JP2017140727A - 液体噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル面が帯電された状態を緩和できる液体噴射装置を提供する。【解決手段】液体が噴射されるノズル（２４）が開口され、液体に対して撥液性を有する撥液膜（２５）が設けられたノズル面（１６）、及び、ノズル（２４）に連通する流路（）を備えた液体噴射ヘッド（３）と、電圧が印加されて流路（２６）内の液体を帯電させる電極（５７）と、電極により帯電された液体を撥液膜（２５）上に広げる拡散機構（１４）と、を備えたことを特徴とする液体噴射装置。【選択図】図６

Description

本発明は、ノズル面に形成されたノズル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ものである。

液体噴射ヘッドが搭載された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生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ー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。

上記の液体噴射装置は、液体噴射ヘッドのノズル面に開口されたノズルからプラテン等の支持部材上に移送された記録媒体（着弾対象の一種）に向けて液体を噴射させて、当該記録媒体に画像等を記録する。ところで、ノズル面には、ノズル内に良好なメニスカスを形成する目的や、付着した液体の濡れ広がりを抑制する目的等のために、例えば、フッ素等を成分に含む撥液膜が形成されている。また、特許文献１では、ノズルに連通する流路内に導電板を備え、この導電板に電圧を印加することで、ノズルから噴射される液体を帯電させる技術が開示されている。

特開２０１２−２２８８０４号公報

ところで、ノズル面に形成される撥液膜は、絶縁性を有するため、帯電し易い。このため、ノズル面と記録媒体との間で電界が形成される虞がある。特に、塩化ビニル等の樹脂からなる記録媒体やポスター等に使用される大型の記録媒体に対して液体を噴射する液体噴射装置においては、当該記録媒体が液体噴射装置の筐体や記録媒体を搬送するローラー等の搬送機構等と擦れて帯電し易いため、ノズル面と記録媒体との間の電界が一層強まる傾向にある。その結果、ノズルから噴射された液体が記録媒体に着弾しない虞があった。

具体的には、図１１に示す模式図のように、例えば、塩化ビニル等の樹脂からなる記録媒体９１は、筐体や搬送機構等と擦れてプラスに帯電される。一方、液体噴射ヘッド９２のノズル面９３には、ノズル面９３を払拭するワイパーの当接により液体Ｌｑ１が付着する。また、液体の噴射に伴って発生するミストや、液体噴射装置の使用環境等により発生する結露等もノズル面９３に付着する。このような、ノズル面９３に付着した液体Ｌｑ１は、ワイパーの払拭動作やノズル面９３を封止するキャップの当接等によりノズル面９３上を移動する（図１１の矢印参照）。また、ノズル９４近傍の液体が、ノズル９４内の負圧に引き寄せられて移動する場合もある。その他、記録媒体９１に対して走査（往復移動）しつつインクの吐出を行う所謂シリアル型の液体噴射ヘッドにおいては、液体噴射ヘッドの移動に伴い発生する気体の流れにより、ノズル面９３上の液体が移動する。このように、撥液膜が形成されノズル面９３上を液体Ｌｑ１が移動すると、図１１に示すように、流動帯電によりノズル面９３（具体的には、撥液膜（図示せず））がマイナスに帯電される。そして、特許文献１に記載されるような導電板を用いず、ノズル９４から噴射される液体を積極的に帯電させない場合、マイナスに帯電されたノズル面９３にプラスの電荷が引き寄せられて、ノズル９４近傍の液体はプラスに帯電する。このため、図１２に示すように、噴射される液体Ｌｑ２は、プラスに帯電する。これにより、ノズル９４から噴射された液体Ｌｑ２は、プラスに帯電された記録媒体９１に反発すると共に、マイナスに帯電されたノズル面９３に引き寄せられることになる。その結果、図１２に示す矢印のように、液体Ｌｑ２が記録媒体９１に着弾せずに舞い戻って、ノズル面９３に付着する虞があった。そして、ノズル面９３に付着した液体が、ノズル面９３を再び移動することで、さらにノズル面９３の帯電量が増加する（電荷が強まる）虞があった。

ところで、特許文献１に開示されるように、ノズルから噴射される液体を積極的に帯電させることも考えられる。しかしながら、単にノズルから噴射される液体を帯電させるだけでは十分ではなかった。例えば、ノズルから噴射される液体をノズル面とは異なる極性（又は記録媒体と同じ極性）に帯電させた場合、当該液体が記録媒体に着弾せずに、ノズル面に付着する虞がある。また、ノズルから噴射される液体をノズル面と同じ極性（又は記録媒体と異なる極性）に帯電させた場合、当該液体が記録媒体に着弾し易くなるものの、この液体の噴射に伴って発生したミスト等がノズル面に付着すると、ノズル面の帯電量を増加させる虞がある。そもそも、特許文献１の構成では、ノズル面の帯電を緩和できないため、ノズルから噴射される液体以外にも、異物等がノズル面に引き寄せられる虞がある。

