JP2015223763A - 液体噴射装置、液体噴射ヘッドの制御方法、および、液体噴射装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル面を払拭するワイピング動作によりノズル内に混入した気泡を効率よく排出することが可能な液体噴射装置、液体噴射ヘッドの制御方法、および、液体噴射装置の制御方法を提供する。【解決手段】ノズル面に開口したノズル３７に連通する圧力室３８、及び、該圧力室３８内の液体に圧力変動を生じさせるアクチュエーター３３を有し、当該アクチュエーター３３の作動によってノズル３７から液体を噴射可能な液体噴射ヘッド６と、ノズル面を払拭するワイパー２６と、を備え、メンテナンス駆動波形Ｐｆによりアクチュエーター３３を駆動して噴射動作を行わせるノズルメンテナンス動作を行いながら、ワイパー２６によりノズル面を払拭するワイピング動作を行う。【選択図】図７

Description

本発明は、インクジェット式記録装置などの液体噴射装置、これに搭載される液体噴射ヘッドの制御方法、および、液体噴射装置の制御方法に関し、特に、ノズルが形成されたノズル面をワイパーにより払拭させるワイピング動作を行う液体噴射装置、これに搭載される液体噴射ヘッドの制御方法、および、液体噴射装置の制御方法に関するものである。

液体噴射装置は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（吐出）する装置である。この液体噴射装置としては、例えば、インクジェット式プリンターやインクジェット式プロッター等の画像記録装置があるが、最近ではごく少量の液体を所定位置に正確に着弾させることができるという特長を活かして各種の製造装置にも応用されている。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタを製造するディスプレイ製造装置，有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイやＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極を形成する電極形成装置，バイオチップ（生物化学素子）を製造するチップ製造装置に応用されている。そして、画像記録装置用の記録ヘッドでは液状のインクを噴射し、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドではＲ（Red）・Ｇ（Green）・Ｂ（Blue）の各色材の溶液を噴射する。また、電極形成装置用の電極材噴射ヘッドでは液状の電極材料を噴射し、チップ製造装置用の生体有機物噴射ヘッドでは生体有機物の溶液を噴射する。

この種の液体噴射ヘッドを搭載する液体噴射装置は、ノズルが開口したノズル面を払拭するワイパー（払拭部材）を備えている（例えば、特許文献１）。そして、液体噴射装置は、所定時間が経過した後や記録動作が終了した際等に、このワイパーをノズル面に対して摺動させ、当該ノズル面を払拭するワイピング動作を行う。これにより、ノズル面に付着した液体（液体が固化したものも含む）やゴミ（記録用紙等から発生する紙粉や埃）等をノズル面から排除している。

特開２０１４−０３７１３３号公報

しかしながら、ワイピング動作においてノズル面を払拭させた際に、ワイパーが払拭した後のノズル面に開口したノズル内の液体に気泡が入り込むことがある。このような気泡は、時間と共にメニスカス近傍からノズルに連通する圧力室側へ移動してしまうため、排出することが困難となっていた。

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、ノズル面を払拭するワイピング動作によりノズル内に混入した気泡を効率よく排出することが可能な液体噴射装置、液体噴射ヘッドの制御方法、および、液体噴射装置の制御方法を提供することにある。

本発明の液体噴射装置は、上記目的を達成するために提案されたものであり、ノズル面に開口したノズルに連通する圧力室、及び、該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせるアクチュエーターを有し、当該アクチュエーターの作動によって前記ノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
前記ノズル面を払拭するワイパーと、を備え、
メンテナンス駆動波形によりアクチュエーターを駆動して噴射動作を行わせるノズルメンテナンス動作を行いながら、前記ワイパーにより前記ノズル面を払拭するワイピング動作を行うことを特徴とする。

本発明によれば、ノズルメンテナンス動作を行いながらワイピング動作を行うので、ワイパーがノズル面を払拭した際に気泡がノズル内に混入したとしても、速やかに当該気泡を排出することができる。

上記構成において、前記メンテナンス駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを初期位置から前記圧力室側に積極的に引き込むことなく噴射側に押し出して当該ノズルから液体を噴射させる駆動波形である構成を採用することが望ましい。

上記構成によれば、メニスカスの引き込みにより気泡が圧力室側に移動することを抑制できる。このため、ノズル内の気泡をより効率よく排出することができる。

また、上記構成において、前記メンテナンス駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを初期位置から前記圧力室側に変化させてから噴射側に押し出して当該ノズルから液体を噴射させる駆動波形である構成を採用することが望ましい。

上記構成によれば、記録動作時にノズルから液体を噴射させる記録動作用の駆動波形もメンテナンス駆動波形として使用することができる。

さらに、上記各構成において、前記ノズルメンテナンス動作は、前記ワイピング動作において前記ワイパーが払拭した後のノズル面に開口したノズルについて噴射動作を行わせる構成を採用することが望ましい。

