JP2014058103A - 画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】空吐出を行うときに、吐出開始に要する圧力を抑制することが出来る画像形成装置を提供する。
【解決手段】インク滴を吐出するノズル孔と、インク滴となるインクを収容する個別液室と、吐出液室内に圧力を発生させる圧電アクチュエータと、を備え、インク滴を用紙に吐出して画像を形成する画像形成動作と、画像形成動作時以外のときにインク滴を空吐出する空吐出動作とを制御する制御部等を備るプリンタにおいて、制御部は、空吐出動作として、インク滴を吐出するときよりも小さい圧力が発生するように圧電アクチュエータを駆動して、個別液室内のインクを揺動させる揺動工程を実行した後に、空吐出を行う空吐出工程を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、吐出孔から液滴を吐出する液滴吐出機構を備え、吐出孔から記録に対して液滴を吐出して画像を形成する画像形成装置に関するものである。

この種の液滴吐出装置は、例えば、複写機、プリンタ、ファクシミリ、プロッタ等の画像形成装置のインク吐出機構として用いられる。ここでいう画像形成装置は、記録材上に画像を形成するものであるが、その記録材の材質は紙に限定されるものではなく、糸、繊維、布帛、皮革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス等のあらゆる記録材に液体を吐出して画像形成を行う装置を意味する。そして、画像形成とは、文字や図形等の意味を持つ画像を記録材に対して付与することだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を記録材に付与する（単に液滴を吐出する）ことをも意味する。また、液滴として吐出される液体は、所謂インクに限るものではなく、吐出されるときに液体となるものであれば特に限定されるものではなく、例えばＤＮＡ試料、レジスト、パターン材料なども含まれる。

画像形成装置の一例であるインクジェット記録装置におけるインク吐出ヘッドは、インク滴を吐出する吐出孔と、インク滴となるインクを収容する吐出液室と、この吐出液室内のインクを加圧する圧力を発生する圧力発生手段とを備える。そして、圧力発生手段を駆動することで吐出液室内のインクを加圧して吐出孔からインク滴を吐出させる。このようなインクジェット記録装置としては、記録の必要なときにのみインク滴を吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。

この種の画像形成装置では、吐出液室内のインクの水分（溶媒）が自然蒸発すると、インク液の粘度が高くなったり、吐出孔内のインクメニスカスが変化したりする。インク液の粘度が高くなったり、インクメニスカスが変化したりしたままの状態で、インク滴の吐出を行うと、所望の画像形成を行えない問題が生じることがある。
このような問題を防止する構成として、従来のインクジェット方式の画像形成装置では、画像形成時以外のときに、画像形成に寄与しないインクの吐出を行う空吐出を実行している（特許文献１〜３等）。この空吐出によって、吐出液室内及び吐出孔内のインクの粘度と、吐出孔内のインクメニスカスとを整えている。

しかしながら、粘度が高くなった状態のインク液は、吐出されにくくなっており、画像形成を行うときと同じ圧力を発生させても、空吐出を行うことができない場合があった。インク液の粘度が高くなった場合、それを吐出するのに十分大きな圧力が発生するように圧力発生手段を駆動させることが考えられる。しかし、圧力発生手段が発生させる圧力を大きくする場合、圧力発生手段の駆動に要する電圧が大きくなったり、吐出液室を形成する各部材に対する負担が増加したりする。駆動に要する電圧が大きくなると、圧力発生手段に電力を供給する回線を電圧に耐え得るものとする必要があり、装置のコスト高に繋がる。また、吐出液室を形成する各部材に対する負担が増加すると、装置の寿命の低下に繋がる。

本発明は以上の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、空吐出を行うときに、吐出開始に要する圧力を抑制することが出来る画像形成装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、液滴を吐出する吐出孔と、該液滴となる吐出液を収容する吐出液室と、該吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段と、を備え、該液滴を記録材に吐出して画像を形成する画像形成動作と、該画像形成動作時以外のときに該液滴を空吐出する空吐出動作とを制御する吐出制御手段を備える画像形成装置において、上記吐出制御手段は、上記空吐出動作として、上記液滴を吐出するときよりも小さい圧力が発生するように上記圧力発生手段を駆動して、上記吐出液室内の吐出液を揺動する揺動工程を実行した後に、空吐出を行う空吐出工程を実行することを特徴とするものである。

吐出液室内の吐出液の水分（溶媒）が自然蒸発して吐出液の粘度が高くなる場合、水分の出口となる吐出孔近傍ほど粘度が高くなる傾向がある。吐出孔近傍の吐出液の粘度が高いと、吐出液室内から吐出孔を通過して吐出されるという動きが生じ難く、吐出開始に要する圧力が大きくなる。
本発明においては、揺動工程を実行することで、吐出孔付近で粘度が高くなった吐出液が攪拌され、加圧液室内に分散される。これにより、揺動工程を実行する前よりも吐出孔近傍の吐出液の粘度が低下し、その後の空吐出工程を実行するときの吐出開始に要する圧力を抑制できる。

本発明によれば、空吐出を行うときに、吐出開始に要する圧力を抑制することが出来るという優れた効果がある。

実施例１の空吐出を行うときの駆動波形を示す説明図。 インクジェットプリンタの概略斜視図。 インクジェットプリンタの概略断面図。 液滴吐出ヘッドの分解斜視図、（ａ）はノズル基板の説明図、（ｂ）は液室基板の説明図、（ｃ）は保護基板の説明図。 液滴吐出ヘッドの断面説明図、（ａ）は、図４中のＸ−Ｘ’断面に対応する断面説明図、（ｂ）は、図４に示したＹ−Ｙ’断面に対応する断面説明図。 記録ヘッドの圧電アクチュエータの部分平面図。 本実施形態の記録ヘッドの製造工程を示す工程断面図。 本実施形態の記録ヘッドの製造工程の図７以降の工程を示す工程断面図。 ピエゾ素子における電界強度と変位量との関係の一例を示すグラフ。 実施例１の空吐出動作における図１よりも長い期間の駆動波形を示す説明図。 パルスを共振駆動したときのパルス数を変化させた実験の結果を示すグラフ。 実施例２の空吐出を行うときの駆動波形を示す説明図。 実施例３の空吐出を行うときの駆動波形を示す説明図、（ａ）は、空吐出動作の二回分の駆動波形、（ｂ）は、（ａ）中の空吐出工程の駆動波形の拡大図。 実施例４の空吐出を行うときの駆動波形を示す説明図。 実施例５の空吐出を行うときの駆動波形を示す説明図。 実施例６の空吐出を行うときの駆動波形を示す説明図、（ａ）は、空吐出の期間の全体を示す概略図、（ｂ）は、（ａ）中の吐出開始初期の空吐出工程の駆動波形の拡大図、（ｃ）は、（ａ）中の吐出終了間際の空吐出工程の駆動波形の拡大図。

以下、本発明を適用可能な画像形成装置の一実施形態である、インクジェットプリンタ（以下、プリンタ１００）について説明する。
まず、プリンタ１００の基本的な構成について説明する。図２は、プリンタ１００の斜視図であり、図３は、プリンタ１００主走査方向の図２中の手前側から見たときのインクカートリッジ１０２を含む断面における概略断面図である。
プリンタ１００は、キャリッジ１０１と、記録ヘッド５１と、インクカートリッジ１０２とを含んで構成される印字機構部１０３を本体内部に有している。キャリッジ１０１は、プリンタ１００本体内部において、用紙Ｓの搬送方向に対して直交方向である主走査方向（図２中の矢印Ａ方向、図３中の紙面に直交する方向）に移動可能な部材である。記録ヘッド５１は、キャリッジ１０１に搭載した液滴吐出ヘッドの一例であるインクジェットヘッドであり、インクカートリッジ１０２は記録ヘッド５１にタンク部１０２ａ内のインクを供給する。

図３に示すように、プリンタ１００は、印字機構部１０３の下方に給紙機構部１０４を有している。プリンタ１００は、詳細は後述するが、給紙機構部１０４の給紙トレイ２３０または手差しトレイ１０５から給送される用紙Ｓを装置内に取り込む。そして、印字機構部１０３によって所定の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ１０６に排紙する。

記録ヘッド５１は、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｂ）の各色のインクを吐出するインク吐出ヘッドである。記録ヘッド５１は、複数のインク吐出孔（後述する「ノズル孔２０」）を、主走査方向に対して直交する副走査方向（図中の矢印Ｂ方向）に配列している。また、記録ヘッド５１は、インクの吐出方向が下方となるようにキャリッジ１０１に装着されている。
印字機構部１０３のキャリッジ１０１には、記録ヘッド５１に供給するためのイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、及び、ブラック（Ｂ）の各色のインクを収容した四つのインクカートリッジ１０２がそれぞれ交換可能に装着されている。

