記録ヘッドの要部断面図である。 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。 キャッピング機構を説明する断面図である。 気泡除去用駆動パルスの構成を説明する波形図である。 気泡除去用駆動パルスによる圧力室内の圧力変動を示すグラフである。 発生周期の異なる気泡除去用駆動パルスによる圧力室内の圧力変動を示すグラフである。 さらに別の発生周期の気泡除去用駆動パルスによる圧力室内の圧力変動を示すグラフである。 第２の実施形態におけるキャップ機構を説明する断面図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面等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、図１に示すインクジェット式記録装置（以下、プリンターと略記する）に適用した場合を例示する。

図１は液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッドを搭載するプリンターの構成を示す平面図である。まず、記録ヘッドを搭載するプリンターの概略構成について、図１を参照して説明する。例示したプリンター１は、記録紙等の記録媒体（着弾対象物：図示せず）の表面へ液体状のインク滴（本発明における液滴に相当）を吐出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、フレーム２と、このフレーム２内に配設されたプラテン３とを備えており、紙送りモーターの駆動により回転する紙送りローラー（何れも図示せず）によってプラテン３上に記録紙が搬送されるようになっている。また、フレーム２内には、プラテン３と平行にガイドロッド４が架設されており、このガイドロッド４には、記録ヘッド１０を備えたキャリッジ５が摺動可能に支持されている。このキャリッジ５は、パルスモーター６の駆動によって回転する駆動プーリー７と、この駆動プーリー７とはフレーム２における反対側に設けられた遊転プーリー８との間に架設されたタイミングベルト９に接続されている。そして、キャリッジ５は、パルスモーター６を駆動することで、ガイドロッド４に沿って紙送り方向と直交する主走査方向に往復移動するように構成されている。

フレーム２の一側には、インク（本発明の液体の一種）を貯留するインクカートリッジ１３を着脱可能に搭載するカートリッジホルダー１４が設けられている。インクカートリッジ１３は、エアチューブ１５を介してエアポンプ１６と接続されており、このエアポンプ１６からの空気が各インクカートリッジ１３内に供給される。そして、この空気によるインクカートリッジ１３内の加圧により、インク供給チューブ１７（本発明における液体流路の一部に相当）を通じて記録ヘッド１０側にインクが供給（圧送）されるように構成されている。

インク供給チューブ１７は、例えば、シリコン等の合成樹脂で作製された可撓性を有する中空部材であり、このインク供給チューブ１７の内部には、各インクカートリッジ１３に対応するインク流路が形成されている。また、インク供給チューブ１７のインクカートリッジ１３と記録ヘッド１０との間、即ち、インク供給チューブ１７における記録ヘッド１０よりも上流側には、逆止弁（自己封止弁）１１（本発明における逆流規制手段に相当）を配設している。逆止弁１１は、インク供給チューブ１７のインク流路を通じて記録ヘッド１０側（下流側）にインクが流動することを許容する一方、インクカートリッジ１３側（上流側）にインクが逆流して流動することを規制する。また、プリンター１本体側と記録ヘッド１０側との間には、プリンター１本体側の制御部５６（図３参照）から記録ヘッド１０側に駆動信号等を伝送するためのＦＦＣ（フレキシブルフラットケーブル）１８が配線されている。

また、記録ヘッド１０の移動範囲内であってプラテン３よりも外側には、記録ヘッド１０の走査起点となるホームポジションが設定してある。このホームポジションには、キャッピング機構１２（本発明における封止手段に相当）が設けられている。このキャッピング機構１２は、吸引キャップ部材１２´によって記録ヘッド１０のノズル形成面３２ａ（図２参照）を封止し、ノズル開口３５からのインク溶媒の蒸発を防止する。また、キャッピング機構１２は、封止状態のノズル面に負圧を与えてノズル開口１２からインクを強制的に吸引排出することで、増粘したインクやインクに混入した気泡を除去するための後述するクリーニング処理に用いられる。なお、吸引キャップ部材１２´は、インク滴の空吐出（捨て打ち）を行うことで、増粘したインクやインクに混入した気泡を排除（除去）するための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け部として用いられる。

