JP2012030580A - インクジェット記録装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インクを吐出しているか否かを確認できるインクジェット記録装置およびその制御方法を提供する。
【解決手段】本発明のインクジェット記録装置は、インクを吐出するための熱エネルギーを発生する発熱部３と、そのインクを介して電気的に接続する２つの電極を有する。そして、２つの電極の間に電圧を印加し、インクに流れる電流値を測定する。発熱部３を駆動したときに電流値が変化するか否かで、インクが吐出されているか否かを判定する。
【選択図】図１

Description

本発明はインクを吐出して記録媒体に記録するインクジェット記録装置およびその制御方法に関する。

インクジェット記録方式は、インクジェット記録ヘッドの吐出口から液体（例えばインク）を吐出させ、紙などの記録媒体に付着させることで画像を記録する方式である。このインクジェット記録方式では、発熱部からの熱エネルギーによって生ずる、液体の発泡を利用してその液体を吐出することで、高画質、高速な記録が可能である。

一般に、インクジェット記録ヘッドは、複数のインク吐出口と、そのインク吐出口に連通するインク流路と、インクを吐出するための熱エネルギーを発生する発熱部とを有する。インク流路には、インクタンクからインクが供給され、供給されたインクはインク吐出口近傍で貯留される。この状態で、発熱部を駆動して熱エネルギーを発生させると、インク吐出口近傍のインクが、この熱エネルギーによって加熱されて発泡し、その発泡に伴う圧力によって吐出される。

そのため、発熱部によって加熱される、発熱部のインク接触部分（熱作用部）は、インク吐出時に高温にさらされると共に、インクの発泡、収縮に伴うキャビテーション衝撃やインクによる化学的作用を複合的に受ける。そのため、発熱部には、一般にキャビテーション衝撃やインクによる化学的作用の影響を抑制するために、金属材料からなる保護層が設けられる。この保護層には、表面が７００℃付近まで昇温すると共にインクと接するため、耐熱性、機械的特性、化学的安定性、耐アルカリ性等に優れた材料が用いられる。

一方、インクに含まれる色材、添加物等は、高温加熱によって分解されると、難溶解性の物質に変化する（以下、このような物質のことをコゲとも称する）。この物質が保護層の熱作用部に付着すると、発熱部からインクへの熱伝導が不均一になり、発泡が不安定になってインクが吐出されなくなる場合がある。そのため、インクジェット記録装置では、適切なタイミングでインクジェット記録ヘッドの熱作用部に付着したコゲを除去する必要がある。

なお、特許文献１では、インクジェット記録装置において、インクを吐出した回数が予め設定した値を超えたとき、上記コゲを除去するためにインクジェット記録ヘッドをクリーニングすることが記載されている。

特開２００８−１０５３６４号公報

上述した発熱部の熱作用部に対するコゲの付着具合はインクの種類や記録方法によって異なる。そのため、熱作用部にコゲが付着しているか否かを正確に判定する必要がある。

本発明の目的は、熱作用部にコゲが付着しているか否かを確認できるインクジェット記録装置およびその制御方法を提供することである。

本発明のインクジェット記録装置は、インクを吐出するための熱エネルギーを発生する発熱部、並びにインクの流路に面して設けられ、インクを介して電気的に接続される一対の電極を備えたインクジェット記録ヘッドと、
前記一対の電極の間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記一対の電極の間に流れる電流値を測定する測定手段と、
前記電圧印加手段によって前記一対の電極の間に電圧を印加させた状態で、前記発熱部を駆動させることで、前記測定手段で測定される電流値に変化が生じるか否かを判断する制御手段と、
を有する。

一方、本発明のインクジェット記録装置の制御方法は、インクを吐出するための熱エネルギーを発生する発熱部、並びにインクの流路に面して設けられ、インクを介して電気的に接続する一対の電極を備えたインクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置の制御方法であって、
前記一対の電極の間に電圧を印加して、インクを介して流れる電流値を測定する測定工程と、
前記発熱部を駆動したときに前記電流値が変化するか否かを判定する判定工程と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、熱作用部にコゲが付着しているか否かを確認できる。

本発明のインクジェット記録装置の構成例を示す模式図である。 図１に示したインクジェット記録ヘッドの状態変化を示す模式図である。 図１に示したインクジェット記録ヘッドに対する印加電圧、駆動信号、電流値の波形を示すタイミングチャートである。 本発明に係るインクジェット記録ヘッドを搭載可能なインクジェット記録装置の構成例を示す斜視図である。 図１に示したインクジェット記録装置の制御系の構成例を示すブロック図である。 図５に示したインクジェット記録装置が実施するクリーニング動作の処理手順を示すフローチャートである。 図５に示したインクジェット記録装置が実施する、吐出エネルギーの調整処理を含むクリーニング動作の処理手順を示すフローチャートである。 インクジェットヘッドユニット及びインクジェット記録ヘッドの一例を示す斜視図である。 図８に示したインクジェット記録ヘッドの構造を示す断面図である。