上記構成によれば、液体の無駄な消費を抑えつつノズル内部の気泡を排出することが可能となる。

また、本発明は、ノズル面に開口したノズルに連通する圧力室、及び、該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせるアクチュエーターを有し、当該アクチュエーターの作動によって前記ノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドの駆動方法であって、
ワイパーにより前記ノズル面を払拭するワイピング動作が行われている際に、メンテナンス駆動波形によりアクチュエーターを駆動して噴射動作を行わせるノズルメンテナンス動作を実行することを特徴とする。

さらに、本発明は、ノズル面に開口したノズルに連通する圧力室、及び、該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせるアクチュエーターを有し、当該アクチュエーターの作動によって前記ノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
前記ノズル面を払拭するワイパーと、を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
前記ワイパーにより前記ノズル面を払拭するワイピング動作が行われている際に、メンテナンス駆動波形によりアクチュエーターを駆動して噴射動作を行わせるノズルメンテナンス動作を実行することを特徴とする。

プリンターの内部構成を説明する正面図である。 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。 記録ヘッドの内部構成を説明する断面図である。 フラッシング動作で用いられる駆動信号の構成を説明する波形図である。 フラッシング動作で用いられるその他の駆動信号の構成を説明する波形図である。 フラッシング動作においてノズルからインクが噴射される様子を説明する模式図である。 ワイピング動作を説明する模式図である。 その他の実施形態におけるワイピング動作を説明する模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を、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、プリンター１の内部構成を説明する正面図、図２は、プリンター１の電気的な構成を説明するブロック図である。本実施形態におけるプリンター１は、例えばコンピューター等の電子機器等の外部装置２と無線又は有線で電気的に接続されており、この外部装置２から記録用紙等の記録媒体（液体の着弾対象）に画像やテキストを印刷させるため、その画像等に応じた印刷データを受信する。このプリンター１は、プリンターコントローラー７とプリントエンジン１３とを有している。液体噴射ヘッドの一種である記録ヘッド６は、インクカートリッジ１７（液体供給源）を搭載したキャリッジ１６の底面側に取り付けられている。そして、当該キャリッジ１６は、キャリッジ移動機構４によってガイドロッド１８に沿って往復移動可能に構成されている。すなわち、プリンター１は、紙送り機構３によって記録媒体をプラテン１２上に順次搬送すると共に、記録ヘッド６を記録媒体の幅方向（主走査方向）に相対移動させながら当該記録ヘッド６のノズル３７（図３および図９参照）から本発明における液体の一種であるインクを噴射させて、記録媒体上に着弾させることにより画像等を記録する。なお、インクカートリッジ１７がプリンターの本体側に配置され、当該インクカートリッジ１７のインクが供給チューブを通じて記録ヘッド６側に送られる構成を採用することもできる。

上記インクとしては、染料インクや顔料インク等種々のものを用いることができる。本実施形態においては、常温（例えば、２５℃）の粘度η１が４．１２〔ｍＰａ・ｓ〕程度のインクが用いられる。また、常温の粘度η２が５．０〔ｍＰａ・ｓ〕程度のインクを用いることもできる。いずれも密度については、１０５０〔ｇ／ｃｍ３〕以上１１００〔ｇ／ｃｍ３〕以下の範囲であることが望ましく、粘度については、３〔ｍＰａ・ｓ〕以上６〔ｍＰａ・ｓ〕以下の範囲内にあるものが好適である。

プラテン１２に対して主走査方向の一端側（図２右側）に外れた位置には、記録ヘッド６の待機位置であるホームポジションが設定されている。このホームポジションには、一端側から順にキャッピング機構２０および、ワイピング機構２２が設けられている。キャッピング機構２０は、例えば、エラストマー等の弾性部材からなるキャップ２５を有しており、当該キャップ２５を記録ヘッド６のノズル面（ノズルプレート３１）に対して当接させて封止した状態（キャッピング状態）あるいは当該ノズル面から離隔した待避状態に変換可能に構成されている。そして、ノズル面に対してキャッピングした状態でキャップ内の空間を負圧化（吸引）することで、ノズル３７からインクをキャップ内に排出させるクリーニング動作を行うことができる。

本実施形態のワイピング機構２２は、弾性部材からなるワイパー２６（払拭部材）と、ワイパー２６の基端側（下端側）に配置されるフラッシングボックス２３とを備えている。ワイパー２６は、払拭方向（本実施形態では主走査方向あるいはノズル列方向）に対して交差する方向（副走査方向）における幅がノズル面の同方向における幅よりも広く形成された薄板状の部材である。このワイパー２６の基端部であってフラッシングボックス２３より下方には、ワイパー駆動源２４（図２参照）が配置されている。このワイパー駆動源２４の駆動により、ワイパー２６は記録ヘッド６のノズル面に対して当接した状態と、当該ノズル面から離隔した待避状態とに変換可能になっている。なお、ワイパー２６としては、種々の構成のものを採用することができる。例えば、樹脂等からなるブレード本体の表面に撥水膜を形成したものや、ノズル面との接触部が布からなる布ワイパー等を採用することができる。