図２は上記の記録ヘッド１０の要部断面図である。本実施形態における記録ヘッド１０は、圧電振動子群２２、固定板２３、及び、フレキシブルケーブル１８等をユニット化した振動子ユニット２５と、この振動子ユニット２５を収納可能なヘッドケース２６と、リザーバー（共通インク室）３６から圧力室３８を通りノズル開口３５に至る一連のインク流路（本発明における液体流路の一部）を形成する流路ユニット２７とを備えて構成される。

まず、振動子ユニット２５について説明する。圧電振動子群２２を構成する圧電振動子３０（本発明における圧力発生手段の一種）は、縦方向に細長い櫛歯状に形成されており、数十μｍ程度の極めて細い幅に切り分けられている。そして、この圧電振動子３０は縦方向に伸縮可能な縦振動型の圧電振動子として構成されている。各圧電振動子３０は、固定端部を固定板２３上に接合することにより、自由端部を固定板２３の先端縁よりも外側に突出させて所謂片持ち梁の状態で固定されている。そして、各圧電振動子３０における自由端部の先端は、後述するように、それぞれ流路ユニット２７におけるダイヤフラム部４２を構成する島部４４に接合される。フレキシブルケーブル１８は、固定板２３とは反対側となる固定端部の側面で圧電振動子３０と電気的に接続されている。また、各圧電振動子３０を支持する固定板２３は、圧電振動子３０からの反力を受け止め得る剛性を備えた金属製の板材によって構成される。本実施形態では、厚さが１ｍｍ程度のステンレス鋼板によって作製されている。

ヘッドケース２６は、例えば、エポキシ系樹脂により作製された中空箱体状部材であり、その先端面（下面）には流路ユニット２７を固定し、ケース内部に形成された収容空部２８内には、アクチュエータの一種である振動子ユニット２５を収容している。また、ヘッドケース２６の内部には、その高さ方向を貫通してケース流路２９が形成されている。このケース流路２９は、インクカートリッジ１３側からのインクをリザーバー３６に供給するための流路である。そして、ヘッドケース２６の上面には、各ケース流路２９の上流端として流入開口部（図示せず）が突設され、この流入開口部には、インク供給チューブ１７が接続される。

次に、流路ユニット２７について説明する。流路ユニット２７は、ノズルプレート３２、流路形成基板３３、及び振動板３４から構成され、ノズルプレート３２を流路形成基板３３の一方の表面に、振動板３４をノズルプレート３２とは反対側となる流路形成基板３３の他方の表面にそれぞれ配置して積層し、接着等により一体化することで構成されている。

ノズルプレート３２は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル開口３５を列状に開設したステンレス鋼製の薄いプレートである。本実施形態では、例えば、１８０個のノズル開口３５を列状に開設し、これらのノズル開口３５によってノズル列を構成している。そして、このノズル列を横並びに２列設けている。

流路形成基板３３は、リザーバー３６、インク供給口３７、及び圧力室３８からなる一連のインク流路（本発明における液体流路の一部に相当）を形成する板状部材である。具体的には、この流路形成基板３３は、各ノズル開口３５に対応させて圧力室３８となる空部を隔壁で区画した状態で複数形成すると共に、インク供給口３７およびリザーバー３６となる空部を形成した板状の部材である。そして、本実施形態の流路形成基板３３は、シリコンウェハーをエッチング処理することで作製されている。上記の圧力室３８は、ノズル開口３５の列設方向（ノズル列方向）に対して直交する方向に細長い室として形成され、インク供給口３７は、圧力室３８とリザーバー３６との間を連通する流路幅の狭い狭窄部として形成されている。また、リザーバー３６は、インクカートリッジ１３に貯留されたインクを各圧力室３８に供給するための室であり、インク供給口３７を通じて対応する各圧力室３８に連通している。この様に、本実施形態では、インクカートリッジ１３に接続されるインク供給チューブ１７内のインク流路からノズル開口３５に至るまでの一連のインク流路が、本発明における液体流路として機能する。