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、ノズル面が帯電された状態を緩和できる液体噴射装置を提供することにある。

本発明における実装装置は、上記目的を達成するために提案されたものであり、液体が噴射されるノズルが開口され、前記液体に対して撥液性を有する撥液膜が設けられたノズル面、及び、前記ノズルに連通する流路を備えた液体噴射ヘッドと、
電圧が印加されて前記流路内の液体を帯電させる電極と、
前記電極により帯電された液体を前記撥液膜上に広げる拡散機構と、
を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、帯電した撥液膜とは異なる極性の電圧を電極に印加することで、撥液膜とは異なる極性の液体を撥液膜上に広げることができる。これにより、ノズル面（具体的には、撥液膜）が帯電した状態を緩和することができる。その結果、ノズル面と記録媒体との間の電界強度を弱めることができ、ノズルから噴射された液体を記録媒体に着弾させ易くすることができる。

また、上記構成において、前記ノズル又は前記ノズル面を清掃するクリーニング動作を実行可能であり、
前記クリーニング動作を行う際に、帯電された液体を前記拡散機構により前記撥液膜上に広げる構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、帯電された液体を撥液膜上に広げる動作をクリーニング動作とは別に行う場合と比べて、効率が良い。このため、記録動作以外の動作時間、すなわち、記録動作に移るまでの待機時間を短縮できる。

さらに、上記構成において、前記クリーニング動作は、前記ノズル面を払拭する払拭動作を含み、
前記拡散機構は、前記払拭動作の際に、前記ノズル面を払拭するワイパーを備え、
前記ノズルから前記ノズル面よりも下方に液体を溢れさせた状態で前記ワイパーにより前記ノズル面を払拭させることで、帯電された液体を前記撥液膜上に広げる構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、ノズル面に付着した紙粉等の異物を除去しつつ、ノズル面が帯電した状態を緩和することができる。

また、上記構成において、前記クリーニング動作は、前記ノズルから液体を吸引する吸引動作を含み、
前記拡散機構は、前記吸引動作の際に、前記ノズルを前記ノズル面側から封止するキャップ及び前記キャップに封止された前記ノズルから液体を吸引する吸引ポンプを備え、
前記キャップにより前記ノズルが封止された状態で前記吸引ポンプにより前記ノズルから帯電した液体を吸引させることで排出された当該液体を前記撥液膜上に付着させる構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、ノズルや流路内の増粘した液体、異物、気泡等を除去しつつ、ノズル面が帯電した状態を緩和することができる。

さらに、上記各構成において、前記ノズル面は、前記ノズルが開口された第１の領域と、前記第１の領域よりも撥液性が低い第２の領域と、を有し、
前記拡散機構は、前記第１の領域と前記第２の領域とに亘って帯電された液体を広げる構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、第２の領域よりも撥液性が高い第１の領域にノズルが設けられるため、ノズル内に良好なメニスカスを形成できる。また、第１の領域に付着した液体が第２の領域に移動し易いため、帯電した液体を効率良くノズル面に広げることができる。

また、上記各構成において、帯電された液体が前記撥液膜上に広がった状態で、ノズルから液体の噴射を行う構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、ノズル面の電荷が中和された状態で、液体を噴射するため、ノズルから噴射された液体を記録媒体に着弾させ易くすることができる。

プリンターの構成を説明する斜視図である。 プリンターの電気的構成を説明するブロック図である。 記録ヘッドの断面図である。 流路基板の平面図である。 払拭動作を説明する模式図である。 払拭動作を説明する模式図である。 吸引動作を説明する模式図である。 吸引動作を説明する模式図である。 吸引動作を説明する模式図である。 第２の実施形態におけるノズルプレートの底面図である。 従来の液体噴射ヘッドの模式図である。 従来の液体噴射ヘッドの模式図である。

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、以下の説明は、本発明の液体噴射装置として、液体噴射ヘッドの一種であるインクジェット式記録ヘッド（以下、記録ヘッド）３が搭載されたインクジェット式プリンター（以下、プリンター）１を例に挙げて行う。

図１は、プリンター１の内部構成を説明する斜視図、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。なお、図２に示す外部装置５０は、例えばコンピューター、デジタルカメラ、携帯電話機などの電子機器である。この外部装置５０は、プリンター１と無線又は有線で電気的に接続されており、塩化ビニル等の樹脂や紙からなる記録媒体２（液体の着弾対象の一種）に画像やテキストの記録（吐出処理）を指示・命令するため、指示・命令と共にその画像等に応じた印刷データをプリンター１に送信する。