ノズル面を払拭するワイピング動作は、ワイパー駆動源２４の駆動によりワイパー２６をノズル面に当接した状態で、記録ヘッド６を相対的に移動させる。これにより、ノズル列の一方から他方に向けてワイパー２６が摺動して、ノズル面を払拭することができる。本発明に係るワイピング動作は、フラッシング動作と同時に行われる。このワイピング動作に関しては、後述する。なお、副走査方向にノズル列が延在した記録ヘッドを採用することもできる。この場合、ワイパーをノズル面に当接させた状態で、当該ワイパーが副走査方向（ノズル列方向）に沿って移動するように構成される。要は、ワイパーまたは記録ヘッドの何れかを移動させることでワイパーを記録ヘッドに対して相対的に移動させて、当該ワイパーによりノズル面をノズル列方向に払拭させる構成であればどのような構成であってもよい。

フラッシングボックス２３は、ワイピング動作と共に行われる、記録ヘッド６のノズル３７からインクを強制的に噴射させるフラッシング動作（ノズルメンテナンス動作の一種）の際に噴射されたインクを受けるトレイ状の部材である（図７参照）。なお、本実施形態のフラッシングボックス２３は、上下方向（ワイパー２６の進退方向）の位置が固定されているが、ワイパー駆動源２４の駆動によりワイパー２６と共に上下方向に移動する構成を採用することもできる。また、フラッシングボックス２３の内部にインクを捕集するスポンジ等の多孔質部材を配置することもできる。さらに、本実施形態のフラッシングボックス２３は、ワイピング動作とは別に、例えばプリンター１の電源が投入されてから記録動作に先立ってノズル３７内や圧力室３８内の増粘したインクや気泡を排出するために行われるフラッシング動作の際においても、噴射されたインクを受けるように構成されている。なお、本実施形態のフラッシングボックス２３とは別に、例えばワイピング機構とはプラテンを挟んで主走査方向の反対側にフラッシングボックスを設け、当該フラッシングボックスにより前記したプリンターの電源投入時等に行われるフラッシング動作の際に噴射されるインクを受けるようにしてもよい。

プリンターコントローラー７は、プリンター１の各部の制御を行う制御ユニットである。本実施形態におけるプリンターコントローラー７は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）部８と、制御部９と、記憶部１０と、駆動信号生成部１１と、を有する。インターフェース部８は、外部装置２からプリンター１へ印刷データや印刷命令を送ったり、プリンター１の状態情報を外部装置２側に出力したりする際にプリンター１の状態データの送受信を行う。制御部９は、プリンター１全体の制御を行うための演算処理装置である。記憶部１０は、制御部９のプログラムや各種制御に用いられるデータを記憶する素子であり、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ（不揮発性記憶素子）を含む。制御部９は、記憶部１０に記憶されているプログラムに従って、各ユニットを制御する。また、本実施形態における制御部９は、外部装置２からの印刷データに基づき、記録動作時にどのノズル３７からどのタイミングでインクを噴射させるかを示す噴射データを生成し、当該噴射データを記録ヘッド６のヘッド制御部１５に送信する。さらに、本実施形態における制御部９は、ワイピング動作及びフラッシング動作を行う制御手段として機能する。

駆動信号生成部１１（駆動波形生成手段）は、記録媒体に対してインクを噴射して画像等を記録するための駆動パルスを含む駆動信号を発生する。また、本実施形態における駆動信号生成部１１は、メンテナンス駆動波形（フラッシングパルスＰｆ）を含むメンテナンス用駆動信号（フラッシング用駆動信号ＣＯＭ）を発生可能に構成されている。フラッシング用駆動信号の詳細については後述する。

次に、プリントエンジン１３について説明する。このプリントエンジン１３は、図２に示すように、紙送り機構３、キャリッジ移動機構４、リニアエンコーダー５、ワイパー駆動源２４、及び、記録ヘッド６等を備えている。キャリッジ移動機構４は、記録ヘッド６が取り付けられたキャリッジ１６と、このキャリッジ１６を、タイミングベルト等を介して走行させる駆動モーター（例えば、ＤＣモーター）等からなり（図示せず）、キャリッジ１６に搭載された記録ヘッド６を主走査方向に移動させる。紙送り機構３は、紙送りモーター及び紙送りローラー等（いずれも図示せず）からなり、記録媒体をプラテン１２上に順次送り出して副走査を行う。また、リニアエンコーダー５は、キャリッジ１６に搭載された記録ヘッド６の走査位置に応じたエンコーダパルスを、主走査方向における位置情報としてプリンターコントローラー７に出力する。プリンターコントローラー７は、リニアエンコーダー５側から受信したエンコーダパルスに基づいて記録ヘッド６の走査位置（現在位置）を把握することができる。ワイパー駆動源２４は、ワイピング動作時にワイパー２６を上昇させてノズル面に当接させる機構であり、例えばＤＣモーター等からなる。