インクカートリッジ１０２のタンク部１０２ａの上方（図３中の上方）には、大気と連通する不図示の大気口が備えられている。また、タンク部１０２ａの下方には、タンク部１０２ａ内のインクを記録ヘッド５１に向けて排出するインク排出口１０２ｂが設けられている。さらに、タンク部１０２ａの内部には、インクが充填された不図示の多孔質体を有しており、多孔質体の毛管力により記録ヘッド５１へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。
記録ヘッド５１としては、プリンタ１００では、各色に対応した複数のヘッド部を用いる構成となっているが、各色のインクを吐出するノズル孔を有する一個のヘッド部でもよい。

印字機構部１０３はキャリッジ１０１を保持する保持手段として、プリンタ１００本体の主走査方向の両側面板（１００ａ及び１００ｂ）に横架したガイド部材として、主ガイドロッド１０７と従ガイドロッド１０８とを有する。主ガイドロッド１０７は、キャリッジ１０１の後方側（用紙搬送方向下流側、図３中の右側）を貫通する。また、従ガイドロッド１０８は、主ガイドロッド１０７と一定間隔をおいて並行に延在し、キャリッジ１０１の前方側（用紙搬送方向上流側、図３中の左側）が載置される。キャリッジ１０１は、主ガイドロッド１０７及び従ガイドロッド１０８によって主走査方向に移動可能なように摺動自在に保持されている。

また、印字機構部１０３は、キャリッジ１０１を主走査方向に移動走査するための移動手段として、タイミングベルト１１２を有する。さらに、印字機構部１０３は、タイミングベルト１１２を張架する駆動プーリ１１０及び従動プーリ１１１と、駆動プーリ１１０を回転駆動する主走査モータ１０９とを有している。図２に示すように、駆動プーリ１１０はプリンタ１００本体の一方の側面板（１００ｂ）側に配置し、従動プーリ１１１は、本体の他方の側面板（１００ａ）側に配置して、タイミングベルト１１２が主走査方向に平行に延在するようにしている。また、タイミングベルト１１２にはキャリッジ１０１が固定されている。

主走査モータ１０９は、駆動プーリ１１０を正逆回転させる駆動源であり、駆動プーリ１１０が回転すると、タイミングベルト１１２が主走査方向に沿って無端移動する。キャリッジ１０１は、タイミングベルト１１２に固定されているため、タイミングベルト１１２とともに主走査方向に移動する。このため、主走査モータ１０９によって駆動プーリ１１０を正逆回転させることで、キャリッジ１０１が主走査方向に往復移動される。

給紙機構部１０４は、用紙Ｓを積載した給紙トレイ２３０と、給紙ローラ１１３と、フリクションパッド１１４と、ガイド部材１１５と、搬送ローラ１１６とを備える。給紙トレイ２３０は、図３中の右側から複数枚の用紙Ｓの束を積載可能となっており、プリンタ１００本体に対して着脱可能に装着されている。
給紙ローラ１１３及びフリクションパッド１１４は、用紙Ｓを、記録ヘッド５１の下方に搬送するために、給紙トレイ２３０内にセットした用紙Ｓの束の最上段の一枚を分離給紙する。ガイド部材１１５は、給紙トレイ２３０から分離給紙された用紙Ｓを搬送ローラ１１６によって搬送される領域に案内する。

給紙ローラ１１３によって給紙され、ガイド部材１１５によって案内された用紙Ｓを、搬送ローラ１１６が反転させて、記録ヘッド５１の下面と対向する位置に搬送する。また、搬送ローラ１１６の周囲には、搬送コロ１１７及び先端コロ１１８が配置されている。搬送コロ１１７は用紙Ｓを搬送ローラ１１６に押し付けて、用紙Ｓが搬送ローラ１１６から分離することを防止している。先端コロ１１８は、記録ヘッド５１の下面と対向する位置に所定の送り出し角度で用紙Ｓを送り出す。搬送ローラ１１６は、副走査モータ１３０によって不図示のギヤ列を介して回転駆動が伝達され、図３中の時計周り方向に回転する。

記録ヘッド５１の下面と対向する位置には、印写受け部材１１９が設けられている。印写受け部材１１９は、キャリッジ１０１の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ１１６から送り出された用紙Ｓを記録ヘッド５１の下方側で案内する用紙ガイド部材である。この印写受け部材１１９の用紙搬送方向下流側には、用紙Ｓを排出方向に送り出すための印写後搬送ローラ１２０と、印写後搬送ローラ１２０に対向する印写後搬送拍車１２１とが配置されている。さらに、印写後搬送ローラ１２０によって送り出された用紙Ｓを排紙トレイ１０６に排出する排紙ローラ１２３と排紙ローラ１２３に対向する排紙拍車１２４とを備えている。また、印写後搬送ローラ１２０と排紙ローラ１２３との間には、排紙経路を形成する一対のガイド部材として下ガイド部材１２５及び上ガイド部材１２６が配設されている。

また、プリンタ１００には、手差しで用紙Ｓを給紙するための手差しトレイ１０５が設けられている。この手差しトレイ１０５は、トレイ開閉軸１０５ｂを中心にプリンタ１００本体に対して開倒可能に取り付けられている。この手差しトレイ１０５上に載置された用紙Ｓは、手差し給紙ローラ１０５ａによって搬送ローラ１１６に搬送される。

印字機構部１０３における主走査方向のキャリッジ１０１の移動範囲の一端である、図２中の右手前側の記録領域を外れた位置には、記録ヘッド５１の吐出不良を回復するための回復装置１２７を配置している。回復装置１２７は、キャッピング部材と吸引手段とクリーニング手段とを有している。印字待機中には、キャリッジ１０１を回復装置１２７側（図２中の右手前側）に移動し、不図示のキャッピング部材で記録ヘッド５１をキャッピングする。これにより、記録ヘッド５１のノズル孔を湿潤状態に保つことができ、インク乾燥による吐出不良を防止することができる。また、記録途中などに回復装置１２７と対向する位置にキャリッジ１０１を移動し、記録とは関係しないインクを吐出することにより、全てのノズル孔のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持することができる。

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング部材で記録ヘッド５１下面のノズル孔を密封し、キャッピング部材に設けられた不図示のチューブを通して、吸引手段でノズル孔からインクとともに気泡等を吸い出す。さらに、ノズル孔が開口しているヘッド面（下面）に付着したインクやゴミ等は不図示のヘッド面クリーニング手段により除去され、吐出不良が回復される。また、吸引されたインクは、プリンタ１００本体下部に設置された不図示の廃インクタンクに排出され、廃インクタンク内部のインク吸収体に吸収保持される。

次に、プリンタ１００のプリント動作について説明する。
プリンタ１００は、パーソナルコンピュータ等の外部装置から画像情報などの信号が送られ、プリント動作を実行する。プリント動作が実行されると、給紙トレイ２３０から給紙ローラ１１３によって、または、手差しトレイ１０５から手差し給紙ローラ１０５ａによって、用紙Ｓが給紙される。給紙トレイ２３０から給紙された用紙Ｓは、ガイド部材１１５や搬送コロ１１７に案内されて、搬送ローラ１１６に搬送されつつ反転し、記録ヘッド５１と対向する位置に搬送される。一方、手差しトレイ１０５から供給された用紙Ｓは、搬送コロ１１７に案内されて、搬送ローラ１１６に搬送されて記録ヘッド５１と対向する位置に搬送される。

記録ヘッド５１に対向する位置に搬送された用紙Ｓが所定位置に達したら、搬送ローラ１１６の回転を停止して用紙Ｓの移動を停止する。そして、キャリッジ１０１が画像信号に応じて主走査方向に往復移動しながら、停止した用紙Ｓの所定箇所に所定のインクを吐出して一行分の画像を用紙Ｓに形成する。ここで、一行とは、記録ヘッド５１が用紙Ｓへ記録可能な副走査方向（記録ヘッド５１に対向する位置での用紙Ｓの移動方向）の範囲を言う。
主走査方向に一行分の画像形成が終了したら、搬送ローラ１１６を所定時間回転させ、用紙Ｓを一行分、排紙トレイ１０６方向に移動させて停止する。そして、キャリッジ１０１が画像信号に応じて主走査方向に往復移動しながら一行分の画像を形成する。

このような工程を所定回数繰り返して行い、用紙Ｓに所望の画像をプリントする。外部装置から記録終了信号を受信して所望の画像がプリントされた場合、または、用紙Ｓの後端が記録領域に到達した信号を受信した場合には、用紙Ｓは、排紙トレイ１０６に排出される。このとき、用紙Ｓは、印写後搬送ローラ１２０及び印写後搬送拍車１２１と排紙ローラ１２３及び排紙拍車１２４とによって搬送され、排紙トレイ１０６に排出される。画像形成が終了すると、キャリッジ１０１を図２中右手前側の回復装置１２７と対向する位置に移動させ、図示しないキャッピング部材で記録ヘッド５１のノズル孔をキャッピングする。

次に、記録ヘッド５１について説明する。本実施形態の記録ヘッド５１は、薄膜ピエゾヘッドである。
図４は、上述した記録ヘッド５１の一部分の分解斜視図である。図４に示す記録ヘッド５１は、圧電アクチュエータ２００を用いたものであり、インク滴を基板の面部（ヘッド面）に設けたノズル孔から吐出させるサイドシューター方式の例を示すもので図示している。なお、図２及び図３ではインク吐出孔（「ノズル孔２０」）が下方に向いて設置される記録ヘッド５１を、図４では説明の都合上、上方に描いている。