本実施形態におけるプリンター１は、記録ヘッド３、キャリッジ移動機構５、搬送機構６等を備えている。図１に示すように、記録ヘッド３は、液体の一種であるインクが貯留されたインクカートリッジ７を搭載したキャリッジ４の底面側に取り付けられている。そして、当該キャリッジ４は、キャリッジ移動機構５によってガイドロッド１０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、搬送機構６によって記録媒体２をプラテン１２上に順次搬送すると共に、記録ヘッド３を記録媒体２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３のノズル２４（図３参照）からインク滴を噴射（吐出ともいう）させて、記録媒体２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のインクが供給チューブを通じて記録ヘッド側に送られる構成を採用することもできる。

プラテン１２に対して主走査方向の一端側（図１中、右側）に外れた位置には、記録ヘッド３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、キャップ１３が設けられている。キャップ１３は、例えば、エラストマー等の弾性部材からなり、上方（記録ヘッド３側）に向けて開口したノズル封止空間１３ａを有する部材である。このキャップ１３は、キャップ移動機構５４（図２参照）の駆動によりホームポジションにある記録ヘッド３のノズル面１６（図３参照）に対して当接させた封止状態、或いは、当該ノズル面１６から離隔させた待避状態に変換可能に構成されている。そして、キャップ１３は、記録ヘッド３が、プラテン１２上の記録媒体２に対して記録動作を行っていない待機状態、或いは、プリンター１の電源がオフの状態において、記録ヘッド３のノズル面１６を封止状態とする。また、キャップ１３は、吸引ポンプ５５の駆動によりノズル２４からインクを吸引する吸引動作においても、記録ヘッド３のノズル面１６を封止状態とする。すなわち、吸引動作においては、キャップ１３をノズル面１６に当接させてノズル２４をキャップ１３内のノズル封止空間１３ａ内に封止した状態で、ノズル封止空間１３ａと連通する吸引ポンプ５５を駆動させてノズル封止空間１３ａ内を負圧にする。なお、吸引動作に関し、詳しくは後述する。

また、キャップ１３の他側（ホームポジションとは反対側）の隣には、ワイパー１４が設けられている。このワイパー１４は、例えば、エラストマー等の弾性部材からなり、ワイパー移動機構５６（図２参照）の駆動により記録ヘッド３のノズル面１６に対して当接可能な位置に移動した払拭状態、或いは、当該ノズル面１６に当接する位置から離隔させた非払拭状態に変換可能に構成されている。そして、ワイパー１４を払拭状態にして、記録ヘッド３を主走査方向に移動させれば、ワイパー１４がノズル面１６を払拭するように構成されている。なお、払拭動作に関し、詳しくは後述する。さらに、ワイパー１４の他側の隣には、フラッシングボックス１５が設けられている。このフラッシングボックス１５は、後述する圧電素子３２を駆動させて、ノズル２４から液体を噴射するフラッシング動作において、当該ノズル２４から噴射されたインクを捕集する部材である。本実施形態におけるフラッシングボックス１５は、上方（記録ヘッド３側）に向けて開口した箱体状に形成されている。なお、フラッシング動作は、吸引動作や払拭動作等が行われるクリーニング動作に含まれ、一般的には一連のクリーニング動作の最後に行われる。

また、図２に示すように、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５１とプリントエンジン５２とを有している。プリンターコントローラー５１は、プリンター１における各部の制御を行う制御ユニットである。図２に示すように、本実施形態におけるプリンターコントローラー５１は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）部５８と、主制御回路５９と、記憶部６０と、駆動信号発生回路６１と、を有する。インターフェース部５８は、外部装置５０からプリンター１へ印刷データや印刷命令を受け取ったり、プリンター１の状態情報を外部装置５０側に出力したりする。記憶部６０は、主制御回路５９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。

主制御回路５９は、記憶部６０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主制御回路５９は、外部装置５０からの印刷データに基づき、記録動作時にどのノズル２４からどのタイミングでインクを吐出させるかを示す吐出データを生成し、当該吐出データを記録ヘッド３のヘッドコントローラー６５に送信する。また、リニアエンコーダー１１から出力されるエンコーダーパルスからタイミングパルスＰＴＳを生成する。そして、主制御回路５９は、このタイミングパルスＰＴＳに同期させて印刷データの転送や、駆動信号発生回路６１による駆動信号の生成等を制御する。また、主制御回路５９は、タイミングパルスＰＴＳに基づいて、ラッチ信号ＬＡＴ等のタイミング信号を生成して記録ヘッド３のヘッドコントローラー６５に出力する。

ヘッドコントローラー６５は、上記吐出データおよびタイミング信号に基づき駆動信号を選択的に圧電素子３２に印加する。これにより圧電素子３２が駆動されてノズル２４からインクが吐出されたり、インクが吐出されない程度に微振動動作が行われたりする。駆動信号発生回路６１は、記録媒体２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、ヘッドコントローラー６５は、主制御回路５９からの命令に応じて、ノズル２４に連通する流路（具体的には、共通液室２６）内のインクを帯電させるために、所定の電圧を電極５７に印加する。