図３は、記録ヘッド６の内部構成を説明する要部断面図である。
本実施形態における記録ヘッド６は、ノズルプレート３１、流路基板３２、および、圧電素子３３等から概略構成され、これらの部材を積層した状態でケース３５に取り付けられている。ノズルプレート３１は、ドット形成密度に対応したピッチで複数のノズル３７を列状に開設したシリコン単結晶基板からなる部材である。本実施形態では、並設された複数のノズル３７から構成されるノズル列（ノズル群の一種）がノズルプレート３１に２列並設されている。また、本実施形態のノズル列は、主走査方向に沿って並設されている。そして、このノズルプレート３１のインクが噴射される側の面が、ノズル面に相当する。

上記ノズル３７は、ドライエッチングにより内径が異なる複数段の円筒状に形成されている。本実施形態におけるノズル３７は、後述する圧力室３８側の第１のノズル部３７ａと、噴射側の第２のノズル部３７ｂとにより２段構造となっている（図６参照）。そして、第１のノズル部３７ａの内径は、第２のノズル部３７ｂの内径よりも大きく設定されている。より具体的には、第２のノズル部３７ｂの内径が２０〔μｍ〕であるのに対し、第１のノズル部３７ａの内径は４５〔μｍ〕となっている。また、第２のノズル部３７ｂの中心軸方向の長さが３０〔μｍ〕、第１のノズル部３７ａの中心軸方向の長さは４０〔μｍ〕となっている。なお、ノズルプレート３１としては、シリコン単結晶基板に限られず、例えばステンレス鋼等の金属板より構成することもできる。また、ノズル３７としては、内径が一定な円筒状のストレート部を噴射側に少なくとも有するものであればよく、ノズル全体の内径が一定のもの（円筒状のノズル）や、第１のノズル部３７ａに対応する部分の内径が噴射側から圧力室側に向けて拡大するテーパー形状のもの等を採用することもできる。

流路基板３２は、複数の隔壁で区画された圧力室３８が各ノズル３７に対応して複数形成されている。この流路基板３２における圧力室３８の列の外側には、共通液室３９の一部を区画する共通液室３９が形成されている。この共通液室３９は、インク供給口４３を介して各圧力室３８と個々に連通している。また、共通液室３９には、インクカートリッジ１７側からのインクがケース３５のインク導入路４２を通じて導入される。流路基板３２のノズルプレート３１側とは反対側の上面には、弾性膜４０を介して圧電素子３３（アクチュエーターの一種）が形成されている。圧電素子３３は、金属製の下電極膜と、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等からなる圧電体層と、金属からなる上電極膜（何れも図示せず）とを順次積層することで形成されている。この圧電素子３３は、所謂撓みモードの圧電素子であり、圧力室３８の上部を覆うように形成されている。本実施形態において、２列のノズル列に対応して２列の圧電素子列が、ノズル列方向で見て圧電素子３３が互い違いとなる状態でノズル列に直交する方向に並設されている。各圧電素子３３は、配線部材４１を通じて駆動信号が印加されることにより変形する。これにより、当該圧電素子３３に対応する圧力室３８内のインクに圧力変動が生じ、このインクの圧力変動を制御することによりノズル３７からインクが噴射される。

本発明に係るプリンター１では、例えば記録媒体に対する記録動作が終了した際や所定時間が経過した後等に、圧電素子３３を駆動して噴射動作を行わせるフラッシング動作を行いながら、ワイパー２６によりノズル面を払拭するワイピング動作を行う点に特徴を有している。換言すると、ワイピング動作を行いながらフラッシング動作を行う点に特徴を有している。以下、この点について説明する。

まず、フラッシング動作について説明する。本実施形態におけるフラッシング動作は、ワイピング動作においてノズル３７の内部（メニスカス近傍）に発生した気泡を排出することを目的とするノズルメンテナンス動作であり、プリンター１の電源が投入されてから記録動作に先立ってノズル３７内や圧力室３８内の増粘したインクや気泡を排出するために行われるフラッシング動作とは異なるものである。ここで、フラッシング動作における噴射動作は、ノズル３７からインクが実際に噴射されるか否かに拘わらず、フラッシングパルスＰｆにより圧電素子３３を駆動して圧力室３８内に圧力変動を生じさせる動作を意味する。

図４は、フラッシング動作で用いられるフラッシング用駆動信号に含まれるフラッシングパルスＰｆの構成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パルスＰｆは、ノズル３７におけるメニスカスを初期位置（圧電素子３３）から圧力室３８側に積極的に引き込むことなく噴射側に押し出してインクを噴射させるメンテナンス駆動波形の一種である。より具体的に説明すると、本実施形態におけるフラッシングパルスＰｆは、収縮要素ｐ１と、収縮維持要素ｐ２と、膨張要素ｐ３と、からなる。収縮要素ｐ１は、基準電位Ｖｂから収縮電位ＶＨまで電位がプラス側に比較的急峻な勾配で変化する波形要素である。ここで、基準電位Ｖｂが圧電素子３３に印加されている状態は初期状態（基準状態）であり、この初期状態におけるノズル３７内のメニスカスの位置は本発明における初期位置に相当する。この初期位置にあるメニスカスは、ノズル３７における噴射側（圧力室３８とは反対側）の開口付近（やや圧力室３８寄り）に位置する。本実施形態では、基準電位Ｖｂから収縮電位ＶＨまでの電位差Ｖｄおよび収縮要素ｐ１の電位変化の勾配は、上記構成の記録ヘッド６で噴射可能な最大量のインクをノズル３７から噴射させ得るように設定されている。収縮維持要素ｐ２は、収縮電位ＶＨを所定時間維持する波形要素である。そして、膨張要素ｐ３は、収縮電位ＶＨから基準電位Ｖｂまで電位が十分に緩やかな勾配で変化する波形要素である。