振動板３４は、ステンレス鋼等の金属製の支持板４０上にＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂フィルム４１をラミネート加工した二重構造の複合板材であり、圧力室３８の一方の開口面を封止してこの圧力室３８の容積を変動させるためのダイヤフラム部４２を有すると共に、リザーバー３６の一方の開口面を封止するコンプライアンス部４３が形成された部材である。そして、ダイヤフラム部４２は、圧力室３８に対応した部分の支持板４０にエッチング加工を施し、当該部分を環状に除去して圧電振動子３０の自由端部の先端を接合するための島部４４を形成することで構成されている。この島部４４は、圧力室３８の平面形状と同様に、ノズル開口３５の列設方向と直交する方向に細長いブロック状であり、この島部４４の周りの樹脂フィルム４１が弾性体膜として機能する。また、コンプライアンス部４３として機能する部分、すなわちリザーバー３６に対応する部分は、このリザーバー３６の開口形状に倣って支持板４０がエッチング加工で除去されて樹脂フィルム４１のみとなっている。

そして、上記の島部４４には圧電振動子３０の先端面が接合されているので、この圧電振動子３０の自由端部を伸縮させることで圧力室３８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３８内のインクに圧力変動が生じる。そして、記録ヘッド１０は、この圧力変動を利用してノズル開口３５からインク滴を吐出させるようになっている。

次に、プリンター１の電気的な構成を説明する。
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。本実施形態におけるプリンター１は、プリンターコントローラー５０とプリントエンジン５１とで概略構成されている。プリンターコントローラー５０は、ホストコンピューター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）５２と、各種データ等を記憶するＲＡＭ５３と、各種制御のための制御プログラム等を記憶したＲＯＭ５４と、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュＲＯＭ等からなる不揮発性記憶素子５５と、ＲＯＭ５４に記憶されている制御プログラムに従って各部の統括的な制御を行う制御部５６（本発明における駆動制御手段に相当）と、クロック信号を発生する発振回路５７と、記録ヘッド２へ供給する駆動信号ＣＯＭを発生する駆動信号発生回路５８（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たドットパターンデータや駆動信号等を記録ヘッド１０に出力するための内部インターフェース（内部Ｉ／Ｆ）５９とを備えている。また、プリントエンジン５１は、記録ヘッド１０と、パルスモーター６と、吸引キャップ移動機構６１と、密着封止キャップ移動機構６６とから構成されている。

上記の制御部５６は、ＲＯＭ５４に記憶された動作プログラム等に従って記録ヘッド１０によるインク滴の吐出制御やその他のプリンター１の各部を制御する。この制御部５６は、外部Ｉ／Ｆ５２を介して外部装置から入力された印刷データを、記録ヘッド１０においてインク滴の吐出に用いられる吐出データに変換する。変換後の吐出データは、内部Ｉ／Ｆ５９を通じて記録ヘッド１０に転送され、記録ヘッド１０では、この吐出データに基づいて駆動信号ＣＯＭの圧電振動子３０への供給が制御されてインク滴の吐出、つまり、記録動作（吐出動作）が行われる。

次に、キャッピング機構１２について説明する。図４は、キャッピング機構１２の構成を説明する断面図であって、（ａ）は記録ヘッド１０とキャッピング機構１２とを互いに離隔させて相対させた状態であり、（ｂ）はクリーニング処理時の状態であり、（ｃ）はフラッシング処理時の状態である。キャッピング機構１２は、図４（ａ）に示すように、トレイ状の吸引キャップ部材１２´と、記録ヘッド１０のノズル形成面３２ａに対し吸引キャップ部材１２´を近接又は離隔する方向に移動させる吸引キャップ移動機構６１と、封止空部６２と排液タンク（図示せず）との間を連通する可撓性の排液チューブ６３と、この排液チューブ６３の途中に配設されたポンプ６４とから構成される。