図４に示すように、記録ヘッド５１は、三枚の基板を重ねて形成されている。図４（ａ）は、インクを吐出するノズル孔２０を有するノズル基板２の説明図である。図４（ｂ）は、個別液室１４、振動板層５５、流体抵抗部１５、個別インク供給室２４及び圧電素子５６等を形成した液室基板１の説明図である。図４（ｃ）は、圧電素子保護空間２２や共通液室１８を形成する保護基板３の説明図である。このように、記録ヘッド５１は、ノズル基板２、液室基板１及び保護基板３の三枚の基板を重ねた積層構造となっている。また、図４（ｂ）及び図４（ｃ）は、一部断面図で示してある。

図４では、一つの共通液室１８と連通する個別液室１４が六個のものを示している。しかし、これは便宜的に示したものであり、プリンタ１００が備える記録ヘッド５１は、一つの共通液室１８に対してより多くの個別液室１４が連通する構成となっている。

図５は、図４に示す記録ヘッド５１の断面説明図である。図５（ａ）は、図４中のＸ−Ｘ’断面に対応する断面説明図であり、便宜上二つの個別液室１４に対応する部分のみ示している。図５（ｂ）は、図４に示したＹ−Ｙ’断面に対応する断面説明図である。図５（ａ）では、流路が狭くなっている流体抵抗部１５に対応する領域を破線で示している。また、図６は、記録ヘッド５１の圧電アクチュエータ２００の部分平面図である。

液室基板１には、シリコン基板４が用いられ、個別液室１４、流体抵抗部１５などのインク流路となる溝部が形成されている。
液室基板１は、シリコン基板４上にシリコン酸化膜を介してシリコンが張り合わされたＳＯＩ基板を用いている。また、振動板層５５は、ＳＯＩ基板のシリコン層（Ｓｉ層）表面にパイロ酸化法を適用し、シリコン酸化膜を形成したものである。そして、この振動板層５５の上に圧電素子５６を形成して、圧電アクチュエータ２００を構成する。

圧電素子５６は、振動板層５５の上に下部電極層１５１となる白金膜、圧電体層１５２となるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）の膜、上部電極層１５３となる白金膜の多層構造を積層することで形成している。下部電極層１５１は共通電極であり、上部電極層１５３は個別電極である。圧電素子５６は、シリコン基板４をエッチングすることにより形成された個別液室１４に対向する領域に形成されている。

液室基板１は、下部電極層１５１及び上部電極層１５３のそれぞれに電位を印加する配線部材１５４を備える。配線部材１５４としては、下部電極パッド部１５７を下部電極層１５１に電気的に接続する第一配線部材１５４ａと、上部電極パッド部１５８を上部電極層１５３に電気的に接続する第二配線部材１５４ｂとが設けられている。また、液室基板１は、下部電極層１５１及び上部電極層１５３と配線部材５４との層間に配置する層間絶縁膜１５５を備える。さらに、液室基板１には、配線部材１５４を保護するためのパッシベーション膜１５６が圧電アクチュエータ２００の上面及び側面を覆うように配置されている。

ノズル基板２は、厚さ３０〜５０［μｍ］のＳＵＳ（ステンレス鋼）基板からなり、プレス加工と研磨加工とによりノズル孔２０が形成されている。このノズル孔２０はノズル基板２と液室基板１とを組み付けたときに、液室基板１の個別液室１４と対向し、個別液室１４と外部空間とを連通するように形成される。

保護基板３は、圧電素子保護空間２２を形成する基板である。この保護基板３には、共通液室１８としてインク流路となる溝部と、圧電素子５６の保護及び変位を妨げないための圧電素子保護空間２２と、液室基板１の流路隔壁４ａの剛性を高めるために振動板層５５を介して流路隔壁４ａを補強する補強壁２３とが形成されている。補強壁２３は、流路隔壁４ａを補強することで、流路隔壁４ａによって形成される個別液室１４全体を支えている。
また、液室基板１の振動板層５５には、保護基板３に形成された共通液室１８から液室基板１に形成された個別液室１４へインクを供給する流路となる部分に個別供給口６０が設けられている。

次に、本実施形態の記録ヘッド５１の製造方法について、製造工程を示す工程断面図である図７及び図８に従って説明する。本製造方法では、シリコン基板４に振動板層５５の材料及び圧電素子５６の材料を成膜していくことでアクチュエータを作成していく。
先ず、図７（ａ）に示すように、厚み４００［μｍ］の＜１００＞シリコン層２０１（シリコン基板４）の表面に、０．２［μｍ］厚のシリコン酸化膜２０２及び２．０［μｍ］厚のシリコンを張り合わせたＳＯＩ基板を用いる。このＳＯＩ基板表面にパイロ（Ｗｅｔ）酸化法によりシリコン酸化膜を０．３［μｍ］形成し、これを振動板層５５とする。

その後、圧電素子５６の下部電極層１５１となる下白金層２０３をスパッタ法により０．２［μｍ］成膜し、パターニングすることで図７（ｂ）に示す状態となる。更に、ゾルゲル法により圧電体形成層２０４（圧電体層１５２）を２［μｍ］成膜し、さらに上部電極層１５３となる上白金層２０５を０．１［μｍ］成膜する。その後、リソエッチ法により上部電極層１５３及び圧電体層１５２をパターニングする。これにより、図７（ｃ）に示す状態となる。

次に、プラズマＣＶＤ法により絶縁体層２０６（層間絶縁膜１５５）を０．３［μｍ］成膜し、リソエッチ法により配線コンタクトを取るためのビアホール２０７を形成する。また、絶縁体層２０６には、上導通部２０８、下導通部２０９及び貫通部２１０をパターニングによって形成する。これにより、図７（ｄ）に示す状態となる。
図７（ｄ）に示す上導通部２０８は、次に形成する配線部材１５４と上部電極層１５３との導通部であり、下導通部２０９は、バイパス配線部材である下部電極パッド部１５７と下部電極層１５１との導通部である。また、貫通部２１０は、共通液室１８から各個別インク供給室２４へのインク供給孔となる開口部である。

更に、アルミ材料により、引き出し電極層２１１（第二配線部材１５４ｂ）を形成することで、図７（ｅ）に示す状態となる。この引き出し電極層２１１によって形成される第二配線部材１５４ｂ（図５（ａ）参照）は、圧電素子５６の駆動による振動板層５５の振動によって応力を受ける。このため、振動板層５５の振動によって第二配線部材１５４ｂが断線しないように、引き出し電極層２１１としては、やわらかい導電性材料（本実施形態ではアルミニウム）を使い、１［μｍ］程度の厚い層厚で形成されている。

次に、引き出し電極層２１１を保護するためのパッシベーション膜１５６としてプラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜２１２を２［μｍ］成膜し、パターニングする。そして、振動板層５５の個別供給口６０となる部分を事前にエッチングする。これにより、図７（ｆ）に示す状態となる。

次に、金をメッキ法により積層して、上部電極パッド部１５８と下部電極パッド部１５７とを同時に形成することにより、図８（ａ）に示す状態となる。このように、上部電極パッド部１５８及び下部電極パッド部１５７を金で形成することで、図示しないドライバＩＣとの電気的接続を低温のワイヤボンディングで接続できる。また、金は抵抗値が低く、上部電極層１５３及び下部電極層１５１の抵抗値を下げる効果が大きい。
なお、下部電極パッド部１５７は、上部電極パッド部１５８と形成工程を分けて形成してもよい。また、上部電極パッド部１５８及び下部電極パッド部１５７の材料としては、金に限らず、銅やアルミニウムなどを使用することもできる。しかし、金以外の材料を用いる場合は、その表面が他の層で覆われない上部電極パッド部１５８に対しては、腐食から保護する保護層が必要となる場合もある。

また、上述したシリコン層２０１に対する成膜等とは、別途に、ガラス基板にブラスト加工で柱を形成した保護基板３を作成する。そして、上部電極パッド部１５８と下部電極パッド部１５７とを形成した後、液室基板１となる部分の振動板層５５を挟んでシリコン窒化膜２１２側に接合する。これにより、図８（ｂ）に示す状態となる。
さらに、液室基板１となる部分の振動板層５５を挟んで保護基板３を接合した側とは反対側のシリコン層２０１の表面を、シリコン層２０１が所望の厚さとなるまで研磨する。

保護基板３はシリコン製の板状部材にリソエッチ法で凹部を加工したものでも良く、＜１００＞シリコン製の板状部材をＴＭＡＨ、ＫＯＨなどのアルカリエッチング液を用いたウェットエッチングにより加工したものでも構わない。
また、樹脂モールドやメタルインジェクションモールドなどの成型部品でも構わない。また、ドライバ回路をアクチュエータ基板上に一体形成する際に、パイロ酸化法で形成した酸化膜をＬＯＣＯＳ酸化法で形成し、酸化膜の形成領域を選択することで、駆動回路を同一基板上に形成することもできる。