次に、プリントエンジン５２について説明する。このプリントエンジン５２は、図２に示すように、搬送機構６、キャリッジ移動機構５、リニアエンコーダー１１、ワイパー移動機構５６、キャップ移動機構５４、吸引ポンプ５５、電極５７、及び、記録ヘッド３等を備えている。キャリッジ移動機構５は、タイミングベルト８、このタイミングベルト８を駆動するＤＣモーター等のパルスモーター９等を備えている（図１参照）。そして、キャリッジ移動機構５は、キャリッジ４に搭載された記録ヘッド３を主走査方向に移動させる。また、搬送機構６は、記録媒体２をプラテン１２上に順次送り出し、プラテン１２上の記録媒体２を副走査方向に移送する。さらに、リニアエンコーダー１１は、キャリッジ４に搭載された記録ヘッド３の走査位置に応じたエンコーダーパルスを、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５１に出力する。プリンターコントローラー５１の主制御回路５９は、リニアエンコーダー１１側から受信したエンコーダーパルスに基づいて記録ヘッド３の走査位置（現在位置）を把握することができる。

ワイパー移動機構５６は、クリーニング動作の１つである払拭動作を行う際に、ワイパー１４を非払拭状態（具体的には、ノズル面１６に接触しない下降状態）から払拭状態（具体的には、ノズル面１６に接触する上昇状態）に変換させるモーター等からなる機構である。また、キャップ移動機構５４は、記録ヘッド３を待機状態に移行する際、プリンター１の電源が切られる際、及び、クリーニング動作の１つである吸引動作を行う際に、ホームポジションに位置する記録ヘッド３に対してキャップ１３を待避状態から封止状態に変換させるモーター等からなる機構である。そして、吸引ポンプ５５は、吸引動作において、封止状態に変換されたキャップ１３のノズル封止空間１３ａ内を負圧にして、当該ノズル封止空間１３ａ内に封止されたノズル２４からインクを吸引する。そして、払拭動作、又は、吸引動作において、電極５７は、ヘッドコントローラー６５から所定の電圧が印加されて、ノズル２４に連通する流路（具体的には、共通液室２６）内のインクを帯電させる。また、この電極５７にかかる電圧又は電極５７を流れる電流の情報は、ヘッドコントローラー６５を介して主制御回路５９に送られ、当該主制御回路５９により監視される。そして、主制御回路５９は、電極５７にかかる電圧又は電極５７を流れる電流からノズル２４に連通する流路内に破損している箇所があるか否かを判定する。すなわち、主制御回路５９は、流路内の破損を判定する判定回路として機能する。

次に、記録ヘッド３の内部構成について説明する。図３は、記録ヘッド３の断面図である。図４は、流路基板２９を上方（ヘッドケース１９側）から見た平面図である。記録ヘッド３は、図３に示すように、ノズルプレート２３、流路基板２９、圧電素子３２（アクチュエーターの一種）、封止板３３、及び、コンプライアンス基板３７等が積層された状態で、ヘッドケース１９に取り付けられている。なお、便宜上、各部材の積層方向を上下方向として説明する。

本実施形態におけるヘッドケース１９は、合成樹脂製の箱体状部材である。図３に示すように、ヘッドケース１９の中央部には、ノズル列方向に沿って長尺な空間である挿通空間２０が形成されている。挿通空間２０は、フレキシブル基板３５が挿通される空間であり、ヘッドケース１９を板厚方向に貫通した状態に形成されている。この挿通空間２０は、ヘッドケース１９の下方に接合される封止板３３の接続空間３６と連通する。なお、図示を省略するが、フレキシブル基板３５は、挿通空間２０の上面開口から記録ヘッド３の外側まで延在し、記録ヘッド３の上方に設けられたヘッドコントローラー６５に接続される。また、ヘッドケース１９の内部にはインクが流れる液体導入路２１が形成されている。この液体導入路２１の下端は、後述する共通液室２６と接続されている。本実施形態では、挿通空間２０を間に挟んでノズル列方向に直交する方向の両側に液体導入路２１が形成されている。さらに、ヘッドケース１９の下面のうち共通液室２６に対向する部分には、共通液室２６の上面を区画する封止膜３９（後述）の可撓変形を阻害しない程度のコンプライアンス空間２２が設けられている。