上記の吸引キャップ部材１２´は、底部と、この底部の周縁から起立する側壁部とを有する上面開放のトレイ状部材であり、底部と側壁部とで囲まれた空間が封止空部６２となる。この吸引キャップ部材１２´は、ゴムやエラストマー等の弾性部材により作製される。また、封止空部６２内には、インクを吸収可能なフェルトやスポンジ等の吸液材によって構成された吸液部材（図示せず）が敷設されている。吸引キャップ部材１２´の底部には、貫通口が開設されており、この貫通口に排液チューブ６３が液密状態で連結されている。

上記の排液チューブ６３は、インクの排出路を構成する部材であり、本実施形態では、この排液チューブ６３を耐薬品性が高く弾性を有するシリコンチューブによって構成している。この排液チューブ６３の途中に設けられているポンプ６４は、駆動モーターと共にポンプ機構を構成する。本実施形態におけるポンプ機構は、ポンプ６４を駆動するための駆動モーターとして紙送りモーターを利用している。即ち、図示しないクラッチによって紙送り時と吸引制御時で切り替えている。なお、駆動モーターとしては、ポンプ６４のみを駆動するための専用のものを別途設けても良い。

次に、上記構成のキャッピング機構１２によるクリーニング処理、及びフラッシング処理について説明する。本発明のプリンター１は、記録媒体に対してテキストや画像等の印刷を行なう通常の印刷モードから、クリーニング処理を行なうクリーニングモードまたはフラッシング処理を行なうフラッシングモードに切り替わると、記録ヘッド１０をホームポジション側に移動させて、図４（ａ）に示すように、記録ヘッド１０のノズル形成面３２ａとキャッピング機構１２の封止キャッピング部材１２´の上面開放側とを相対させる。

そして、クリーニング処理においては、キャッピング機構１２は、図４（ｂ）に示すように、吸引キャップ部材１２´をソレノイドなどから構成された吸引キャップ移動機構６１によって上昇させることで、この吸引キャップ部材１２´によって記録ヘッド１０のノズル形成面３２ａを封止する。この封止状態では、ノズル形成面３２ａのノズル開口３５が封止空部６２内に臨み、且つ、吸引キャップ部材１２´の先端とノズル形成面３２ａとが液密状態で密着する。そして、この封止状態でポンプ６４を作動させると、封止空部６２内が減圧されるので、ノズル開口３５を通じて記録ヘッド１０内のインクを吸引して、ヘッド外部に排出することができる。これを利用して、インクカートリッジ１３を装着した際にこのインクカートリッジ１３内のインクを記録ヘッド１０のインク流路に充填する初期充填や、インク流路内の増粘インクや気泡を除去するためのクリーニング処理において、この吸引制御が行われる。

さらに、上記キャッピング機構１２は、ゴムなどの弾性を有する板材から形成された密着キャップ部材６５と、記録ヘッド１０のノズル形成面３２ａに対し密着キャップ部材６５を近接又は離隔する方向に移動させる密着キャップ移動機構６６を備えている。密着キャップ部材６５は、吸引キャップ部材１２´の封止空部６２内に収容可能な大きさであって、且つノズル形成面３２ａの全ノズル３５を少なくとも封止可能な大きさに成型されている。そして、フラッシング処理を実行しない場合、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、密着キャップ部材６５は、封止空部６２の底部側に待避した状態となっている。したがって、この状態で吸引キャップ部材１２´によってノズル形成面３２ａを封止すると、密着キャップ部材６５がノズル形成面３２ａに接触しないようになっている。一方、フラッシング処理においては、キャッピング機構１２は、図４（ｃ）に示すように、密着キャップ部材６５をソレノイドなどから構成された密着キャップ移動機構６６によって上昇させることで、上昇させた密着キャップ部材６５をノズル形成面３２ａのノズル開口３５に当接させて、ノズル開口３５を密着封止する。そして、この密着封止状態で、気泡除去用駆動パルスＤＰが圧電振動子３０に対して、以下で説明する周期Ｔで連続的に供給される。