図８（ｂ）に示す状態からシリコン層２０１が所望の厚さとなるまで研磨した後、シリコン層２０１の振動板層５５（シリコン酸化膜２０２）とは反対側となる面に対して、ＩＣＰドライエッチングを行う。このＩＣＰドライエッチングによって個別液室１４、流体抵抗部１５及び個別インク供給室２４となる凹部を形成する。これにより、図８（ｃ）に示すように、シリコン基板４等からなる液室基板１を形成する。

液室基板１を形成した後、別途に作成したノズル基板２を液室基板１の流路隔壁形成面に接着することで、図８（ｄ）の状態になる。ここで、ノズル基板２は、厚さ３０〜５０［μｍ］のＳＵＳ基板にプレス加工と研磨加工によりノズル孔２０を形成したものである。液室基板１にノズル基板２を接着した後、圧電素子５６の上部電極層１５３及び下部電極層１５１に接続された上部電極パッド部１５８と下部電極パッド部１５７とを不図示の駆動回路に接続する。これにより、液滴吐出ヘッドとしての記録ヘッド５１の主要部分が完成する。

次に、本実施形態のプリンタ１００の特徴部について説明する。
プリンタ１００は、液滴吐出機構として、記録ヘッド５１を備える。記録ヘッド５１は、液滴状のインクを吐出するノズル孔２０と、ノズル孔２０により外部と連通し、かつ、インクを収容する個別液室１４と、個別液室１４内に圧力を発生させる圧電アクチュエータ２００とを備える。プリンタ１００の不図示の制御部は、プリントを行う画像形成時以外のタイミングで、圧電アクチュエータ２００を駆動して、インクを吐出する空吐出動作を実行する。空吐出動作は、記録ヘッド５１がキャッピング部材でキャッピングされた状態で所定時間経過したときに実行される。そして、本実施形態のプリンタ１００の制御部は、空吐出動作において吐出を行うから吐出工程を実行する前に揺動工程を実行する。揺動工程は、インクを吐出するときよりも小さい圧力が発生するように圧電アクチュエータ２００を駆動して、個別液室１４内のインクを揺動させる制御である。

プリンタ、ファクシミリ、複写装置、プロッタ等の画像形成装置（画像記録装置）として使用するインクジェット記録装置におけるインクジェットヘッドは、ノズル孔と、吐出室と、アクチュケータ手段とを備える。ノズル孔は、インク滴を吐出する開口であり、吐出室は、ノズル孔によって外部と連通紙、圧力室、加圧液室、液室、インク室、インク流路等とも称されるものである。アクチュケータ手段は、この吐出室内のインクを加圧するエネルギーを発生するものである。このようなインクジェットヘッドでは、アクチュエータ手段を駆動することで吐出室内インクを加圧してノズルからインク滴を吐出させるものであり、記録の必要なときにのみインク滴を吐出するインク・オン・デマンド方式のものが主流である。

インク滴（記録液体）を吐出させるためのアクチュエータ手段の種類により、幾つかの方式に大別される。
例えば、特開平１０−１００４０１号公報に記載されているように、液室の壁の一部を薄い振動板とし、これに対応して電気機械変換素子としての圧電素子を配置する構成がある。この構成では、電圧印加に伴って発生する圧電素子の変形により振動板を変形させることで液室内の圧力を変化させて、インク滴を吐出するものであり、ピエゾ方式と呼ばれるものである。また、他の構成として、液室内部に発熱体素子を配置し、通電による発熱体の加熱によって気泡を発生させ、気泡の圧力によってインク滴を吐出させる熱変換素子を用いた方式のものも一般に良く知られている。

それ以外にも、例えば特開平２−２８９３５１号公報に記載されているように、液室の壁面を形成する振動板と、この振動板に対向して配置された液室外の個別電極とを備える構成がある。この構成は、振動板と電極との間に電界を印加することで発生する静電力により振動板を変形させて、液室内の圧力／体積を変化させることによりノズルからインク滴を吐出させる静電型のものである。
更にピエゾ方式のものには、圧電素子の軸方向に伸長、収縮する縦振動モードの圧電アクチュエータを使用したものと、たわみ振動モードの圧電アクチュエータを使用したものが実用化されている。

前者は圧電素子の端を吐出させるインクジェット式面を振動板に当接させることにより圧力発生室の容積を変化させることができて、高密度印刷に適したヘッドの製作が可能である。しかし、その反面、圧電素子をノズル開口の配列ピッチに一致させて櫛歯状に切り分けるという困難な工程や、切り分けられた圧電素子を圧力発生室に位置決めして固定する作業が必要となり、製造工程が複雑であるという問題がある。
これに対して後者は、圧電材料のグリーンシートを圧力発生室の形状に合わせて貼付し、これを焼成するという比較的簡単な工程で振動板に圧電素子を作り付けることができる。しかし、たわみ振動を利用する関係上、ある程度の面積が必要となり、高密度配列が困難であるという問題がある。

上記後者の記録ヘッドの不都合を解消すべく、特開平５−２８６１３１号公報には次のような構成が提案されている。すなわち、振動板の表面全体に亙って成膜技術により均一な圧電材料層を形成し、この圧電材料層をリソグラフィ法により圧力発生室に対応する形状に切り分けて圧力発生室毎に独立するように圧電素子を形成したものである。
これによれば圧電素子を振動板に貼付ける作業が不要となって、リソグラフィ法という精密で、かつ簡便な手法で圧電素子を作り付けることができるばかりでなく、圧電素子の厚みを薄くできて高速駆動が可能になるという利点がある。

インクは水分（溶媒）が蒸発して粘度が高くなる（以下、「増粘」ともいう。）ので、プリンタ１００のような所謂インクジェット方式の画像形成装置では、放置時の乾燥防止のキャッピング機構と、メンテナンス機構を有しているのが一般的である。
メンテナンス動作としては、増粘したインクを吐出受けに吐出する空吐出動作や、吸引機構によりキャップ内を負圧にして増粘インクを強制排出する動作がある。
吐出量や吸引シーケンスの違いによって、クリーニング動作、リフレッシュ動作など名称を分けている画像形成装置もある。

インクを強制排出するメンテナンス動作は、確実に増粘インクを排出できるが、排出する頻度が高いとインク消費量が多くなり、インクイールドを下げてしまうことが問題であった。このため、空吐出動作によるインク排出により、必要最低限の増粘インクの排出を行い、メンテナンスできることが好ましい。しかし、排出する頻度を低くすると、空吐出をするときのインクの粘度が高くなる。粘度の高いインクを吐出するには、粘度が高くなる（以下、「増粘」ともいう。）前よりも大きなエネルギーを与える必要があり、対応できる範囲に限界がある。
また、インクは、乾燥による増粘だけでなく、低温時にも増粘するので、冬に空調をかけない状態で放置された画像形成装置をメンテナンスする場合には、従来の空吐出動作では対応できない場合もある。

図９は、薄膜ピエゾ方式のインクジェット画像形成装置で用いられるピエゾ素子（圧電素子）に電圧を印加した場合における、印加した電圧によって形成される電界の電界強度と、ピエゾ素子の変位量との関係の一例を示すグラフである。図９に示すように、ピエゾ素子の電界強度と変位量との関係をグラフに示すとバタフライ曲線を描く。そして、電界強度が大きくなるにつれて、電界強度の増加量（ΔＥ）に対する変位の増加量（ΔＬ）は小さくなり、変位量が飽和する傾向がある。このため、プリント動作時よりも粘度が高くなった増粘インクを空吐出させる場合、プリント動作時にピエゾ素子に印加する電圧に比べて、空吐出動作時の電圧が大きくなりすぎる問題があった。

また、画像保証範囲の環境では、インク吐出性能が仕様を満たすように設計されているが、環境温度が１［℃］の状態など画像保証範囲外の低温環境でメンテナンス動作をしようとすると、電圧が高くなり過ぎることがある。薄膜ピエゾ方式の場合、ピエゾ素子自体の剛性が積層ピエゾ方式と比べて低いので、インクからの圧力の影響を受けやすいというのも高粘度インクを吐出し難い原因となっている。

大きくなりすぎた電圧をカバーする電気回路を用意するのはコストが高くなり、また、薄膜ピエゾ方式のピエゾ素子に高電圧を掛けることは、電界強度が高いため、ピエゾ素子の劣化を早める問題があった。一方、広い環境範囲で、画像保証あるいは動作保証して欲しいという要求がある。
プリンタ１００においては、揺動工程を実行することで、ノズル孔２０付近で粘度が高くなったインクが攪拌され、個別液室１４内に分散される。これにより、揺動工程を実行する前よりもノズル孔２０近傍のインクの粘度が低下し、その後の空吐出工程を実行するときの吐出開始に要する圧力を抑制できる。

このように、プリンタ１００では、空吐出工程の吐出開始に要する圧力を抑制することができるため、放置時間が長く増粘したインクや、低温環境で増粘したインクを、出来るだけ低い電圧で安定した空吐出動作を実施することができる。これにより、空吐出を用いた強制排出によるメンテナンス回数を減らして、メンテナンスで消費するインク量を少なくすることができる。