図６は、フラッシング動作においてノズル３７からインクが噴射される様子を説明する模式図（ノズル３７の断面図）である。図６（ａ）は、上記の初期状態を示している。この状態において、ノズル３７における第２のノズル部３７ｂの内部のインクには気泡Ｂが滞留している。このようなノズル３７への気泡Ｂの混入は、ワイピング動作においてワイパー２６がノズル３７（詳しくはノズル３７の開口縁）を通過した際に生じやすい。上記のように構成されたフラッシングパルスＰｆがこのノズル３７に対応する圧電素子３３に印加されると、収縮要素ｐ１により圧電素子３３が圧力室３８の内側（ノズルプレート３１に近接する側）に撓む。これに伴い、圧力室３８は基準電位Ｖｂに対応する基準容積から収縮電位ＶＨに対応する収縮容積まで急激に収縮される。これにより、圧力室３８内のインクが加圧されて、初期位置にあるメニスカスがノズル軸方向に沿って噴射側に急激に押し出され、液柱のように伸びる（図６（ｂ））。この際、メニスカス近傍の気泡Ｂは、ノズル３７内のインクに追従して噴射側に押し出される。このとき、気泡Ｂは、圧力室３８の内圧の上昇に伴って収縮する。

圧力室３８の収縮状態は、収縮維持要素ｐ２によって一定時間維持される。この間には、噴射側に押し出された液柱の後端部分がメニスカスと分離して、気泡Ｂを含んだ状態で、フラッシングボックス２３に向けて飛翔する（図６（ｃ））。収縮維持要素ｐ２の後、続いて膨張要素ｐ３が印加されることにより、圧電素子３３が基準電位Ｖｂに対応する状態まで収縮する。これに伴い、圧力室３８は、収縮容積から基準電位Ｖｂに対応する基準容積まで緩やかに膨張して復帰する。これにより、メニスカスが初期位置まで次第に復帰する。このフラッシングパルスＰｆによりノズル３７から噴射されるインクの１滴あたりの重量は、約１０〔ｎｇ〕である。これに対し、記録媒体に対して画像等を記録する際にノズル３７から噴射されるインク１滴あたりの重量は、約７〔ｎｇ〕である。フラッシングパルスＰｆにおいて、膨張要素ｐ３は、収縮要素ｐ１と比較して電位の変化が緩やかであるため、この膨張要素ｐ３により圧電素子３３が駆動して圧力室３８内に生じる圧力変化も比較的緩やかである。このため、噴射動作後の残留振動も比較的低く抑えることができる。

ここで、ワイピング動作において発生する気泡Ｂを排出するためには、気泡Ｂが発生してからできるだけ早くフラッシング動作を行うことが肝要となる。例えば、ノズル３７の軸方向においてメニスカスから圧力室側に３５〔μｍ〕の範囲に気泡Ｂが位置していれば、フラッシングパルスＰｆによるフラッシング動作によって当該気泡Ｂを排出することができる。しかしながら、ズル３７の軸方向においてメニスカスから３５〔μｍ〕の範囲を超えて気泡Ｂが遠ざかってしまうと、フラッシング動作によっても気泡Ｂを排出することが困難となってしまう。

ここで、ノズル３７内の気泡Ｂに働く浮力は、気泡Ｂの直径をｒ、インクの密度をρ、重力加速度をｇとして、アルキメデスの定理より、以下の式（１）で表される。
Ｆ＝４πｒ^３ρｇ／３ …（１）
次に、気泡Ｂに働く抵抗力は、インクの粘度をη、気泡Ｂの速度（ノズル内壁による流路抵抗を無視した場合の速度（無限液中速度））をＵとして、以下の式（２）で表される。
Ｆ＝６πηｒＶ …（２）
式（１）および式（２）より、インク内の気泡Ｂの浮上速度Ｕは、以下の式（３）で表される。
Ｕ＝４．５ｒ^２ρｇ／η …（３）
なお、ノズル３７内における気泡Ｂの浮上速度ｕは、ノズル３７の内径をｄ、λ＝ｒ／ｄとして、以下のCliftら提案の式（４）またはWallis提案の式（５）で表すことができる。
ｕ／Ｕ＝（１−λ^２）^３／２ for λ＜０．６ …（４）
ｕ／Ｕ＝（１．１３ｅｘｐ（−λ） for λ＜０．６ …（５）
例えば、ｄ＝２０〔μｍ〕、ｒ＝１０〔μｍ〕とすると、λ＝０．５となり、第２のノズル部３７ｂにおける気泡Ｂの浮上速度ｕは、
式（４）より ｕ＝０．６５０×Ｕ＝９．４２〔μｍ／ｓ〕
式（５）より ｕ＝０．６８５×Ｕ＝９．９４〔μｍ／ｓ〕
となる。
したがって、メニスカスに気泡が混入してから、圧力室３８側に３５〔μｍ〕移動する時間ｔは、
式（４）より ｔ＝３５／ｕ＝３．７２〔ｓ〕
式（５）より ｔ＝３５／ｕ＝３．５２〔ｓ〕
となる。