圧電素子３２が積層される流路基板２９は、ノズル列方向に沿って長尺なシリコン製の基板（例えば、シリコン単結晶基板）である。この流路基板２９には、図４に示すように、流路基板２９の長手方向に沿って長尺な連通部２７が２本形成されている。この連通部２７は、それぞれ封止板３３の貫通部４６と連通して共通液室２６を構成する。また、流路基板２９の２つの連通部２７に挟まれた領域には、ノズル列方向に沿って複数の圧力室３０が、並設されている。この圧力室３０の列は、２つの連通部２７に対応して２列に形成されている。各圧力室３０は、圧力室３０よりも狭い幅に形成された供給路２８を介して、連通部２７と連通されている。なお、２列に形成された圧力室３０の列同士は、ノズル２４の配列に対応して、ノズル列方向に、互いに半ピッチずれて配置されている。

流路基板２９の下面（圧電素子３２とは反対側の面）には、ノズルプレート２３が、接着剤等を介して固定されている。このノズルプレート２３は、シリコン製の基板（例えば、シリコン単結晶基板）からなり、圧力室３０に連通するノズル２４が圧力室３０毎に複数穿設されている。すなわち、ノズルプレート２３には、複数のノズル２４（ノズル列という）がノズルプレート２３の長手方向に沿って直線状（換言すると、列状）に開設されている。この並設された複数のノズル２４（ノズル列）は、一端側のノズル２４から他端側のノズル２４までドット形成密度に対応したピッチで等間隔に設けられている。本実施形態では、２列に形成された圧力室３０の列に対応して、ノズル列が２列形成されている。なお、これらのノズル列同士は、ノズル２４の配列方向（すなわち、ノズル列方向）において、互いに半ピッチずれて配置されている。すなわち、一方のノズル列に含まれるノズル２４と他方のノズル列に含まれるノズル２４とは、ノズル列方向に位置をずらして互い違いに配置されている。また、ノズルプレート２３の下面（流路基板２９とは反対側）が、ノズル２４が開口されたノズル面１６となる。

また、ノズル面１６には、ノズル２４から噴射されるインクに対して撥液性を有する撥液膜２５が形成されている。この撥液膜２５は、例えば、フッ素等を含む樹脂からなり、固定板４５が接続される領域以外のノズル面１６の全面に形成されている。このようにノズル面１６に撥液膜２５を設けることで、当該ノズル面１６に開口されたノズル２４内に良好なメニスカスを形成することができる。一方で、このような撥液膜２５は、絶縁性を有するため、帯電し易い。このため、本発明においては、帯電したノズル面１６の電荷を中和或いは除去するように構成されている。この点に関し、詳しくは後述する。

なお、ノズル面１６の外周には、電気的に接地された固定板４５が当接されている。本実施形態における固定板４５は、ステンレス鋼等の導電性を有する板材から作製され、ノズルプレート２３から外れた位置で上方（ヘッドケース１９側）に屈曲されている。また、この固定板４５のノズル面１６と平行な部分には、開口が形成されている。そして、固定板４５は、この開口にノズル２４を露出させた状態でノズル面１６の周縁部に当接されている。これにより、固定板４５とノズルプレート２３とが電気的に導通される。なお、本発明におけるノズル面は、ノズルプレート２３のノズル面１６だけでなく、固定板４５の下面（プラテン１２上の記録媒体２に対向する面）をも含む概念である。すなわち、記録ヘッド３の下面が本発明におけるノズル面に相当する。

流路基板２９の上面（ノズルプレート２３とは反対側の面）には、振動板３１が積層されている。この振動板３１は、例えば、流路基板２９の上面（すなわち、封止板３３側とは反対側の面）に形成された二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）からなる弾性膜と、この弾性膜上に形成された二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）からなる絶縁体膜と、から成る。この振動板３１によって、圧力室３０となるべき空間の上部開口が封止されている。換言すると、振動板３１によって、圧力室３０の上面が区画されている。この振動板３１における圧力室３０（詳しくは、圧力室３０の上部開口）に対応する部分は、圧電素子３２の撓み変形に伴ってノズル２４から遠ざかる方向あるいは近接する方向に変位する変位部として機能する。なお、振動板３１のうち連通部２７に対応する領域は、振動板３１が除去された開口となっている。

振動板３１（詳しくは振動板３１の絶縁膜）の上面（すなわち、振動板３１の流路基板２９側とは反対側の面）における各圧力室３０に対応する領域には、圧電素子３２がそれぞれ積層されている。本実施形態における圧電素子３２は、所謂撓みモードの圧電素子である。この圧電素子３２は、各ノズル２４に対応してノズル列方向に沿って複数並設されている。各圧電素子３２は、例えば、振動板３１上から順に、個別電極となる下電極層、圧電体層及び共通電極となる上電極層が順次積層されてなる。なお、駆動回路や配線の都合によって、下電極層を共通電極、上電極層を個別電極にすることもできる。このように構成された圧電素子３２は、下電極層と上電極層との間に両電極の電位差に応じた電界が付与されると、ノズル２４から遠ざかる方向あるいは近接する方向に撓み変形する。