〔実施例１〕
次に、本実施形態のプリンタ１００の一つ目の実施例（以下、「実施例１」と呼ぶ）について説明する。
図１は、実施例１のプリンタ１００で空吐出を行うときの圧電アクチュエータ２００に印加される電圧の経時変化（駆動波形）を示すものである。
空吐出工程では、低い電圧で吐出させるために共振タイミングの三パルス（複数回）を、ひとつの駆動波形（以下、「三発共振波形」と呼ぶ）として、インクを所定量排出するために、三発共振波形を、複数回印加する制御を行っている。

図１に示す電圧の波形の空吐出工程では、一回の三発共振波形の電圧を印加することで一塊のインクの液滴がキャッピング部材内に吐出される。三発共振波形では、三回同じ電圧が印加されており、それぞれのタイミングでノズル孔２０からインクの液滴が吐出される。このとき、同じ圧力を発生させても、一滴目よりも、一滴目を吐出したときの残留圧力の影響を受ける二滴目及び三滴目の方が吐出時の初速が速くなる。このため、二滴目が吐出されると、先に吐出された一滴目に追い付き、一塊となり、さらに、三滴目が吐出されると、一滴目と二滴目とが合わさった塊に追い付いて、一塊の液滴としてキャッピング部材内に吐出される。また、一回の空吐出工程で複数回の三発共振波形の印加を行っており、複数の塊のインクの液滴がキャッピング部材内に吐出される。

本実施形態のプリンタ１００では、一回の揺動工程での揺動を行う信号（以下、「揺動パルス」とも言う）の回数は一回とは限らない。また、一回の空吐出工程における一塊のインクの液滴を吐出する（本実施形態では、「三発共振波形」一回で一塊のインクの液滴を吐出する）信号（以下、「空吐出パルス」とも言う）の回数は一回とは限らない。
実施例１では、図１に示すように、一回の揺動工程における揺動パルスは複数回であり、一回の空吐出工程における空吐出パルスも複数回である。

図１０は実施例１の空吐出動作における図１よりも長い期間の駆動波形を示す説明図である。
図１０に示すように、実施例１のプリンタ１００の制御部は、空吐出動作を実行するときには、揺動工程を実行した後に空吐出工程を実行する空吐出動作を複数回繰り返すように制御する。
揺動工程を実行したあとに、所定の吐出量が吐出されるまで、空吐出のみを続けた場合、空吐出動作の最初の方は、インクの液滴を吐出し易い。しかし、低温高粘度のようにインクを個別液室１４に供給し難い環境で、空吐出をし続けると、個別液室１４に対するインクの供給不足に起因してノズル孔２０からの気泡巻き込みなどの不具合が発生するおそれがある。つまり、一度、揺動工程を実行した後に、空吐出のみを連続して実行し、増粘インクを排出することが好ましくない場合がある。

インクの供給不足にならないように、空吐出パルス周波数を小さくしたり、空吐出工程中に休憩を入れたりすることが考えられる。ここで、空吐出パルス周波数を小さくするというのは、一回の空吐出パルスと、次の空吐出パルスとの間隔を長くする、という意味である。また、空吐出工程中に休憩を入れる、というのは、空吐出工程中に所定回数の空吐出パルスを印加したら、空吐出しない期間を作り、その期間の経過後、次の空吐出パルスを印加し始める、という意味である。
しかし、空吐出パルスを印加する間隔を長くしたり、空吐出をしない期間を作ったりすると、その間は、個別液室１４内でインクの動きが止まり、空吐出をしたときに吐出し難くなる。

一方、実施例１では、所定回数の揺動パルスを印加する揺動工程と、所定回数の空吐出パルスを印加する空吐出工程とからなる空吐出動作を複数回繰り返すように制御する。すなわち、揺動工程の後、所定の吐出量が吐出されるまで、空吐出のみを続けるのではなく、所定回数の空吐出パルスを印加する一回の空吐出工程を実行したら、再度、所定回数の揺動パルスを印加する揺動工程を行った後に、空吐出工程を実行している。
揺動工程を実行することで吐出し易くしつつ、所定回数の空吐出パルスを印加した後は、一時的に空吐出を停止することで、空吐出の吐出量を制限し、インクの供給不足を起こさずに増粘インクを排出できる。また、一時的に空吐出を停止しているときに、揺動工程を実行しているため、個別液室１４内でインクの動きが止まることに起因して空吐出をしたときに吐出し難くなることを防止できる。
これにより、個別液室１４内のインク状態が吐出に適した状態を維持でき、安定した吐出が可能になる。

実施例１では、吐出電圧（空吐出を行うときの電圧）に対して、電圧比１／２で揺動電圧（インクを吐出しない電圧）を複数回印加して、インクを揺動させた後、三発共振波形の吐出波形でインクを吐出させ、増粘インクを排出している。
図１１は、パルスを共振駆動したときのパルス数（空吐出パルスを構成する電圧の印加回数）を変化させた実験の結果を示すグラフである。図１１のグラフは、液滴速度が所定の速度Ｖｊとなるときの駆動電圧（Ｖｐ［Ｖ］）と、一回の空吐出パルスで吐出されるインクの体積（Ｍｊ［ｐＬ］）との関係を示している。
図１１のグラフは、環境温度が１［℃］で、吐出されたインク液滴の所定の速度Ｖｊが７．０［ｍ／ｓ］となる条件で行った。

図１１に示すように、Ｖｊ＝７．０［ｍ／ｓ］のインク液滴を吐出する場合、吐出を行う加圧が一回だけでは電圧を高く設定することが必要となる。吐出を行う加圧を二回にすると、一回目の加圧の残留圧力振動を利用できるため、より低い電圧でＶｊ＝７．０［ｍ／ｓ］とすることが可能となる。
吐出を行う加圧を二回行う場合、ノズル孔２０からは二滴吐出されるが、同じ電圧を印加して、加圧し、吐出をおこなっているため、二滴目を吐出するときの方が残留圧力の影響で、速い初速でノズル孔２０から吐出される。これにより、先に吐出された一滴目に二滴目がマージして、一塊の液滴として飛翔する。

図１１に示すように、一回の空吐出パルスで吐出を行う加圧を複数回行う場合、吐出を行う回数が一回の場合に比べて電圧が低いため、一滴目の速度はＶｊ＝７．０［ｍ／ｓ］には届いていない。その後、後から吐出された二滴目以降の液滴がマージすることで、追い付いてきた液滴に押されて、追い付かれた液滴はマージする前よりも速度が速くなる。そして、所定回数の吐出が行われ、最後に吐出された液滴がマージして一塊となった液滴の速度がＶｊ＝７．０［ｍ／ｓ］となったときの電圧を駆動電圧Ｖｐとしている。
図１１のＶｐのグラフで示すように、一回の吐出パルスで吐出を行う加圧の回数（パルス数）を、三回、四回・・・・と増やしていくと、残留圧力を利用できることで駆動電圧Ｖｐは下がっていく。しかし、パルス数が大きくなるにつれ、パルス数を一回増やすことによる駆動電圧Ｖｐの下がり幅は、小さくなる。

具体例として、横軸のパルス数が「３」の場合は、空吐出パルスとして三発共振波形を印加するものであり、駆動電圧が約２９［Ｖ］でインクの体積が約７［ｐＬ］となっている。これは、三発共振波形として約２９［Ｖ］の電圧を三回印加したときに、最終的に一塊となったインクの液滴の速度が７［ｍ／ｓ］となり、この一塊のインクの液滴の体積が約７［ｐＬ］であったことを示している。
他の具体例として、横軸のパルス数が「８」の場合は、空吐出パルスとして八発共振波形を印加するものであり、駆動電圧が約２６［Ｖ］でインクの体積が約２０［ｐＬ］となっている。これは、八発共振波形として約２６［Ｖ］の電圧を八回印加したときに、最終的に一塊となったインクの液滴の速度が７［ｍ／ｓ］となり、この一塊のインクの液滴の体積が約２０［ｐＬ］であったことを示している。

本実験では、画像保証範囲を１０［℃］〜３５［℃］で設計したプリンタ１００を使用したため、環境温度１［℃］は画像保証範囲外の極低温環境である。また、吐出前に放置するとノズル孔２０付近のインクが増粘するため放置時間が無い状態から吐出した。本実験では、１［℃］の低温環境で高粘度化したインクを低い電圧で吐出させるために共振駆動を行っている。
また、この実験のために、記録ヘッド５１の不図示のドライバＩＣやプリンタ１００本体の電気回路系統は高電圧まで対応できるものを用意した。

実機における電気回路仕様から駆動波形の電圧は３０［Ｖ］以下での設計を行うべく、本実施形態の空吐出工程では、三パルス共振波形を吐出波形としている。
ここで、共振駆動とは、一つの駆動パルスと次の駆動パルスとの間隔（吐出から吐出の間隔）が、個別液室１４のヘルムホルツ共振周期Ｔｃになるように設定していることを指している。
図１１から分かるように、共振駆動のパルス数を増やすと、残留圧力を吐出に使えるので、駆動電圧は下がるが、パルス数が増えると一塊のインクの液滴の体積Ｍｊも増えていく。