このため、仮にワイピング動作において気泡が混入したとすれば、この気泡をより確実に排出するためには、ノズル３７（ノズル３７の開口縁）をワイパー２６が通過してから約３．５〔ｓ〕以内にフラッシングパルスＰｆによるフラッシング動作を行う必要がある。本実施形態においては、ワイパー２６がノズル３７を通過してからの時間を可及的に短くするべく、ワイピング動作を行いながらフラッシング動作を行っている。

図７は、ワイピング動作を行いながらフラッシング動作を行う様子を説明する模式図である。ワイピング動作は、キャリッジ移動機構４の駆動によりキャリッジ１６に取り付けられた記録ヘッド６をワイピング機構２２の上方に移動させて行う。まず、図７（ａ）に示すように、記録ヘッド６を相対的に移動させると共に、ワイパー駆動源２４の駆動によりワイパー２６をノズル面（ノズルプレート３１）側に移動させる。この際、フラッシングボックス２３上のノズル３７からフラッシング動作を開始し、フラッシングボックス２３に向けてインクＩｄを噴射する。この噴射されたインクＩｄは、フラッシングボックス２３内に着弾して捕集される。なお、フラッシング動作は、ワイパー２６がノズル面に当接してから開始してもよいし、当接する前から開始してもよい。そして、図７（ａ）に示すように、ワイパー２６をノズル面（ノズルプレート３１）の一側の端部に当接させてワイピング動作を開始する。次に、図７（ｂ）に示すように、記録ヘッド６を相対的に移動させてワイパー２６によりノズル面を払拭させながら、フラッシング動作によりワイパー２６の前後のノズル３７からインクＩｄを噴射させる。すなわち、ワイパー２６の前後のノズル３７に対してフラッシング動作が行われる。これにより、ワイパー２６が通過した直後のノズル３７からインクＩｄの噴射が行われる。その後、図７（ｃ）に示すように、記録ヘッド６を相対的に移動させて、ワイパー２６をノズル面の他側の端部まで移動させて、ワイピング動作を終了する。各ノズル３７は、ワイピング動作が終了するまでにフラッシング動作が行われる。

なお、ワイパー２６が通過中のノズル３７、すなわちワイパー２６と重なったノズル３７からは、インクＩｄが噴射されないようにタイミングが調整されている。また、フラッシング動作によるインクの噴射は、ワイパー２６が通過した直後から３回行われることが望ましい。この点に関し、詳しくは後述する。さらに、ワイピング動作が終了してからフラッシング動作を継続する構成を採用してもよい。

これにより、ワイパー２６がノズル面を払拭した際に気泡がノズル３７内に混入したとしても、速やかに当該気泡を排出することができる。すなわち、ワイパー２６がノズル３７を通過した直後にフラッシングパルスＰｆによるフラッシング動作を行うので、ワイパー２６の通過により発生した気泡が浮力によって圧力室３８側に移動してしまう前に、フラッシング動作によって当該気泡を排出することができる。これにより、フラッシング動作による噴射動作の回数を減らすことができ、インクを無駄に消費することを抑制できる。その結果、ワイピング動作により発生した気泡を効率よく排出することができる。

また、本実施形態では、ノズル３７におけるメニスカスを初期位置から圧力室３８側に引き込んで、その後インクを噴射させるフラッシングパルスをフラッシング動作用の駆動波形として採用していないため、メニスカスの引き込みにより気泡Ｂが圧力室３８側に移動することを抑制できる。例えば、ノズル３７におけるメニスカスを初期位置から圧力室３８側に引き込むと、メニスカス近傍の気泡Ｂも圧力室３８側に移動する。また、このときの圧力室３８内の内圧の減少に伴って気泡Ｂが膨張する。ここで、上記式（３）より、気泡Ｂが大きいほど、その浮上速度が上昇することがわかる。このため、気泡Ｂが浮上してメニスカス近傍から圧力室３８側に離れてしまう虞がある。これに対して、本実施形態のフラッシングパルスＰｆは、ノズル３７におけるメニスカスを初期位置から圧力室３８側に積極的に引き込むことなくインクを噴射させるので、フラッシング動作において圧力室３８内の急激な減圧を避けて気泡Ｂが膨張することによる浮上を抑制することができる。