また、図４に示すように、各圧電素子３２からは、２列に形成された圧力室３０の列間（すなわち、圧電素子３２の列間）における振動板３１上の領域に向けてリード配線４０が延在されている。このリード配線４０の圧電素子３２とは反対側の端部には、フレキシブル基板３５の接続端子（図示せず）と接続される駆動端子４１が設けられている。２列の圧電素子３２の列のうち一側の圧電素子３２の列から延在されたリード配線４０と、他側の圧電素子３２の列から延在されたリード配線４０とは、圧電素子３２の配列に対応して、ノズル列方向に沿って互い違いに配置されている。そして、これらのリード配線４０の端部に形成される駆動端子４１は、両側の圧電素子３２の列の略中央においてノズル列方向に沿って等間隔に配置されている。また、これらの駆動端子４１は、後述する接続空間３６内に露出されている。なお、駆動端子の列を圧電素子の列に対応して２列に形成することもできる。また、この場合、それぞれの駆動端子の列毎にフレキシブル基板を設けても良い。

さらに、図３及び図４に示すように、振動板３１の上面における共通液室２６の周縁には、電極５７が形成されている。すなわち、連通部２７に対応する領域が除去された振動板３１の開口の周縁に電極５７が積層されている。本実施形態においては、共通液室２６が２つ形成されているため、これに対応して電極５７がノズル列方向に直交する方向に離れて２つ形成されている。そして、この電極５７の内側の部分（具体的には、共通液室２６に臨む部分）は、共通液室２６内に露出されている。すなわち、電極５７は、振動板３１と封止板３３との間における共通液室２６の内周面に露出されている。これにより、クリーニング動作の際等において電極５７に電圧が印加されることで、共通液室２６内のインクを帯電させることができる。そして、この帯電されたインクを用いて、ノズル面１６（具体的には、撥液膜２５）の電荷を中和或いは除去することができる。この点に関し、詳しくは後述する。なお、両電極５７は、電極用リード配線４７を介して、両電極５７に共通な電極端子４８に接続されている。本実施形態における電極端子４８は、両電極５７の間において、駆動端子４１の列の並設方向における延長線上に配置されている。そして、この電極端子４８は、フレキシブル基板３５の電極用端子（図示せず）と接続されている。

また、振動板３１の上面には、圧電素子３２に対向する領域にその変位を阻害しない程度の大きさの圧電素子収容空間３４を有する封止板３３が接合されている。圧電素子収容空間３４は、２列に形成された圧電素子３２の列に対応して、２列に形成されている。この２つの圧電素子収容空間３４の間には、封止板３３が板厚方向に除去された接続空間３６が形成されている。接続空間３６は挿通空間２０と連通し、その内部には挿通空間２０に挿通されたフレキシブル基板３５の端部が配置される。そして、フレキシブル基板３５の端部は、この接続空間３６内に露出した振動板３１上の各端子４１、４８と接続されている。さらに、封止板３３の連通部２７に対応する位置には、厚さ方向に貫通したノズル列方向に沿って長尺な貫通部４６が設けられている。本実施形態における貫通部４６は、２つの連通部２７に対応して２つ設けられている。この貫通部４６は、連通部２７と連通して、共通液室２６を構成する。すなわち、貫通部４６は共通液室２６の上部を構成する空間である。

連通部２７の上面を封止して共通液室２６を区画するコンプライアンス基板３７は、可撓性を有する封止膜３９と金属等の硬質な部材からなる固定基板３８とが積層された基板である。本実施形態におけるコンプライアンス基板３７は、封止膜３９を下方（すなわち、封止板３３側）に配置した状態で、封止板３３の上面に接合されている。このコンプライアンス基板３７の挿通空間２０に対応する位置には、挿通空間２０と接続空間３６とを連通させる開口が厚さ方向に貫通した状態に形成されている。また、コンプライアンス基板３７の液体導入路２１に対応する位置にも、液体導入路２１と共通液室２６とを連通させる開口が厚さ方向に貫通した状態に形成されている。さらに、コンプライアンス基板３７の共通液室２６に対向する領域のうち液体導入路２１と共通液室２６とを連通させる開口以外の領域は、固定基板３８が除去された封止膜３９のみからなる封止部４３となっている。この封止部４３は、共通液室２６内のインクの圧力変動を吸収するコンプライアンス部として機能する。

そして、上記のように形成された記録ヘッド３は、インクカートリッジ７からインクを導入することで、液体導入路２１からノズル２４に至るまでの流路（本発明における流路に相当）をインクで満たす。この状態で、ヘッドコントローラー６５が、主制御回路５９から送られる吐出データおよびタイミング信号に基づき駆動信号を圧電素子３２に供給すると、圧電素子３２はその駆動信号に応じて変形し、圧力室３０の容積を変化させる。この容積の変化に伴う圧力変動を利用することで、圧力室３０に連通するノズル２４はインクを噴射する。