本明細書内で用いる「記録」とは、文字や図形などの意味を持つ画像を記録媒体に対して付与することだけでなく、パターンなどの意味を持たない画像を付与することも含む。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一の機能を有する構成には図面中同一の符号を付与し、その説明を省略する場合がある。

本実施形態のインクジェット記録装置では、インク流路に貯留された、電解質を含むインクに流れる電流値を測定することで、インクが吐出されているか否か（インクの吐出状態）を判定する。そして、該インクの吐出状態に基づいてインクジェット記録ヘッドをクリーニングするか否かを判定する。

図４は、本発明に係るインクジェット記録ヘッドを搭載可能なインクジェット記録装置の構成例を示す斜視図である。キャリッジ５００は、無端ベルト５０１に固定され、かつガイドシャフト５０２に沿って移動可能になっている。無端ベルト５０１は、プーリ５０３に巻回され、一方のプーリ５０３はキャリッジモータ５０４の駆動軸と連結されている。キャリッジ５００は、キャリッジモータ５０４の回転に伴いガイドシャフト５０２に沿って往復方向（Ａ方向）に主走査される。

キャリッジ５００上には、カートリッジ形態のインクジェットヘッドユニット４１０が搭載される。インクジェットヘッドユニット４１０は、インクジェット記録ヘッド９（以下、記録ヘッドとも称する）のインク吐出口６が記録媒体である記録紙Ｐと対向するように配置される。また、インクジェットヘッドユニット４１０は、各インク吐出口の並びが主走査方向（Ａ方向）と異なる方向（Ｂ方向）と一致するようにキャリッジ５００に搭載される。なお、Ｂ方向は、例えば記録紙Ｐの搬送方向である副走査方向である。インクジェット記録ヘッド９及びインクタンク４０４は、使用するインク色の数に対応して設けられる。図４に示す例では、４色（例えばブラック、イエロー、マゼンタ、シアン）のインクに対応して４組のインクジェット記録ヘッド９及びインクタンク４０４が設けられている。

また、図４に示すインクジェット記録装置には、キャリッジ５００の主走査方向における移動位置を検出するためのリニアエンコーダ５０７が設けられている。リニアエンコーダ５０７の一方の構成要素としてはキャリッジ５００の移動方向に沿って設けられたリニアスケール５０６がある。このリニアスケール５０６には複数のスリットが所定の密度で等間隔に形成されている。また、リニアエンコーダ５０７の他方の構成要素として、例えば発光部及び受光センサを有するスリットの検出系５０８、並びに信号処理回路がある。検出系５０８及び信号処理回路はキャリッジ５００に設けられている。したがって、リニアエンコーダ５０７からは、キャリッジ５００の移動に伴って、インク吐出タイミングを規定するための吐出タイミング信号及びキャリッジの位置情報が出力される。

記録媒体である記録紙Ｐは、キャリッジ５００の主走査方向と直交する矢印Ｂ方向に間欠的に搬送される。記録紙Ｐは、搬送方向上流側の一対のローラユニット５０９及び５１０と、下流側の一対のローラユニット５１１及び５１２とによって支持される。記録紙Ｐは、各ローラユニットによって一定の張力が付与され、インクジェット記録ヘッド９に対する平坦性が確保された状態で搬送される。各ローラユニットの駆動力は、ここでは図示しない搬送モータから与えられる。

以上のような構成により、キャリッジ５００の移動に伴うインクジェット記録ヘッド９が備えるインク吐出口６の配列幅に応じた記録と、記録紙Ｐの搬送とを交互に繰り返すことで、記録紙Ｐ全体に対する記録が行われる。

なお、キャリッジ５００は、記録開始時または記録中に必要に応じてホームポジションで停止する。このホームポジションには、各インクジェット記録ヘッドのインク吐出口が設けられた面（吐出口面）をキャッピングするキャップ部材５１３が設けられている。キャップ部材５１３には、キャップ内を負圧にし、インク吐出口６から強制的にインクを吸引してインク流路内のインクを排出させる機構（不図示）を備えている。このようなインクを吸引、排出させる機構は、一般に吸引回復機構と呼ばれ、これによって行われるインクの排出動作は吸引回復動作と呼ばれる。この吸引回復動作によってインク吐出口６の目詰まり等が防止される。