なお、前のフラッシングパルスＰｆの終端（膨張要素ｐ３の終端）から次のフラッシングパルスＰｆの始端（収縮要素ｐ１の始端）までの時間は、圧力室３８内のインクに生じる振動（圧力波）のヘルムホルツ振動周期（固有振動周期）Ｔｃ以上となるように設定されることが望ましい。これにより、前の噴射動作により生じた残留振動が概ね収束している状態で次の噴射動作が行われるので、気泡Ｂが不必要に膨張・収縮することが低減される。このため、気泡Ｂが浮力により圧力室３８側に移動することが抑制され、気泡排出性を高めることができる。また、フラッシング動作は、ワイピング動作においてワイパー２６が通過してから上記間隔で噴射動作を３回行うことが望ましい。上記間隔で噴射動作を３回行うことで、ノズル３７内の気泡を概ね排出することができる。例えば、ノズル３７の内壁に気泡が付着していて、１回目の噴射動作によりノズル３７からインクを噴射させなかったとしても、１回目の噴射動作でインクが噴射側に押し出されるので、このインクの動きにより気泡がノズル内壁から離れて動きやすくなり、２回目、３回目の噴射動作により、気泡Ｂをインクと共にノズル３７から排出させることができる。なお、ノズル３７内のインクの気泡をより効果的に排出するには、本実施形態のようにフラッシングパルスＰｆにより３回噴射動作を行うことが望ましいが、例えば、３回の噴射動作のうち少なくとも最初の噴射動作をフラッシングパルスＰｆで行い、残りを他の駆動パルス、具体的には後述する一般的なフラッシングパルスＰｆ′あるいは通常の記録動作で使用される駆動パルス等を用いて行う構成を採用することもできる。また、フラッシング動作においては、３回の噴射動作には限られず、４回以上とすることも可能である。この場合、４回目以降の駆動パルスは、フラッシングパルスＰｆでも他の駆動パルスでも良い。

ここで、上記Ｔｃは、ノズル３７、圧力室３８、インク供給口４３、及び圧電素子３３等の各構成部材の形状、寸法、及び剛性などにより、記録ヘッド６毎に固有に定まる。この固有の振動周期Ｔｃは、例えば、次式（１）で表すことができる。
Ｔｃ＝２π√［〔（Ｍｎ×Ｍｓ）／（Ｍｎ＋Ｍｓ）〕×Ｃｃ］ …（６）
但し、式（４）において、Ｍｎはノズル３７におけるイナータンス、Ｍｓはインク供給口４３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。また、上記式（６）において、イナータンスＭとは、流路における液体の移動し易さを示し、換言すると、単位断面積あたりの液体の質量である。そして、流体の密度をρ、流路の流体の流下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（７）で近似して表すことができる。
Ｍ＝（ρ×Ｌ）／Ｓ …（７）
なお、上記Ｔｃは、上記式（６）で規定されるものに限られず、記録ヘッド６の圧力室３８が有している振動周期であればよい。

ところで、上記した実施形態では、ワイパー２６が払拭する前のノズル面に開口したノズル３７からもインクを噴射したが、これには限られない。例えば、図８に示すその他の実施形態では、ワイパー２６が払拭する前のノズル面に開口したノズル３７からは噴射動作を行わずに、ワイパー２６が払拭した後のノズル面に開口したノズル３７について噴射動作を行うように構成されている。

具体的には、図８（ａ）に示すように、記録ヘッド６を相対的に移動させると共に、ワイパー駆動源２４の駆動によりワイパー２６をノズル面側に移動させ、ワイパー２６をノズル面の一側の端部に当接させてワイピング動作を開始する。この際、リニアエンコーダー５からのエンコーダパルス（位置情報）によって検出された記録ヘッド６の位置から、ワイパー２６とノズル３７との相対位置を算出し、ワイパー２６が通過していないノズル３７は、フラッシング動作を行わない。次に、図８（ｂ）に示すように、記録ヘッド６を相対的に移動させてワイパー２６によりノズル面を払拭させながら、ワイパー２６が通過したノズル３７から順次フラッシング動作によるインクＩｄの噴射を開始する。すなわち、ワイパー２６の進行方向における後側のノズル３７に対してフラッシング動作が行われる。これにより、ワイパー２６が通過した直後のノズル３７からインクＩｄの噴射が行われる。その後、図８（ｃ）に示すように、記録ヘッド６を相対的に移動させて、ワイパー２６をノズル面の他側の端部まで移動させて、ワイピング動作を終了する。なお、その他の構成は、上記した実施形態と同じであるため、説明を省略する。

このように、本実施形態では、気泡の混入の虞があるワイパー２６が通過した後のノズル３７のみフラッシング動作を行うように構成しているので、インクの無駄な消費を抑えつつノズル３７内部の気泡を排出することが可能となる。