ところで、上記したように、記録ヘッド３のノズル面１６は、絶縁性を有する撥液膜２５が形成されているため、帯電し易くなっている。具体的には、ノズル面１６上の撥液膜２５に付着したインクが当該撥液膜２５上を移動することにより、撥液膜２５はマイナスに帯電される。このような帯電現象は、流動帯電と呼ばれ、ノズル面１６をワイパー１４で払拭する払拭動作時やノズル面１６にキャップ１３を当接する吸引動作時に起こり易いが、これらの動作時以外でも起こり得る。例えば、インクの噴射に伴って発生するミストや、記録ヘッド３の使用環境等により発生する結露等がノズル面１６に付着し、これらが記録媒体２の搬送に伴って発生する気流等の影響を受けて移動することで生じる。このため、本発明においては、クリーニング動作、より具体的には、吸引動作又は払拭動作、或いは、吸引動作と払拭動作の両方の動作を連続して行う際に、帯電したノズル面１６の電荷を中和或いは除去するように構成されている。このノズル面１６の電荷を中和或いは除去する動作について、以下に説明する。

図５及び図６は、ノズル面１６の電荷を中和或いは除去する払拭動作を模式的に表した図である。払拭動作は、例えば記録媒体２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行われる。まず、記録ヘッド３をホームポジション側に向けて移動させ、ワイパー１４が当接可能な位置まで移動させる。この際、電極５７には、主制御回路５９からの命令に応じて、ヘッドコントローラー６５からノズル面１６とは異なる極性（具体的には、プラス）の電圧が印加される。これにより、共通液室２６内を含む記録ヘッド３の流路内のインクがプラスに帯電される。なお、電極５７に印加される電圧は、インクの帯電量の絶対値が流動帯電による帯電量の絶対値よりも大きくなるように設定されている。すなわち、ノズル面１６の帯電を抑制できる電圧に設定されている。次に、ノズル２４からインクが噴射されない程度に圧電素子３２を駆動させる。これにより、図５に示すように、ノズル２４から帯電されたインクＩｎが溢れた状態となる。すなわち、帯電されたインクＩｎの一部がノズル面１６よりも下方に溢れ出た状態となる。

そして、この状態でワイパー１４によりノズル面１６を払拭させる。詳しくは、ワイパー移動機構５６を駆動させて、ワイパー１４を記録ヘッド３のノズル面１６に当接可能な位置まで移動させる。すなわち、ワイパー１４を払拭状態に変換させる。ワイパー１４が払拭状態に変換されたならば、キャリッジ移動機構５を駆動させて、キャリッジ４を主走査方向に移動させる。これにより、ワイパー１４がノズル面１６に当接すると共に、キャリッジ４の移動に伴って、ワイパー１４がノズル面１６に対して相対的に移動してノズル面１６を払拭する。この際、ノズル２４から帯電されたインクＩｎが溢れているため、図６に示すように、ワイパー１４がノズル２４を通過すると、この帯電されたインクＩｎは、ワイパー１４の先端の幅方向に広がって当該ワイパー１４に捕獲されつつノズル面１６を移動する。すなわち、ワイパー１４によるノズル面１６の払拭により、帯電されたインクＩｎがノズル面１６上（具体的には、撥液膜２５上）に広がる。要するに、払拭動作においては、このワイパー１４が、帯電されたインクＩｎを撥液膜２５上に広げる拡散機構となる。ここで、ノズル面１６のマイナスの電荷は、プラスに帯電されたインクＩｎに引き寄せられる。すなわち、ノズル面１６の電荷は、ノズル面１６に広がったインクＩｎに引き寄せられて、ワイパー１４の払拭により当該インクＩｎと共にノズル面１６から除去される。また、インクＩｎが完全に除去されずにノズル面１６に残ったとしても、このインクＩｎはプラスに帯電されているため、マイナスに帯電されたノズル面１６を中和する。いずれにしても、ノズル面１６が帯電した状態を緩和することができる。そして、ワイパー１４によりノズル面１６が１回又は複数回払拭されたならば、電極５７への電圧の印加を解除し、ワイパー１４を非払拭状態に変換させて払拭動作を終了する。

このように、本実施形態においては、払拭動作において、ノズル面１６が帯電した状態を緩和することができ、ノズル面１６と記録媒体２との間の電界強度を弱めることができる。その結果、ノズル２４から噴射されたインクＩｎを記録媒体２に着弾させ易くすることができる。そして、本実施形態では、払拭動作により帯電されたインクＩｎをノズル面１６上に広げたので、ノズル面１６に付着した紙粉等の異物を除去しつつ、ノズル面１６が帯電した状態を緩和する（或いは、無くす）ことができる。なお、記録動作時においてインクを噴射する際には、電極５７への電圧の印加は行われず、噴射されるインクは帯電されない。