図８（ａ）は、インクジェット記録ヘッド９を有するインクジェットヘッドユニット４１０の構成例を示している。インクジェット記録ヘッド９は、電力を供給するためのＴＡＢ（Tape Automated Bonding）等のフレキシブル配線基板を介してインクジェット記録装置と接続するための接点４０３と導通している。ここでは、インクジェットヘッドユニット４１０として、記録ヘッド９と該記録ヘッド９にインクを供給するインクタンク４０４とを備えた構成例を示している。インクジェットヘッドユニット４１０は、インクタンクが分離できる分離型であってもよい。

図８（ｂ）は、インクジェット記録ヘッド９の一構成例を示す斜視図である。

インクジェット記録ヘッド９は、液体（インク）を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱部３を備えたインクジェット記録ヘッド用基板１００（以下、ヘッド用基板とも称する）と、インクジェット記録ヘッド用基板１００上に設けられた流路壁部材８とを有する。流路壁部材８は、熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂等で形成され、液体を吐出するための吐出口６と、吐出口６に連通する流路１０の壁８ａとを備えている。この壁８ａを内側にして流路壁部材８がヘッド用基板１００と接することで流路１０が形成される。流路壁部材８には、供給口４５に沿って所定のピッチで列を形成するように吐出口６が設けられている。供給口４５から供給された液体は、流路１０に運ばれ、発熱部３で発生する熱エネルギーによって膜沸騰することで気泡が生じる。このとき生じる圧力により吐出口６から液体が吐出されることで、記録動作が行われる。さらに、記録ヘッド９は、外部、例えば液体吐出装置と電気的に接続するための端子（不図示）を有している。

図９は、図８（ｂ）に示したインクジェット記録ヘッド９のＡ−Ａ’断面を模式的に示した図である。

トランジスタ等の駆動素子が設けられたシリコンからなる基体１０１上には、熱酸化層、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等からなる蓄熱層１０２が形成されている。蓄熱層１０２上には、通電することで発熱する材料（例えばＴａＳｉＮやＷＳｉＮ）からなる発熱抵抗層１０４が設けられている。さらに、発熱抵抗層１０４と接するように、発熱抵抗層よりも抵抗が小さいアルミニウム等を主成分とする材料からなる一対の配線１０５が設けられている。この一対の配線１０５の間に電圧を印加し、発熱抵抗層１０４の一対の配線１０５の間に位置する部位に通電させて発熱させることで、発熱抵抗層１０４を発熱部３として用いる。一対の配線１０５の間に流れる電流は、記録装置から入力される駆動信号に応じてＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子（不図示）でＯＮ／ＯＦＦが制御される。すなわち、駆動信号に応じて発熱部３の駆動タイミングが決定される。

これらの発熱抵抗層１０４と一対の配線１０５は、吐出に用いるインク等の液体との絶縁を図るために、絶縁性材料であるシリコン化合物（例えばＳｉＮ）等からなる絶縁層１０６で被覆されている。発熱部３の位置に対応する絶縁層１０６上には、吐出のための液体の発泡、収縮に伴うキャビテーション衝撃や、長期間吐出動作を行うことで上記コゲが付着する。そのため、発熱部３上には耐キャビテーション性を有し、かつコゲを除去するための金属材料からなる保護層４が配置されている。保護層４には、例えばイリジウムまたはルテニウムを用いることができる。

また、記録ヘッド用基板１００には、保護層４と電気的に分離された対向電極５が設けられている。本実施形態では、対向電極５に保護層４と同じ材料を用いる例で説明するが、対向電極５と保護層４とは別の金属材料を用いてもよい。さらに、記録ヘッド用基板１００上には流路壁部材８が設けられている。

保護層４は、スルーホール１１０を介して端子部１１１と電気的に接続されており、インクジェット記録装置と導通できるように設けられている。保護層４と絶縁層１０６の間には、密着性を確保するために導電性を有する材料からなる密着層を設けてもよい。例えばタンタルからなる密着層を設ければ、酸化シリコン等からなる絶縁層１０６とイリジウム等からなる保護層４との密着性を向上できる。

図５はインクジェット記録装置の制御系の構成例を示すブロック図である。

図５に示すように、インクジェット記録装置は、インタフェース２０、演算手段２１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２２、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）２３、ゲートアレイ（Ｇ．Ａ．；Gate Array）２４、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）２５、エネルギーテーブル２６、ヘッドドライバ３１、モータドライバ３２及び３３、インクジェット記録ヘッド９、電圧印加部１１（電圧印加手段）、検出装置１２（測定手段）、回復系モータ３４、並びにキャリッジモータ５０４を有する。

インタフェース２０は、コンピュータ、デジタルカメラ、スキャナ等のホスト装置４０から送信されるコマンドや画像データを含む記録信号を受信する。また、インタフェース２０は、必要に応じて、ホスト装置４０にインクジェット記録装置のステータス情報を送信する。