低温高粘度インクを空吐出するときに、吐出するインクの液滴の体積Ｍｊが大きいと、インクの供給不足による過負圧で、メニスカスを壊し、気泡を巻き込み易くなる。このため、駆動波形の電圧が下がるからといって、共振駆動のパルス数（空吐出パルスに含まれる電圧を印加する回数）を多くすることは、メンテナンス動作として好ましくない。よって実施例１では空吐出パルスとして、三発共振波形を採用している。

また、本実施形態のプリンタ１００では、電圧が下がる複数パルスの共振波形でいきなり空吐出させずに、空吐出前に揺動波形を印加する、すなわち、揺動工程を実行している。これは、以下の理由も挙げられる。すなわち、低温高粘度インクで、１パルスでは吐出に十分ではない電圧で共振駆動しようとした場合、共振が励起し難いということがある。圧力共振がうまく利用できないと、滴速度が遅すぎてノズル面に付着するなどメニスカスを壊し、不安定吐出の原因になる。つまり、メンテナンス動作としての空吐出が成功しない。
本実施形態のプリンタ１００のように、空吐出工程の共振波形の前に、揺動工程として揺動波形を先に印加しておくことで、ノズル表面の乾燥による増粘インクが攪拌されたり、加圧液室内のインクが動いたりする。これにより、共振駆動の際に所望の圧力共振に入り易く、吐出が安定する。

実機において、環境温度１［℃］でキャッピングした状態で２４時間放置した後に、メンテナンスとして、空吐出させた。ここで、吐出波形（三発共振波形）、吐出周波数、吐出回数を同じにして、揺動工程を行う場合と、行わない場合を比較したところ、揺動工程を行わない場合にノズル抜けが発生するケースが多く見られた。この状態でノズル面を観測したところ、インク付着により汚れていたので、空吐出が安定せず、空吐出動作でノズル面を汚したことが分かった。一方、空吐出工程の前に揺動工程を実行した場合は、ノズル抜けはほぼ無く、ノズル面の汚れも大幅に改善されており、空吐出動作が安定して実施されたことが確認された。

本実施形態のプリンタ１００では、液滴を吐出しない圧力により個別液室１４内のインクを揺動する揺動工程と、液滴を吐出する空吐出工程とを行う空吐出工程を複数回実行する。これにより、メンテナンス動作としての空吐出を行うことができる環境範囲および経過時間を広げることができる。よって、メンテナンスで消費するインク量を少なく抑えることが出来る。

揺動工程を実行することによって、メンテナンスで消費するインク量を少なく抑えることは、インク粘度が上昇する低温環境で効果が大きい。よって、温度を検知する不図示の温度センサを設け、予め作成したテーブルに基づいて、少なくとも低温環境では、揺動工程を実行してから空吐出工程を実行することが望ましい。また、揺動工程を実行するか否かを含めた一回の空吐出動作での揺動工程の加圧回数に限らず、一回の空吐出動作での空吐出工程の加圧回数や空吐出動作の回数等も温度センサの検知結果に基づいて制御してもよい。

また、本実施形態の記録ヘッドで用いている薄膜ピエゾ方式では、図９に示すように、電界強度が高くなると、変位―電圧特性が飽和傾向を示すため、増粘インクを吐出し難い。このような場合であっても、実施例１のように、増粘インクを空吐出するときに揺動工程を実行することで、増粘インクを良好に吐出することが可能となる。

実施例１のプリンタ１００においても、環境温度が１０［℃］の条件では、吐出波形は、３０［Ｖ］を１パルスの設定であっても安定した吐出を行うことが出来た。このように、環境温度の変化によって、低電圧の１パルスで安定した吐出が可能となる場合は、図１及び図１１に示す空吐出工程の空吐出パルス数は三発共振波形に限らず、１パルスでもよい。
実施例１のように、加圧液室である個別液室１４の圧力共振を利用した吐出波形を使うことで、極低温環境であっても吐出電圧を下げることができる。

実施例１では、空吐出工程における電圧の振幅に比して、揺動工程の電圧の振幅を小さく設定することにより、空吐出のときよりも小さい圧力を発生させて個別液室１４内のインクを揺動させている。インクを揺動させる設定としては、電圧の振幅を小さくするものに限るものではない。

〔実施例２〕
次に、本実施形態のプリンタ１００の二つ目の実施例（以下、「実施例２」と呼ぶ）について説明する。
図１２は、実施例２のプリンタ１００で空吐出を行うときの圧電アクチュエータ２００に印加される電圧の経時変化（駆動波形）を示すものである。
図１２に示すように、実施例２では、揺動工程時にインクする揺動波形を、電圧値（電圧の振幅）は空吐出工程時の吐出波形と同じ値とし、電圧を印加するときの電圧の変化の傾きを吐出波形よりも小さくしている。これにより、電圧を印加したときの発生圧力を吐出しない程度に抑えている。なお、実施例２の空吐出工程では、実施例１の空吐出工程と同様の制御を行う。

具体的には、実施例２の個別液室１４はヘルムホルツ共振周期Ｔｃが４．５［μｓ］（マイクロ秒）であり、揺動波形部分の立ち下り時間をＴｆ、立ち上り時間をＴｒとしたときに、「Ｔｆ＝Ｔｒ＝４．５［μｓ］」という設定にした。それぞれの時間としては、この値に限ったものではない。

実施例１のように、揺動工程においても圧力共振のタイミングを使う場合、圧力を上げるための効率は良いが、共振状態は自由振動なので制御しにくく、外乱や、インク状態の僅かな違いにより、圧力状態が変わり易い。
一方、実施例２は、ゆっくり大きくインクを揺する揺動動作をさせていて、個別液室１４内の圧力が制御しやすく、安定している。これにより、安定した空吐出動作が実現できる。

〔実施例３〕
次に、本実施形態のプリンタ１００の三つ目の実施例（以下、「実施例３」と呼ぶ）について説明する。
図１３は、実施例３のプリンタ１００で空吐出を行うときの圧電アクチュエータ２００に印加される電圧の経時変化（駆動波形）を示すものである。図１３（ａ）は、空吐出動作の二回分の駆動波形を示したものであり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）中の空吐出工程の駆動波形を拡大して示したものである。

図１３に示すように、実施例３では、画像保証範囲外の極低温環境では、空吐出工程の吐出波形部分の加圧時の電圧の傾きを、画像保証範囲の最大の傾きよりも大きくしている。これは、吐出力を更に上げて増粘インクを排出するためのものであるが、電圧勾配が大きいと、電流値が大きくなるので、トータルの電流値が画像保証範囲での最大電流を越えないように、駆動ｃｈ数を限定している。

記録ヘッド５１は複数のノズル孔２０を備え、各ノズル孔２０に対応した複数の圧電アクチュエータ２００を備えている。実施例３においては、全ての圧電アクチュエータ２００を同時に駆動して全てのノズル孔２０から同時に空吐出させるのではなく、圧電アクチュエータ２００を駆動させるタイミングを異ならせるように制御して空吐出を行う。例えば、半数の圧電アクチュエータ２００を駆動させて空吐出させた後、残りの半数の圧電アクチュエータ２００を駆動させて空吐出させる制御を行う。
これにより、画像保証範囲外の極低温環境でのメンテナンスが確実に実行できると共に、電気回路系統が、必要最小限の規模で設計できるので、コストダウンすることが出来る。

〔実施例４〕
次に、本実施形態のプリンタ１００の四つ目の実施例（以下、「実施例４」と呼ぶ）について説明する。
図１４は、実施例４のプリンタ１００で空吐出を行うときの圧電アクチュエータ２００に印加される電圧の経時変化（駆動波形）を示すものである。
実施例４では、空吐出動作を複数回繰り返すもので、一回の空吐出動作の周期を、空吐出開始時には周期Ｔ１としていたものを、途中でＴ１より短い周期Ｔ２に切り替える制御を行う。これは、空吐出開始初期は、水分（溶媒）の蒸発により増粘したインクの割合が高いが、空吐出で排出していくに従い、通常のインクが供給されることで、吐出させるインクの質が変わっていくためである。

実施例４では、増粘したインクを安定吐出するために、揺動工程と吐出工程をセットにした空吐出動作を行うと共に、増粘インクの割合の高い空吐出動作の初期は、空吐出動作の周期を長くする。これにより、空吐出した後に、個別液室１４にインクが十分供給されるまで待つようにしている。そして、増粘インクをある程度吐出したところで、空吐出動作の周期をＴ１よりも短いＴ２に切り替える。
これにより、空吐出開始時には、インクが増粘していることで供給不足になり、過負圧が発生して、気泡を巻き込むようなメンテナンスの失敗を防止することができる。さらに、空吐出動作を繰り返す途中で一回の空吐出動作の周期をＴ２に切り替えることで、空吐出に掛かる時間を短縮している。

このように制御することにより、安定した空吐出を実現できるとともに、空吐出に掛かる時間の短縮を図ることができる。一回の空吐出動作の周期の切り替えは、一度に限るものではなく、段階的に、周期を短く切り替えていっても良い。