図５は、上記構成の駆動信号発生回路５８が発生する駆動信号の一つである気泡除去用駆動パルスＤＰの構成を説明する波形図である。上記した制御部５６は、圧電振動子３０の駆動を制御する気泡除去用駆動パルスＤＰを含む駆動信号ＣＯＭを発生可能である。図５に例示した気泡除去用駆動パルスＤＰは、圧力室３８内に圧力変動を生じさせることで、液体流路内の気泡を除去するための駆動パルスである。この気泡除去用駆動パルスＤＰは、インクをノズル開口３５から吐出させて記録媒体に画像等を記録するための吐出駆動パルスよりも、圧力室３８内のインクに生じる圧力変動が高められるように設定されている。そして、駆動信号発生回路５８は、上記の気泡除去用駆動パルスＤＰを周期Ｔで繰り返し発生する。そしてフラッシング処理時においては、この気泡除去用駆動パルスＤＰを用いて圧力室３８の膨張・収縮が繰り返されることにより、圧力変動を受けた気泡がインクに溶け込み易くなる。その結果、フラッシング処理の後に、記録動作やクリーニング動作等でノズル開口３５からインクと共に気泡が排出される。

本実施形態におけるフラッシング処理に用いられる気泡除去用駆動パルスＤＰは、図５に示すように、台形状のパルス信号であって、時間幅ｐｗｃの間に基準電位ＶＢから最高電位ＶＨまで一定の勾配で電位を上昇させる第１パルス要素ｐ１と、第１パルス要素ｐ１の後端電位である最高電位ＶＨを一定時間（時間幅ｐｗｈ）維持する第２パルス要素ｐ２と、時間幅ｐｗｄの間に最高電位ＶＨから一定の勾配で電位を降下させる第３パルス要素ｐ３と、第３パルス要素ｐ３の後端電位である基準電位ＶＢを一定時間（時間幅ｐｄｉｓ）維持する第４パルス要素ｐ４とから構成されている。

図６は、気泡除去用駆動パルスＤＰによって圧電振動子３０を駆動したときの圧力室３８内の圧力変動の実験（シミュレーション）結果を示すグラフであって、横軸が時間［μｓ］、縦軸が圧力室内の圧力［Ｐａ］である。ノズル開口３５を開放させた開放状態で、発生周波数ｆが１ｋＨｚに設定された気泡除去用駆動パルスＤＰを圧電振動子３０に供給すると、図６中の破線で示すように、圧力室３８内のインクが６．８μｓの固有振動周期Ｔｃ（図６中に符号Ａで示す）で振動する。より詳しくは、第１パルス要素ｐ１が圧電振動子３０に供給されると、当該圧電振動子３０が収縮し、これに伴って圧力室３８が基準電位ＶＢに対応する基準容積から最高電位ＶＨに対応する最大容積まで膨張する。これにより、圧力室３８内には負圧が生じて、ノズル開口３５に露出しているインクの自由表面（メニスカス）が圧力室３８側に引き込まれる。この圧力室３８の膨張状態は、第２パルス要素ｐ２の供給期間中に亘って一定に維持される。

第２パルス要素ｐ２の後に続いて第３パルス要素ｐ３が圧電振動子３０に供給されると当該圧電振動子３０が伸長し、これにより、圧力室３８が上記最大容積から基準電位ＶＢに対応する基準容積まで収縮して復帰する。この圧力室３８の収縮によって圧力室３８内のインクが加圧（１０気圧程度）され、これにより、ノズル開口３５からは数ｐｌ〜数十ｐｌのインクが吐出される。