演算手段２１は、ＲＯＭ２２に保存されたクリーニング処理および吐出エネルギーの変更処理に対応した制御プログラムや所要のデータにしたがってインクジェット記録装置内の各部を制御する制御手段である。演算手段２１は、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等で実現可能であり、発熱部３の駆動タイミングを制御し、発熱部３に吐出エネルギーを発生させる。

ＲＯＭ２２には、クリーニング処理および吐出エネルギーの変更処理に対応した制御プログラムや所要のデータが保存される。

ＲＯＭ２２で保存されるデータには、例えば液体を吐出するために発熱部３の駆動を制御する駆動信号のパルス形状およびパルス幅（時間）が含まれる。また、ＲＯＭ２２で保存されるデータには、保護層４と対向電極５間に印加する電圧およびその印加時間等、インクジェット記録ヘッド９を駆動させるための条件を示すデータが含まれる。なお、ＲＯＭ２２で保存されるデータには、記録媒体搬送の条件を示すデータやキャリッジ速度を示すデータ等を含めてもよい。

ＤＲＡＭ２３は、各種データ（ホスト装置４０から供給される記録信号やインクジェット記録ヘッド９に供給される記録データ等）を一時的に保存するメモリである。

ゲートアレイ２４は、インクジェット記録ヘッド９に記録データを供給すると共に、インタフェース２０と、演算手段２１やＤＲＡＭ２３間のデータ転送を制御する。

ＥＥＰＲＯＭ２５は、所要のデータを記録装置の電源オフ時にも保存しておくための不揮発性メモリである。

エネルギーテーブル２６は、後述するクリーニング処理や吐出エネルギーの変更処理で吐出エネルギーの大きさを段階的に変更するためのデータが保存される。

キャリッジモータ５０４は、キャリッジを動作させるための駆動源として使用されるモータである。回復系モータ３４は、キャップ部材５１３によるキャッピング動作や不図示のポンプ等による吸引回復動作のための駆動源として使用されるモータである。

モータドライバ３２は回復系モータ３４を駆動するための駆動回路であり、モータドライバ３３はキャリッジモータ５０４を駆動するための駆動回路である。ヘッドドライバ３１は、インクジェット記録ヘッド９を駆動するための駆動回路である。電圧印加部１１は、保護層４と対向電極５間に所定の電圧を印加するために用いられる。検出装置１２はインクを介して保護層４と対向電極５間に流れる電流値を測定する。
（吐出状態の判定）
図１は、以上説明したインクジェット記録ヘッド９の発熱部３、保護層４及び対向電極５と、インクジェット記録装置の演算手段２１、電圧印加部１１及び検出装置１２との接続関係を簡易的に示したものである。

保護層４と対向電極５とは、電気的に分離するように配置され、流路１０にインク３０が貯留されると、該インク３０を介して電流が流れる。本実施形態で用いるインクジェット記録装置においては、電解質を含み、電極との間の電荷移動が時間の経過と共に減少するインクを使用する。

このようなインク３０が充填された記録ヘッド９において、電圧印加部１１を用いて保護層４と対向電極５との間に吐出検知用の電圧（以下、第一の電圧とも称す）を印加したときに起こる電気化学反応について説明する。このとき保護層４と対向電極とは、上記一対の電極として機能している。

保護層４と対向電極５間に、インク３０の吐出を検知するための吐出検知用の電圧を印加すると、インク３０中の電荷が移動することで検出装置１２において電流が測定される。しかしながら、時間の経過と共に検出装置１２で測定される電流は低下し、やがて保護層４と対向電極５との間にはほとんど電流が流れなくなる。これは、インク３０中の電荷の移動が少なくなるためである。このような状態において、貯留されたインク３０が吐出口６から吐出されることで流路１０内に新たなインク３０が供給されると、該インク３０中の電荷が移動する。つまり、電圧印加部１１から電圧が印加された状態で、インク３０を介して保護層４と対向電極５間に流れる電流値を測定することで、インク３０が吐出されたか否か（インクの吐出状態）を検出できる。

次に、電気化学反応によって保護層４と対向電極５間に流れる電流値のインク３０の吐出状態における変化について、図２および図３を用いて詳細に説明する。

図２（ａ）〜（ｄ）は、インクジェット記録ヘッド９のインク吐出における状態変化を説明するための模式図である。

図３（ａ）は、電圧印加部１１によって保護層４と対向電極５間に印加された電圧を示す図である。図３（ｂ）は、発熱部３を駆動するためにスイッチング素子に入力される駆動パルスを示す図である。発熱部３は、駆動パルスがスイッチング素子に入力されるタイミングで通電されて駆動される。図３（ｃ）、（ｄ）は、検出装置１２で測定される電流値を示す図である。