〔実施例５〕
次に、本実施形態のプリンタ１００の五つ目の実施例（以下、「実施例５」と呼ぶ）について説明する。
図１５は、実施例５のプリンタ１００で空吐出を行うときの圧電アクチュエータ２００に印加される電圧の経時変化（駆動波形）を示すものである。
実施例５では、空吐出動作を複数回繰り返すもので、一回の空吐出動作における揺動工程の揺動回数を、空吐出開始時には揺動回数Ｎ１としていたものを、途中でＮ２よりも少ない揺動回数Ｎ２に切り替える制御を行う。これは、上記実施例４と同様に、空吐出開始初期は、水分（溶媒）の蒸発により増粘したインクの割合が高いが、空吐出で排出していくに従い、通常のインクが供給されることで、吐出させるインクの質が変わっていくためである。

実施例５では、空吐出開始初期は、水分（溶媒）の蒸発により増粘したインクの割合が高いので、揺動回数を多くしている。空吐出の終了間近は、増粘インクは排出され、通常のインクが供給されているので、揺動回数が少なくても、初期と同じように、空吐出を実施していくことが可能になるからである。
実施例５では、一回の空吐出動作の周期も空吐出開始時から途中で切り替えているが（周期Ｔ１→周期Ｔ２）、揺動回数を途中で途中で切り替える制御では、一回の空吐出動作の周期を固定しても良い。

実施例５では、増粘したインクを安定吐出するために、揺動工程と吐出工程をセットにした空吐出動作を行うと共に、増粘インクの割合の高い空吐出の初期は、揺動回数を多くする。そして、個別液室１４内の増粘インクの割合が少なくなったところで、揺動回数を少なく切り替える。これにより、空吐出開始初期と終了間近の吐出状態を揃えることが出来るので、空吐出によるインク液滴の吐出速度が遅過ぎたり、速過ぎたりすることを防止して、ノズル面への付着など吐出不良につながるメンテナンスの失敗を防止することができる。一回の揺動工程における揺動回数の切り替えは、一度に限るものではなく、段階的に、揺動回数を減らしていっても良い。

〔実施例６〕
次に、本実施形態のプリンタ１００の六つ目の実施例（以下、「実施例６」と呼ぶ）について説明する。
図１６は、実施例６のプリンタ１００で空吐出を行うときの圧電アクチュエータ２００に印加される電圧の経時変化（駆動波形）を示すものである。図１６（ａ）は、複数回の空吐出動作を行う空吐出の期間の全体を示す概略図である。また、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）中の吐出開始初期の空吐出工程の駆動波形を拡大して示したものであり、図１６（ｃ）は、図１６（ａ）中の吐出終了間際の空吐出工程の駆動波形を拡大して示したものである。

実施例６では、空吐出動作を複数回繰り返すもので、空吐出工程における吐出波形のパルス間隔を、空吐出開始時にはパルス間隔Ｔｃ’としていたものを、途中でＴｃ’よりも間隔が短いパルス間隔Ｔに切り替える制御を行う。これは、上記実施例４及び５と同様に、空吐出開始初期は、水分（溶媒）の蒸発により増粘したインクの割合が高いが、空吐出で排出していくに従い、通常のインクが供給されることで、吐出させるインクの質が変わっていくためである。

空吐出開始初期は、水分（溶媒）の蒸発により増粘したインクの割合が高いので、その環境温度で増粘していない場合よりも若干共振周期が長い方向にずれる傾向がある。このため、増粘インクを効率良く吐出するために、吐出開始初期は吐出波形のパルス間隔Ｔｃ’を増粘していない状態のヘルムホルツ共振周期Ｔｃよりも長めに設定する（Ｔｃ’＞Ｔｃ）。そして、吐出を行っている途中にパルス周期Ｔ（Ｔｃ’＞Ｔ≧Ｔｃ）に切り替えている。

実施例６では、増粘したインクを安定吐出するために、揺動工程と吐出工程をセットにした空吐出動作を行うと共に、増粘インクの割合の高い空吐出の初期は、吐出波形のパルス間隔を長くする。そして、個別液室１４内の増粘インクの割合が少なくなった終了間近では、吐出波形のパルス間隔を短く（増粘していない状態の個別液室１４のヘルムホルツ共振周期Ｔｃに合わせる）する。これにより、空吐出開始初期の増粘インクも確実に吐出して、空吐出開始初期と空吐出終了間近の吐出状態を揃えることが出来る。よって、空吐出によるインク液滴の吐出速度が遅過ぎたり、速過ぎたりすることを防止して、ノズル面への付着など吐出不良につながるメンテナンスの失敗を防止できる。

なお、空吐出工程における吐出波形のパルス間隔を切り替える構成で、空吐出を行う際の最終的なパルス間隔Ｔは、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃである必要はない。最終的なパルス間隔Ｔを、「Ｔｃ’＞Ｔ＞Ｔｃ」に設定した場合は、最終的なパルス間隔Ｔに向けて、パルス間隔を短く切り替えれば良い。また、パルス間隔の切り替えは一度に限るものではなく、段階的に、切り替えていっても良い。

上述した実施例１〜６の吐出の駆動波形の制御は、空吐出受けにキャリッジ１０１を移動して実施しても、吸引機構を有する（インクを排出できる）キャップ部材内部で実施しても構わない。但し、キャップ部材内部で実施した方が、キャリッジ１０１を移動する時間が短縮できるので、ファーストプリントの時間を短縮するには好ましい。
上述した実施形態では、高粘度インクを吐出させることが難しく、本発明の効果が大きい薄膜ピエゾ方式の画像形成装置について説明を述べてきた。しかし、積層ピエゾ方式や、シェアーモードのピエゾ方式など電気機械変換を行う圧力発生素子を使った画像形成装置は、適応可能であることは明らかである。