一方、ノズル開口３５を密着キャップ部材６５によって密着封止した密着封止状態では、図６中の実線で示すように、圧力室３８内のインクが８．５μｓの固有振動周期Ｔｃ（図６中に符号Ｂで示す）で振動する。この実験結果により、ノズル開口３５を密着封止状態にした場合では、ノズル開口３５を開放状態した場合と比べて、気泡除去用駆動パルスＤＰを圧電振動子３０に供給した際の圧力室３８内の圧力変動の振幅範囲はほぼ変化せずに、圧力室３８内の固有振動周期Ｔｃが延びることが判る。より詳しくは、第１パルス要素ｐ１が圧電振動子３０に供給されると、当該圧電振動子３０が収縮し、これに伴って圧力室３８が基準電位ＶＢに対応する基準容積から最高電位ＶＨに対応する最大容積まで膨張する。これにより、圧力室３８内にはノズル開口３５が開放状態のときよりも大きな負圧が生じる。この圧力室３８の膨張状態は、第２パルス要素ｐ２の供給期間中に亘って一定に維持される。

第２パルス要素ｐ２の後に続いて第３パルス要素ｐ３が圧電振動子３０に供給されると当該圧電振動子３０が伸長し、これにより、圧力室３８が上記最大容積から基準電位ＶＢに対応する基準容積まで収縮して復帰する。この圧力室３８の収縮によって圧力室３８内のインクが加圧され、これにより、ノズル開口３５からはインクが吐出されずに、圧力室３８内には、ノズル開口３５が開放状態のときよりも大きな圧力変動が生じる。これにより、ノズル開口３５の開放状態よりも、固有振動周期Ｔｃの１周期当りの圧力室３８内の圧力変動が高まる。

なお、上記の固有振動周期Ｔｃは、ノズル開口３５や圧力室３８の形状等によって決まる値であって、圧力室３８内におけるインクの振動周期Ｔｃは、例えば特開平７−２８５２２２号公報に示されるように、次式（２）で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√［〔（Ｍｎ×Ｍｓ）／（Ｍｎ＋Ｍｓ）〕×Ｃｃ］・・・（２）
但し、式（２）において、Ｍｎはノズル開口３５におけるイナータンス、Ｍｓは圧力室３８に連通するインク供給口３７におけるイナータンス、Ｃｃは圧力室３８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。上記式（２）において、イナータンスＭとは、インク流路におけるインクの移動し易さを示し、単位断面積あたりのインクの質量である。そして、インクの密度をρ、流路のインク流れ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（３）で近似して表すことができる。
イナータンスＭ＝（密度ρ×長さＬ）／断面積Ｓ ・・・ （３）
また、Ｔｃは、上記式（２）に限らず、圧力室３８が有している振動周期であればよい。

図７は、ノズル開口３５の密着封止状態において気泡除去用駆動パルスＤＰの発生周期Ｔ、即ち、図５に示す気泡除去用駆動パルスＤＰ同士の間隔Ｔを変化させたときの圧力室３８内の圧力変動の変化を示すグラフであって、横軸が時間［μｓ］、縦軸が圧力室内の圧力［気圧］である。
さらに、本発明の気泡除去用駆動パルスＤＰの圧電振動子３０への発生周期（印加周期）Ｔは、以下の式（１）の範囲に設定されている。
（ｎ−１／４）Ｔｃ＜Ｔ＜（ｎ＋１／４）Ｔｃ…（１）
例えば、図５に示された気泡除去用駆動パルスＤＰのうち先に発生する気泡除去用駆動パルスＤＰ１と、気泡除去用駆動パルスＤＰ１の後に発生する気泡除去用駆動パルスＤＰ２との発生周期Ｔが、上記式（１）の範囲に設定された気泡除去用駆動パルスＤＰを圧電振動子３０に連続的に供給すると、気泡除去用駆動パルスＤＰによって生じる圧力室３８内の圧力変動と、圧力室３８内の固有振動周期Ｔｃとを共振させることができ、圧力室３８内の圧力変動の正圧の最大値（図７中に符号ｅｐで示す）を３０気圧以上まで高めることができる。即ち、１周期分の気泡除去用駆動パルスＤＰを単独で圧電振動子３０に供給して圧力室３８内に圧力変動を生じさせたときよりも、圧力室３８内の圧力変動の振幅を略３倍程度まで高めることができる。