図２（ａ）は、図３の時刻ｔ＝０における記録ヘッド９の状態を示す図である。このとき、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、保護層４と対向電極５間には電圧が印加されておらず、発熱部３を駆動するためのスイッチング素子には駆動パルスが入力されていない。

図２（ｂ）は、図３の時刻ｔ＝Ｔ₁における記録ヘッド９の状態を示す図である。図３（ａ）に示すように、時刻ｔ＝Ｔ₁で保護層４と対向電極５間に電圧Ｖ_Dが印加されると、図３（ｃ）に示すように、インク３０を介して保護層４と対向電極５間に電流が流れ、電流値Ｉ₁が測定される。その後、保護層４及び対向電極５近傍ではインク３０中の電荷が移動しにくくなるため、電流が徐々に低下して電流値Ｉ_OFF付近で収束する。

図２（ｃ）は、図３の時刻ｔ＝Ｔ₃における記録ヘッド９の状態を示す図である。図３（ｂ）に示すように、時刻ｔ＝Ｔ₂〜Ｔ₃でスイッチング素子をＯＮする駆動パルスが入力されると、発熱部３ではインク３０を吐出するための熱エネルギーが発生し、図２（ｃ）に示すように時刻ｔ＝Ｔ₃でインク滴３０ａが吐出される。

電荷が移動しにくくなったインク３０は、インク滴３０ａとして吐出されるため、図２（ｄ）に示すように、新たなインク３０が供給口４５から再供給（リフィル）される。これにより保護層４及び対向電極５近傍のインク３０中の電荷が移動できるようになる。つまり、図３（ｃ）に示すように、新たなインク３０がリフィルされている途中（時刻ｔ＝Ｔ₄〜Ｔ₅）で電流値が変化する。

一方、駆動パルスに基づき発熱部３に通電してもインク３０がインク滴３０ａとして吐出されない場合、図３（ｄ）に示すように、時刻ｔ＝Ｔ₄〜Ｔ₅であっても電流値は変化せず、時刻ｔ＝Ｔ₂のときとほとんど同じ電流値Ｉ_OFFである。

したがって、駆動パルスを入力した後に測定される電流値が所定の閾値（Ｉ_ON）以上であるときはインク３０が吐出されていると判定できる。一方、駆動パルスを入力した後に測定される電流値が閾値Ｉ_ONよりも小さいときはインク３０が吐出されていないと判定できる。
（コゲ除去動作）
次に、記録ヘッド９を長期間使用することで保護層４の表面に付着したコゲを除去するクリーニング動作について説明する。

電圧印加部１１により、保護層４がアノード電極となり、対向電極５がカソード電極となるようにコゲ除去用のクリーニング電圧（以下、第二の電圧とも称する）を印加すると、保護層４とインク３０間で電気化学反応が起きる。これにより保護層４表面の金属が溶出し、それと共に保護層４の表面に付着したコゲが除去される。一般に、電気化学反応によって金属が溶液中に溶出するか否かは、各金属の電位−ｐＨ図を見れば把握できる。イリジウムやルテニウムは、アノード電極としてインク３０のｐＨ値に応じた所定の電圧が印加されたときに溶解する性質を持つ材料である。

保護層４に用いる材料は、コゲの除去やインク３０の吐出状態の判定のために電圧が印加されたり、記録動作のために熱が加えられたりしても、酸化しにくく電気的に安定している必要がある。イリジウムやルテニウムは、インク３０を吐出するために発熱部３によって７００℃程度まで加熱されても酸化しにくいため、保護層４及び対向電極５の材料に用いて好ましい。このようなコゲを除去するクリーニング動作は、上記電流値の変化によりインク３０の不吐出を検知したときに実行すればよい。また、コゲの除去動作を実行した後、再度、インク３０が吐出されているか否かを検査すれば、コゲが除去されたか否かを正確に確認できる。
（クリーニング動作シーケンス）
次にインクの吐出状態の判定とコゲの除去動作とを用いた記録ヘッドのクリーニング動作の手順について説明する。

図６は、図５に示したインクジェット記録装置が実施するクリーニング動作の処理手順を示すフローチャートである。図６に示すクリーニング動作は、例えば所定枚数の印刷を実行したときや記録動作を開始する直前等で適宜実行すればよい。

クリーニング動作を開始すると、演算手段２１は、まず電圧印加部１１により保護層４と対向電極５間に吐出検知用の第一の電圧を印加させる（ステップＳ１）。

次に、演算手段２１は、ＥＥＰＲＯＭ２５から吐出検知用のパルス幅のデータを読み出し、該データで規定されたパルス幅を有する駆動信号を用いてスイッチング素子を制御し発熱部３を駆動する（ステップＳ２）。吐出検知には、記録媒体に対して記録動作を行うときよりも短いパルス幅の駆動信号を用いる。すなわち、発熱部３に記録動作に用いるエネルギー量よりも少ないエネルギー量を供給してインク３０の吐出状態を検査する。このようなインク３０の吐出状態の検査を適宜実施することで、保護層４表面におけるコゲ付着の影響を早期に検知できる。