また、フラッシング動作においては、上記フラッシングパルスＰｆには限られず従来の一般的なフラッシング動作に用いられるフラッシングパルスＰｆ′を採用することもできる。その他の実施形態として、従来のフラッシングパルスＰｆ′の構成を説明する。このフラッシングパルスＰｆ′は、図５に示すように、予備膨張要素ｐ１１と、膨張維持要素ｐ１２と、収縮要素ｐ１３と、収縮維持要素ｐ１４と、膨張要素ｐ１５と、からなる。予備膨張要素ｐ１１は、基準電位Ｖｂ′から膨張電位ＶＬ′まで電位がマイナス側に変化する波形要素である。膨張維持要素ｐ１２は、膨張電位ＶＬ′を所定時間維持する波形要素である。収縮要素ｐ１３は、膨張電位ＶＬ′から収縮電位ＶＨ′まで電位がプラス側に比較的急峻な勾配で変化する波形要素である。収縮維持要素ｐ１４は、収縮電位ＶＨ′を所定時間維持する波形要素である。膨張要素ｐ１５は、収縮電位ＶＨ′から基準電位Ｖｂ′まで電位がマイナス側に再度変化する波形要素である。すなわち、このフラッシングパルスＰｆ′は、ノズル３７からインクを噴射させる前に、まず、予備膨張要素ｐ１１により圧力室３８を膨張させて、メニスカスを圧力室３８側に大きく引き込む。そして、その後、収縮要素ｐ１３により圧力室３８が収縮し、ノズル３７からインクが噴射される。

このフラッシングパルスＰｆ′は、上記フラッシングパルスＰｆと比較して気泡排出性は劣るものの、フラッシング動作を行いながらワイピング動作を行うことで、ワイパー２６が通過した直後のノズル３７から速やかにインクの噴射を行うことができるため、当該気泡を排出することができる。もっとも、気泡の排出性に関しては、上記したように従来のフラッシングパルスＰｆ′よりもフラッシングパルスＰｆの方が望ましい。一方で、従来のフラッシングパルスＰｆ′は、記録動作時にノズル３７からインクを噴射させる記録動作用の駆動波形として使用することができる。これにより、駆動波形を共通化させることで、省電力に寄与することができる。また、フラッシングパルスＰｆとフラッシングパルスＰｆ′とを混在させてフラッシング動作を行うこともできる。この場合、上述したように、フラッシング動作において少なくとも最初に圧電素子３３に印加される駆動パルスをフラッシングパルスＰｆとすることが望ましい。

なお、上記実施形態では、アクチュエーターとして、所謂撓み振動型の圧電素子３３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、上記実施形態で例示したフラッシングパルスＰｆ、Ｐｆ′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。
また、アクチュエーターとしては圧電素子には限らず、静電気力を利用して圧力室の容積を変動させる静電アクチュエーター等の各種アクチュエーターを用いる場合にも本発明を適用することができる。

そして、本発明は、ノズル内の気泡を排出させるフラッシング動作を行う液体噴射装置であれば、上記のプリンターに限らず、プロッター、ファクシミリ装置、コピー機等、各種のインクジェット式記録装置、あるいは、着弾対象の一種である布帛（被捺染材）に対して液体噴射ヘッドからインクを着弾させて捺染を行う捺染装置、または、記録装置以外の液体噴射装置、例えば、ディスプレイ製造装置、電極製造装置、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，６…記録ヘッド，９…制御部，１１…駆動信号生成部，２０…キャッピング機構，２２…ワイピング機構，２３…フラッシングボックス，２５…キャップ，２６…ワイパー，３１…ノズルプレート，３３…圧電素子，３７…ノズル，３８…圧力室

Claims (6)

1. ノズル面に開口したノズルに連通する圧力室、及び、該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせるアクチュエーターを有し、当該アクチュエーターの作動によって前記ノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
   前記ノズル面を払拭するワイパーと、を備え、
   メンテナンス駆動波形によりアクチュエーターを駆動して噴射動作を行わせるノズルメンテナンス動作を行いながら、前記ワイパーにより前記ノズル面を払拭するワイピング動作を行うことを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記メンテナンス駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを初期位置から前記圧力室側に積極的に引き込むことなく噴射側に押し出して当該ノズルから液体を噴射させる駆動波形であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記メンテナンス駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを初期位置から前記圧力室側に変化させてから噴射側に押し出して当該ノズルから液体を噴射させる駆動波形であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
4. 前記ノズルメンテナンス動作は、前記ワイピング動作において前記ワイパーが払拭した後のノズル面に開口したノズルについて噴射動作を行わせ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. ノズル面に開口したノズルに連通する圧力室、及び、該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせるアクチュエーターを有し、当該アクチュエーターの作動によって前記ノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドの駆動方法であって、
   ワイパーにより前記ノズル面を払拭するワイピング動作が行われている際に、メンテナンス駆動波形によりアクチュエーターを駆動して噴射動作を行わせるノズルメンテナンス動作を実行することを特徴とする液体噴射ヘッドの制御方法。
6. ノズル面に開口したノズルに連通する圧力室、及び、該圧力室内の液体に圧力変動を生じさせるアクチュエーターを有し、当該アクチュエーターの作動によって前記ノズルから液体を噴射可能な液体噴射ヘッドと、
   前記ノズル面を払拭するワイパーと、を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
   前記ワイパーにより前記ノズル面を払拭するワイピング動作が行われている際に、メンテナンス駆動波形によりアクチュエーターを駆動して噴射動作を行わせるノズルメンテナンス動作を実行することを特徴とする液体噴射装置の制御方法。
   

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