以上に説明したものは一例であり、本発明は、次の態様毎に特有の効果を奏する。
（態様Ａ）
インク滴等の液滴を吐出するノズル孔２０等の吐出孔と、液滴となるインク等の吐出液を収容する個別液室１４等の吐出液室と、吐出液室内に圧力を発生させる圧電アクチュエータ２００等の圧力発生手段と、を備え、液滴を用紙Ｓ等の記録材に吐出して画像を形成する画像形成動作と、該画像形成動作時以外のときに液滴を空吐出する空吐出動作とを制御する不図示の制御部等の吐出制御手段を備るプリンタ１００等の画像形成装置において、吐出制御手段は、空吐出動作として、液滴を吐出するときよりも小さい圧力が発生するように圧力発生手段を駆動して、吐出液室内の吐出液を揺動させる揺動工程を実行した後に、空吐出を行う空吐出工程を実行する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、空吐出による増粘インクの排出が安定して実施でき、それにより、メンテナンス動作としての空吐出動作の環境範囲および経過時間を広げることができる。これによりメンテナンスで消費するインク量を少なく抑えることが出来る。
（態様Ｂ）
（態様Ａ）において、吐出制御手段は、揺動工程を実行した後に空吐出工程を実行する空吐出動作を、複数回繰り返す。
これによれば、上記実施形態について説明したように、空吐出の吐出量を制限し、吐出液の供給不足を起こさずに増粘した吐出液を排出でき、さらに、吐出液室内で吐出液の動きが止まることに起因して空吐出をしたときに吐出し難くなることを防止できる。
（態様Ｃ）
（態様Ｂ）において、温度を検知する不図示の温度センサ等の温度検知手段を有し、吐出制御手段は、温度検知手段の検知結果に基づいて、一回の空吐出動作での揺動工程で圧力を発生させる回数と、一回の空吐出動作での空吐出工程で圧力を発生させる回数と、空吐出動作の回数と、の少なくとも一つを制御する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、環境温度の変化に対応した空吐出を実施することが出来る。
（態様Ｄ）
（態様Ｂ）または（態様Ｃ）において、複数回の空吐出動作の一回当たりの周期を、周期Ｔ１から周期Ｔ２に切り替える等、空吐出の開始時から少なくとも一度は、より短い周期に切り替える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、空吐出開始時に周期を長くすることで気泡を巻き込むことを抑制しつつ、途中で短い周期に切り替えることで、複数回の空吐出動作の全てが終わるまでに掛かる時間を短縮することができる。
（態様Ｅ）
（態様Ｂ）乃至（態様Ｄ）の何れかの態様において、複数回の空吐出動作の一回当たりの揺動工程での揺動回数は、揺動回数Ｎ１から揺動回数Ｎ２に切り替える等、空吐出の開始から少なくとも一度は、より少ない揺動回数に切り替える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、空吐出開始初期と終了間近の吐出状態を揃えることが出来るので、空吐出によるインク液滴の吐出速度が遅過ぎたり、速過ぎたりすることを防止できる。
（態様Ｆ）
（態様Ｂ）乃至（態様Ｅ）の何れかの態様において、空吐出工程で圧力を発生させる回数は複数回であり、その複数回の周期は、パルス間隔Ｔｃ’をパルス間隔Ｔに切り替える等、空吐出の開始から少なくとも一度は、より短い周期に切り替える。
これによれば、上記実施形態について説明したように、空吐出開始初期の増粘インクも確実に吐出して、空吐出開始初期と空吐出終了間近の吐出状態を揃えることが出来る。よって、空吐出によるインク液滴の吐出速度が遅過ぎたり、速過ぎたりすることを防止して、ノズル面への付着など吐出不良につながるメンテナンスの失敗を防止できる。
（態様Ｇ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｆ）の何れかの態様において、圧力発生手段は、吐出液室を形成する少なくとも一面に形成された振動板層５５等の振動板に、圧電素子５６等の圧電膜を形成したものである。
これによれば、上記実施形態について説明したように、所謂、薄膜ヘッドであり、吐出液からの圧力の影響を受けやすく、増粘した吐出液を吐出し難いが、空吐出工程の前に揺動工程を実施することで、増粘した吐出液を安定して吐出できる。
（態様Ｈ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｇ）の何れかの態様において、長期放置後に行う上記空吐出動作における空吐出工程で圧力を発生させる回数は複数回であり、その複数回の周期は、吐出液室のヘルムホルツ共振周期で行われる。
これによれば、上記実施形態について説明したように、圧力共振を利用した吐出波形を使うことで、長時間放置によって増粘した吐出液であっても空吐出に要する電圧を下げることができる。
（態様Ｉ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｈ）の何れかの態様において、その装置における画像保証範囲外となる低温環境で行う空吐出動作における空吐出工程で圧力を発生させる回数は複数回であり、その複数回の周期は、吐出液室のヘルムホルツ共振周期で行われる。
これによれば、上記実施形態について説明したように、圧力共振を利用した吐出波形を使うことで、極低温環境であっても吐出電圧を下げることができる。
（態様Ｊ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｉ）の何れかの態様において、圧力発生手段に印加する電圧の駆動波形について、揺動工程で印加する駆動波形が、空吐出工程で印加する該駆動波形よりも電圧の振幅が小さくなるように設定する。
これによれば、上記実施例１について説明したように、液滴を吐出するときよりも小さい圧力が発生させ、吐出液室内の吐出液を揺動させる揺動工程を実現できる。
（態様Ｋ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｊ）の何れかの態様において、圧力発生手段に印加する電圧の駆動波形について、揺動工程で印加する該駆動波形が、空吐出工程で印加する該駆動波形よりも電圧の変化率が小さくなるように設定する。
これによれば、上記実施例２について説明したように、吐出液室内の吐出液を大きく、ゆっくりと揺らすことができ、液滴を吐出するときよりも小さい圧力が発生させ、吐出液室内の吐出液を揺動させる揺動工程を実現できる。
（態様Ｌ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｋ）の何れかの態様において、吐出孔と、吐出液室と、圧力発生手段と、からなる液滴吐出部を複数備え、圧力発生手段に印加する電圧の駆動波形について、その装置における画像保証範囲外となる低温環境で空吐出工程で印加する駆動波形は、その装置における画像保証範囲内となる温度で空吐出工程で印加する駆動波形よりも電圧の変化率が大きくなるように設定し、さらに、電圧を印加する圧力発生手段の数を制限する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、一度に駆動する圧力発生手段を制限することで、液滴吐出機構全体に流れる最大電流を画像保証範囲での駆動時の最大電流よりも小さくすることが可能となる。駆動する圧力発生手段の数を絞ることで、最大電流を規格内に収めつつ、駆動した圧力発生手段による吐出力の増大を図ることができる。
（態様Ｍ）
（態様Ａ）乃至（態様Ｌ）の何れかの態様において、吐出液室とは反対側の吐出孔が形成されたノズル面等の吐出面を覆うキャッピング部材を備え、空吐出動作を行うときには、吐出面をキャッピング部材で覆い、キャッピング部材内に液滴を空吐出する。
これによれば、上記実施形態について説明したように、空吐出した吐出液を回収することができる。

１ 液室基板
２ ノズル基板
３ 保護基板
４ シリコン基板
１４ 個別液室
１５ 流体抵抗部
１８ 共通液室
２０ ノズル孔
２４ 個別インク供給室
５１ 記録ヘッド
５５ 振動板層
５６ 圧電素子
６０ 個別供給口
１００ プリンタ
１０１ キャリッジ
１０２ インクカートリッジ
１０３ 印字機構部
１０４ 給紙機構部
１０７ 主ガイドロッド
１０８ 従ガイドロッド
１１２ タイミングベルト
１１６ 搬送ローラ
１２７ 回復装置
２００ 圧電アクチュエータ

特開２０１１−２０７０７８号公報 特開２０１１−１０４９１６号公報 特開２０１１−０５６７２９号公報

Claims (13)

1. 液滴を吐出する吐出孔と、
   該液滴となる吐出液を収容する吐出液室と、
   該吐出液室内に圧力を発生させる圧力発生手段と、を備え、
   該液滴を記録材に吐出して画像を形成する画像形成動作と、該画像形成動作時以外のときに該液滴を空吐出する空吐出動作と、を制御する吐出制御手段を備える画像形成装置において、
   上記吐出制御手段は、上記空吐出動作として、上記液滴を吐出するときよりも小さい圧力が発生するように上記圧力発生手段を駆動して、上記吐出液室内の吐出液を揺動する揺動工程を実行した後に、空吐出を行う空吐出工程を実行することを特徴とする画像形成装置。
2. 請求項１の画像形成装置において、
   上記吐出制御手段は、上記揺動工程を実行した後に上記空吐出工程を実行する上記空吐出動作を、複数回繰り返すことを特徴とする画像形成装置。
3. 請求項２の画像形成装置において、
   温度を検知する温度検知手段を有し、
   上記吐出制御手段は、該温度検知手段の検知結果に基づいて、一回の上記空吐出動作での上記揺動工程で圧力を発生させる回数と、一回の該空吐出動作での上記空吐出工程で圧力を発生させる回数と、該空吐出動作の回数と、の少なくとも一つを制御することを特徴とする画像形成装置。
4. 請求項２または３の画像形成装置において、
   複数回の上記空吐出動作の一回当たりの周期を、空吐出の開始時から少なくとも一度は、より短い周期に切り替えることを特徴とする画像形成装置。
5. 請求項２乃至４の何れかの画像形成装置において、
   複数回の上記空吐出動作の一回当たりの上記揺動工程での揺動回数は、空吐出の開始から少なくとも一度は、より少ない揺動回数に切り替えることを特徴とする画像形成装置。
6. 請求項２乃至５の何れかの画像形成装置において、
   上記空吐出工程で圧力を発生させる回数は複数回であり、その複数回の周期は、空吐出の開始から少なくとも一度は、より短い周期に切り替えることを特徴とする画像形成装置。
7. 請求項１乃至６の何れかの画像形成装置において、
   上記圧力発生手段は、上記吐出液室を形成する少なくとも一面に形成された振動板に、圧電膜を形成したものであることを特徴とする画像形成装置。
8. 請求項１乃至７の何れかの画像形成装置において、
   長期放置後に行う上記空吐出動作における上記空吐出工程で圧力を発生させる回数は複数回であり、その複数回の周期は、上記吐出液室のヘルムホルツ共振周期で行われることを特徴とする画像形成装置。
9. 請求項１乃至８の何れかの画像形成装置において、
   その装置における画像保証範囲外となる低温環境で行う上記空吐出動作における上記空吐出工程で圧力を発生させる回数は複数回であり、その複数回の周期は、上記吐出液室のヘルムホルツ共振周期で行われることを特徴とする画像形成装置。
10. 請求項１乃至９の何れかの画像形成装置において、
    上記圧力発生手段に印加する電圧の駆動波形について、上記揺動工程で印加する該駆動波形が、上記空吐出工程で印加する該駆動波形よりも電圧の振幅が小さくなるように設定することを特徴とする画像形成装置。
11. 請求項１乃至１０の何れかの画像形成装置において、
    上記圧力発生手段に印加する電圧の駆動波形について、上記揺動工程で印加する該駆動波形が、上記空吐出工程で印加する該駆動波形よりも電圧の変化率が小さくなるように設定することを特徴とする画像形成装置。
12. 請求項１乃至１１の何れかの画像形成装置において、
    上記吐出孔と、上記吐出液室と、上記圧力発生手段と、からなる液滴吐出機構を複数備え、
    該圧力発生手段に印加する電圧の駆動波形について、その装置における画像保証範囲外となる低温環境で上記空吐出工程で印加する該駆動波形は、その装置における画像保証範囲内となる温度で該空吐出工程で印加する該駆動波形よりも電圧の変化率が大きくなるように設定し、さらに、電圧を印加する該圧力発生手段の数を制限することを特徴とする画像形成装置。
13. 請求項１乃至１２の何れかの画像形成装置において、
    上記吐出液室とは反対側の上記吐出孔が形成された吐出面を覆うキャッピング部材を備え、
    上記空吐出動作を行うときには、該吐出面を該キャッピング部材で覆い、該キャッピング部材内に上記液滴を空吐出することを特徴とする画像形成装置。

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