また、演算手段２１は、検出装置１２で測定された電流値を取得し、該電流値が閾値（Ｉ_ON）以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。検出装置１２で測定された電流値が閾値（Ｉ_ON）よりも小さい場合、演算手段２１は、コゲを除去するコゲ除去動作へ移行する（ステップＳ４）。一方、検出装置１２で測定された電流値が閾値（Ｉ_ON）以上である場合、演算手段２１は、クリーニング動作を終了する。ここでは閾値（Ｉ_ON）に基づいてコゲ除去動作の要否を判断する例を示したが、閾値（Ｉ_ON）を決めずに電流値が増加または減少するといった電流値の変化を用いてコゲ除去動作の要否を判断してもよい。

ステップＳ４において、演算手段２１は、保護層４がアノード電極となるように、電圧印加部１１を用いて保護層４と対向電極５間にコゲ除去動作用の第二の電圧を印加する。これにより、保護層４表面のコゲが金属と共にインク３０中に溶出されて除去される。コゲ除去動作用の第二の電圧は、吐出検知用の第一の電圧よりも高い電圧に設定する。コゲ除去動作に第一の電圧よりも高い電圧を用いることで、短時間で効率的に保護層４とインク３０間で電気化学反応を起こさせて、コゲを除去できるためである。また、吐出検知時において、必要以上に高い電圧を印加すると、保護層４の表面が溶解して記録ヘッド９の寿命が短くなってしまうためである。

なお、コゲ除去動作を実施すると、溶出した保護層４の材料成分並びに剥離したコゲが流路１０内のインク３０に滞留する。記録品質に影響がなければこのインク３０をそのまま次回の記録動作で用いてもよいが、吸引回復動作等を実施して流路１０内に滞留したインク３０を排出してもよい。

また、本手順では、保護層４と対向電極５間に第一の電圧を印加した後、直ちに発熱部３を駆動する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、第一の電圧を印加した後、測定電流値が予め設定した閾値以下となるように一定時間おいてから発熱部３を駆動してもよい。これにより、電流値が確実に安定した状態で発熱部３が駆動される。そのため、インク３０の吐出に伴って電流値が閾値を超えたか否かを正確に検知することができ、インク３０が吐出されたか否かをより確実に判定できる。

上述したように、本発明では吐出検知用の駆動パルスを用いて発熱部３を駆動してもインク３０が吐出されなかった場合、保護層４とインク３０との間で電気化学反応を起こさせ、保護層４の表面の金属を溶出させる。そのため、保護層４の膜厚は、クリーニング動作を行う度に薄くなる。したがって、常に同じパルス幅の駆動信号で発熱部３を駆動して記録すると、必要以上のエネルギーがインク３０に与えられ、吐出量が増大して記録画像の品質が低下するおそれがある。また、保護層４や絶縁層１０６も必要以上に加熱されるため、記録ヘッド９の寿命が低下することが考えられる。そのため、コゲ除去動作を行った後は、インク３０の吐出エネルギー量を最適な値に調整することが好ましい。このような吐出エネルギーの調整処理を含むクリーニング動作のフローチャートを図７に示す。

図７に示すステップＳ１１〜Ｓ１４の処理は、図６に示したステップＳ１〜Ｓ４の処理と同様である。

演算手段２１は、図７に示すステップＳ１１〜Ｓ１４の処理が終了すると、記録動作時における最適な吐出エネルギー量の調整工程へ移行する。発熱部３のエネルギー量は、発熱部３の駆動条件を変えることで変更できる。ここでは駆動信号のパルス幅を変更する例を示す。クリーニング動作を繰り返すと、保護層４が薄くなることにより、吐出に必要なエネルギー量が減少するため、最適なパルス幅はコゲ除去動作前よりも短くなると考えられる。

演算手段２１は、まず電圧印加部１１により吐出検知用の第一の電圧を保護層４と対向電極５間に印加する（ステップＳ１５）。

次に、ＥＥＰＲＯＭ２５に格納されたデータに基づき、クリーニング動作前の記録ヘッドでインク３０の吐出に必要な最小のパルス幅（Ｐｔｈ）よりも一段階短いパルス幅の駆動信号を用いて発熱部３を駆動する（ステップＳ１６）。

続いて、演算手段２１は、検出装置１２で測定された電流値を取得し、検出装置１２で測定された電流値が閾値（Ｉ_ON）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。