図８は、さらに別の発生周期の気泡除去用駆動パルスによる圧力室内の圧力変動を示すグラフである。さらにまた、発生周波数ｆが１１７．６ｋＨＺに設定された気泡除去用駆動パルスＤＰを圧電振動子３０に連続的に供給すると、図８に示すように、気泡除去用駆動パルスＤＰによって生じる圧力室３８内の圧力変動と、圧力室３８内の固有振動周期Ｔｃとを共振させることができる。これにより圧力室３８内では、振幅を増しながら、圧力室３８内のインクが８．５μｓの固有振動周期Ｔｃ（図８中に符号Ｃで示す）で振動する。即ち、１周期分の気泡除去用駆動パルスＤＰを単独で供給するときよりも、略３倍程度まで高めた圧力変動を圧力室３８内に繰り返し生じさせることができ、より気泡の排出性を高めることができる。

このように、本実施形態のプリンター１は、圧電振動子３０を駆動する駆動パルスが、インク滴を吐出させるための吐出駆動パルスよりも圧力室３８内のインクに生じる圧力変動が高められるように設定され、圧力室３８及びノズル開口３５を含む一連の液体流路内の気泡を除去するための気泡除去用駆動パルスＤＰを含み、キャッピング機構１２は、気泡除去用駆動パルスＤＰによる圧電振動子３０の駆動、即ち、フラッシング処理が行なわれる場合に、記録ヘッド１０のノズル開口３５を封止した状態にするので、ノズル開口３５が開放された状態でフラッシング処理を行う場合よりも、気泡除去用駆動パルスＤＰを供給することによって生じる圧力室３８内の圧力変動を高めることができる。その結果、液体流路内の気泡のインクに対する溶解量が増大し、これにより排出性を向上させることができる。また、気泡除去用駆動パルスＤＰを供給する際に、ノズル開口３５からインクを吐出させないので、インクの無駄な消費を抑制することができる。

また、気泡除去用駆動パルスＤＰによって生じる圧力室３８内の圧力変動と、圧力室３８内の固有振動周期Ｔｃとを共振させることができ、圧力室３８内の圧力変動をより高めることができる。その結果、液体流路内に混入した気泡のインクに対する溶解量が増大し、これにより排出性を向上させることができる。

また、液体流路における圧力室３８よりも上流側に、インクが下流側に流動することを許容すると共に、インクが上流側に逆流することを規制する逆止弁１１を備えるので、気泡除去用駆動パルスＤＰによって圧力室３８内に生じた圧力変動が逆止弁１１よりも上流側に逃げることを規制することができる。これにより、圧力室３８内の圧力変動をより高めることができ、液体流路内に混入した気泡の排出性を向上させることができる。

ところで、本発明は、上記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。
上記実施形態では、液体流路における圧力室３８よりも上流側に逆止弁１１を備え、インクが上流側に逆流することを規制する例を示したが、本発明は、これには限らず、液体流路における圧力室３８よりも上流側に、インクの流動又は非流動を切り替え可能な開閉バルブなどの流動切替手段（図示せず）を備え、流動切替手段は、気泡除去用駆動パルスＤＰによる圧電振動子３０の駆動が行なわれる場合に非流動状態にしても良い。これにより、気泡除去用駆動パルスＤＰによって圧力室３８内に生じた圧力変動が流動切替手段よりも上流側に逃げることを規制することができる。この結果、圧力室３８内の圧力変動をより高めることができ、液体流路内に混入した気泡の排出性を向上させることができる。