検出装置１２で測定された電流値が閾値（Ｉ_ON）以上である場合はさらに一段階狭いパルス幅の駆動信号を用いて発熱部３を駆動する（ステップＳ１６）。この動作を電流値が閾値（Ｉ_ON）よりも小さくなるまで繰り返す。そして、電流値が閾値（Ｉ_ON）よりも小さくなったときのパルス幅に対して一段階広いパルス幅を、インク３０の吐出に必要な最小のパルス幅（Ｐｔｈ）としてＥＥＰＲＯＭ２５に格納されたデータを更新する（ステップＳ１８）。この最小のパルス幅（Ｐｔｈ）に一定量のマージンを加えたパルス幅を実際の記録動作で使用する。

本手順によれば、コゲ除去処理を含むクリーニング動作と吐出エネルギーの変更処理とを一連の処理として実施できる。

図５に示したインクジェット記録装置を用いて検証した結果を以下に示す。

実験に用いた記録ヘッド９の保護層４と対向電極５は、それぞれ約１００ｎｍの厚さのイリジウムで形成されており、絶縁層１０６と保護層４間には厚さが約１００ｎｍのタンタルからなる密着層が設けられている。また、インク３０には、ＰＧＩ−２Ｍ（キヤノン製）の商品名で販売されている、染料を含有するマゼンダインクを用いる。

実験方法は、図７に示した手順と同様である。

まず、保護層４の表面にコゲが付着するように、記録動作用のパルス幅を有する駆動信号を用いて一定時間発熱部３を駆動する。その後、保護層４と対向電極５間に第一の電圧を印加しつつ、吐出検知用のパルス幅を有する駆動信号を印加することで発熱部３を駆動する。続いて、保護層４と対向電極５間に流れる電流値が閾値を超えたか否かを判定し、電流値が閾値よりも小さいときコゲ除去動作を行う。

コゲ除去動作後の保護層４の表面にコゲが付着していない状態でインク３０の吐出に必要な発熱部３の駆動信号のパルス幅を測定すると、駆動電圧２０Ｖにおいて１．３μｓｅｃであった。このパルス幅を吐出検知用のパルス幅として設定する。

一方、ばらつきを考慮して１．３μｓｅｃに係数１．１５を乗算した１．５μｓｅｃを記録動作時に使用するパルス幅とする。このパルス幅の駆動信号を用いて、電圧２０Ｖ、周波数５ｋＨｚで５．０×１０⁶パルス分発熱部３を駆動した。このとき、保護層４の表面を観察すると、コゲの付着は見られなかった。また、このときに記録動作を実施しても画像品質の低下は見られなかった。

続いて、電圧印加部１１を用いて保護層４と対向電極５間に２．５ＶのＤＣ電圧を印加し、パルス幅が１．３μｓｅｃの吐出検知用の駆動信号を用いて発熱部３を駆動した。この際にインク３０が吐出されるのが確認でき、かつ検出装置１２で測定される電流に増加がみられた。

次に、パルス幅を１．５μｓｅｃとし、電圧２０Ｖ、周波数５ｋＨｚで５．０×１０⁷パルス分発熱部３を駆動した。このとき、保護層４の表面を観察すると、ほぼ均一にコゲの付着が確認された。また、このときに記録動作を実施すると画像にむらが生じていることが確認された。

また、電圧印加部１１を用いて保護層４と対向電極５間に２．５ＶのＤＣ電圧を印加し、パルス幅が１．３μｓｅｃの吐出検知用の駆動信号で発熱部３を駆動した。このとき、インク３０の吐出は見られず、検出装置１２で測定される電流にも変化は見られなかった。

その後、保護層４がアノード電極となり、対向電極５がカソード電極となるように電圧印加部１１を用いて保護層４と対向電極５間に１０ＶのＤＣ電圧を３０秒間印加した。その結果、保護層４の表面に付着していたコゲが除去されたことが確認された。

以上の実験結果からも、検出装置１２で測定されるインク３０を介して保護層４と対向電極５間に流れる電流値をモニターすることでインク３０の吐出状態を確認することが可能であり、クリーニング動作を行うタイミングを判定できることがわかる。

次に、５．０×１０⁷パルス分（駆動パルス幅は、１．３μｓｅｃ）発熱部３を駆動した後にクリーニング動作を行う一連の処理を５回実施した記録ヘッドと、１０回実施した記録ヘッドとで、インク３０の吐出に必要な熱エネルギーに差が生じているかを比較した。

両方の記録ヘッドの発熱部３を１．３μｓｅｃのパルス幅を有する駆動信号で駆動したところ、共にインク３０の吐出が確認され、検出装置１２で測定される電流値にも増加が確認された。

次に、両方のインクジェット記録ヘッドの発熱部３をパルス幅が１．２μｓｅｃの駆動信号で駆動した。

このとき、クリーニング動作を５回実施した記録ヘッドでは、インク３０が吐出されず、測定される電流値の変化も見られなかった。つまり、インク３０を吐出するために必要な熱エネルギーに変化がないことが確認された。

一方、クリーニング動作を１０回実施した記録ヘッドでは、インク３０の吐出が確認されると共に、測定される電流値に変化が生じていることが確認された。つまり、１０回のクリーニング動作によって保護層４の膜厚が薄くなり、インク３０を吐出するのに必要な熱エネルギーが低下したことが確認された。このような実験結果から、クリーニング動作によって保護層４の膜厚が薄くなった場合は、吐出に必要なエネルギー量が変化していることがわかった。

したがって、本発明に係る記録ヘッドは、保護層４と対向電極５とを用いてコゲ除去動作と吐出検知動作とを行うことができる。

また、コゲ除去動作を適宜行うことで、インク３０の吐出速度の低下が防止され、発熱部３からインク３０への熱伝導性の低下が抑制される。そのため、インク３０を吐出するための熱エネルギーを増大させなくても信頼性の高い記録動作が可能になる。さらに、クリーニング動作後に記録動作に必要なエネルギー量を調整することで、記録ヘッドの使用時間を延ばすことができる。

３ 発熱部
４ 保護層
５ 対向電極
８ 流路壁部材
８ａ 壁
９ インクジェット記録ヘッド
１０ 流路
１１ 電圧印加部
１２ 検出装置
２０ インタフェース
２１ 演算手段
２２ ＲＯＭ
２３ ＤＲＡＭ
２４ ゲートアレイ
２５ ＥＥＰＲＯＭ
２６ エネルギーテーブル
３０ インク
３１ ヘッドドライバ
３２、３３ モータドライバ
３４ 回復系モータ
３０ａ インク滴
４５ 吐出口
４０４ インクタンク
４１０ インクジェットヘッドユニット
５００ キャリッジ
５０１ 無端ベルト
５０２ ガイドシャフト
５０４ キャリッジモータ
５０６ リニアスケール
５０７ リニアエンコーダ
５０８ 検出系
５０９〜５１２ ローラユニット
５１３ キャップ部材
Ｐ 記録紙

Claims (8)

1. インクを吐出するための熱エネルギーを発生する発熱部、並びにインクの流路に面して設けられ、インクを介して電気的に接続される一対の電極を備えたインクジェット記録ヘッドと、
   前記一対の電極の間に電圧を印加する電圧印加手段と、
   前記一対の電極の間に流れる電流値を測定する測定手段と、
   前記電圧印加手段によって前記一対の電極の間に電圧を印加させた状態で、前記発熱部を駆動させることで、前記測定手段で測定される電流値に変化が生じるか否かを判断する制御手段と、
   を有するインクジェット記録装置。
2. 請求項１に記載のインクジェット記録装置において、
   前記一対の電極の一方は、インクとの電気化学反応によって溶出する金属材料からなり、前記発熱部によって加熱される領域に配置されていることを特徴とするインクジェット記録装置。
3. 請求項１または２に記載のインクジェット記録装置において、
   前記一対の電極の一方は、少なくともイリジウムまたはルテニウムを含む材料で形成されることを特徴とするインクジェット記録装置。
4. インクを吐出するための熱エネルギーを発生する発熱部、並びにインクの流路に面して設けられ、インクを介して電気的に接続する一対の電極を備えたインクジェット記録ヘッドを有するインクジェット記録装置の制御方法であって、
   前記一対の電極の間に電圧を印加して、インクを介して流れる電流値を測定する測定工程と、
   前記発熱部を駆動したときに前記電流値が変化するか否かを判定する判定工程と、
   を有することを特徴とするインクジェット記録装置の制御方法。
5. 前記判定工程は、
   前記電流値が予め定めた閾値を超えたときに前記電流値が変化したと判定することを特徴とする請求項４または５に記載のインクジェット記録装置の制御方法。
6. 前記インクジェット記録ヘッドの前記一対の電極の一方は、インクとの電気化学反応によって溶出する金属材料からなり、前記発熱部によって加熱される領域に配置されており、
   前記判定工程において、前記電流値が変化しないと判定された場合は、前記一方がアノード電極となるように電圧を印加するクリーニング工程を行うことを特徴とする請求項４または５に記載のインクジェット記録装置の制御方法。
7. 前記クリーニング工程で印加される電圧は、前記測定工程で印加される電圧よりも高いことを特徴とする請求項６に記載のインクジェット記録装置の制御方法。
8. 前記一対の電極の一方は、少なくともイリジウムまたはルテニウムを含む材料で形成されていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載のインクジェット記録装置の制御方法。

Images