また、上記実施形態では、本発明におけるキャッピング機構の一例として、図４に示すキャッピング機構１２を例に示したが、本発明は、これに限らず、図９に示すように、キャッピング機構１２が、密着キャップ部材６５及び密着キャップ移動機構６６を備えたフラッシング部１２Ａと、キャップ部材１２´、吸引キャップ移動機構６１、排液チューブ６３、及びポンプ６４を備えたクリーニング部１２Ｂとを別体に備えても良い。

また、上記実施形態では、本発明における気泡除去用駆動パルスの一例として、図５に示す気泡除去用駆動パルスＤＰを挙げたが、パルスの形状は例示したものに限られない。少なくとも、圧力発生室３８を予備的に膨張させる膨張要素（第１パルス要素ｐ１）と、圧力発生室３８の膨張状態を所定時間維持する膨張ホールド要素（第２パルス要素ｐ２）と、圧力発生室３８を収縮させてノズル開口３５からインクを吐出させる吐出要素（第３パルス要素ｐ３）とを有する駆動パルスであれば、任意の波形のものを用いることができる。

また、上記実施形態においては、圧力振動子３０として、所謂縦振動型圧電素子を用いる例を示したが、本発明の圧電素子は、これに限らず、例えば、撓み振動モードの圧電素子などを採用することもできる。また、圧力振動子３０は、磁歪素子などでもよいし、気泡を発生させるインクを使用する場合の発熱素子でもよい。
さらには、各部材の材質や構造も上記実施形態に限定されず、様々な構成を採用することができる。異なる構造を採用したとしても、その構造におけるＴｃに基づいて気泡除去用駆動パルスを決定すれば良い。

以上は、液体噴射装置の一種であるプリンター１を例に挙げて説明したが、本発明は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ー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等にも適用することができる。

１…プリンター、１０…記録ヘッド、１１…逆止弁、１２…キャッピング機構、１７…インク供給チューブ、３０…圧電振動子、３２ａ…ノズル形成面、３５…ノズル開口、３６…リザーバー、３７…インク供給口、３８…圧力室、５６…制御部、５８…駆動信号発生回路

Claims (4)

1. 圧力室及びノズル開口を含む一連の液体流路、及び、前記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駆動によって前記ノズル開口から液滴を吐出する液体噴射ヘッドと、
   前記圧力発生手段を駆動する駆動パルスを含む駆動信号を発生可能な駆動信号発生手段と、
   前記駆動信号発生手段によって発生された駆動信号中の駆動パルスを前記圧力発生手段に供給する駆動制御手段と、
   前記液体噴射ヘッドのノズル形成面を封止する封止手段と、
   を備える液体噴射装置であって、
   前記駆動パルスは、液滴を吐出させるための吐出駆動パルスよりも前記圧力室内の液体に生じる圧力変動が高められるように設定され、前記液体流路内の気泡を除去するための気泡除去用駆動パルスを含み、
   前記封止手段は、前記気泡除去用駆動パルスによる前記圧力発生手段の駆動が行なわれる場合に、前記液体噴射ヘッドのノズル開口を封止することを特徴する液体噴射装置。
2. 前記気泡除去用駆動パルスの前記圧力発生手段への発生周期をＴ、前記圧力室内の液体の固有振動周期をＴｃとしたときに、
   前記気泡除去用駆動パルスの前記発生周期Ｔを、以下の式（１）の範囲に設定したことを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
   （ｎ−１／４）Ｔｃ＜Ｔ＜（ｎ＋１／４）Ｔｃ…（１）
3. 前記液体流路における前記圧力室よりも上流側に、前記液体が下流側に流動することを許容すると共に、該液体が上流側に逆流することを規制する逆流規制手段を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射装置。
4. 前記液体流路における前記圧力室よりも上流側に、前記液体の流動又は非流動を切り替え可能な流動切替手段を備え、
   前記流動切替手段は、前記気泡除去用駆動パルスによる前記圧力発生手段の駆動が行なわれる場合に非流動状態にすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体噴射装置。

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