また、図７〜図９は、ノズル面１６の電荷を中和する吸引動作を模式的に表した図である。吸引動作は、例えば記録媒体２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行われる。まず、記録ヘッド３をホームポジションまで移動させると共に、キャップ移動機構５４を駆動させて、キャップ１３を記録ヘッド３のノズル面１６に当接させる。すなわち、図７に示すように、キャップ１３を封止状態に変換させる。これにより、ノズル２４がキャップ１３により封止された状態となる。この際、上記の払拭動作と同様に、電極５７にノズル面１６とは異なる極性（具体的には、プラス）の電圧が印加される。これにより、共通液室２６内を含む記録ヘッド３の流路内のインクがプラスに帯電される。次に、吸引ポンプ５５を駆動させて、ノズル封止空間１３ａ内を負圧にさせる。その結果、図８に示すように、帯電されたインクＩｎがノズル２４から強制的に排出（或いは吸引）され、キャップ１３のノズル封止空間１３ａ内に溜まる。この際、ノズル２４から排出されたインクＩｎの一部が飛沫となってノズル面１６に付着したり、ノズル２４の縁からノズル面１６に漏れたりして、ノズル面１６に帯電されたインクＩｎが広がる。或いは、一旦ノズル封止空間１３ａ内をインクＩｎで満たすことで、ノズル面１６に帯電されたインクＩｎを広げても良い。

その後、ノズル封止空間１３ａ内に溜まったインクＩｎを吸引ポンプ５５側に排出した後、キャップ移動機構５４を駆動させて、ノズル面１６からキャップ１３を離隔させる。すなわち、キャップ１３を待避状態に変換させる。これとともに、電極５７への電圧の印加を解除して、吸引動作を終了する。これにより、図９に示すように、ノズル面１６に帯電されたインクＩｎが広がった状態となる。要するに、吸引動作においては、キャップ１３及び吸引ポンプ５５が、帯電されたインクＩｎを撥液膜２５上に広げる拡散機構となる。そして、この状態においては、マイナスに帯電されたノズル面１６がプラスに帯電されたインクＩｎにより中和される。すなわち、ノズル面１６が帯電した状態を緩和する（或いは、無くす）ことができる。そして、このように、帯電されたインクＩｎが撥液膜２５上に広がった状態、すなわちノズル面１６の電荷が中和された状態で、インクＩｎを噴射すれば、ノズル面１６と記録媒体２との間の電界強度が弱まっているため、ノズル２４から噴射されたインクＩｎを記録媒体２に着弾させ易くすることができる。そして、本実施形態では、吸引動作により帯電されたインクＩｎをノズル面１６上に広げたので、ノズル２４や記録ヘッド３の流路内の増粘したインクＩｎ、異物、気泡等を除去しつつ、ノズル面１６が帯電した状態を緩和する（或いは、無くす）ことができる。なお、このような吸引動作の後に払拭動作を行っても良い。払拭動作を行う場合は、帯電されたインクＩｎと共に、ノズル面１６の電荷が除去される。

このように、帯電された撥液膜２５の極性とは異なる極性の電圧を電極５７に印加し、撥液膜２５の極性とは異なる極性のインクＩｎを撥液膜２５上に広げたので、ノズル面１６（具体的には、撥液膜２５）が帯電した状態を緩和することができる。その結果、ノズル面１６と記録媒体２との間の電界強度を弱めることができ、ノズル２４から噴射されたインクＩｎを記録媒体２に着弾させ易くすることができる。また、プリンター１の筐体内を浮遊するゴミなどの異物がノズル面１６に付着することも抑制できる。さらに、本実施形態においては、クリーニング動作として、払拭動作、吸引動作、或いは、吸引動作の後に払拭動作を行う一連の動作を行う際に、帯電されたインクＩｎを撥液膜２５上に広げたので、帯電されたインクＩｎを撥液膜２５上に広げる動作をクリーニング動作とは別に行う場合と比べて、効率が良い。このため、記録動作以外の動作時間、すなわち、記録動作に移るまでの待機時間を短縮できる。なお、クリーニング動作には、払拭動作や吸引動作等の後に行われるフラッシング動作も含まれる。

ところで、上記した第１の実施形態では、撥液膜２５は、固定板４５が接続される領域以外のノズル面１６の全面に形成されたが、これには限られない。図１０に示す第２の実施形態においては、ノズル２４が形成された第１の領域７１よりも外側の第２の領域７２の撥液膜２５′が除去されている。なお、図１０は、第２の実施形態におけるノズルプレート２３（より詳しくは、固定板４５の開口に露出したノズルプレート２３）の底面図、すなわちノズル面１６′の下面図である。また、図１０においてはハッチングで示す領域が第２の領域７２である。

具体的には、図１０に示すように、第１の領域７１は、ノズル２４が開口された領域、すなわち、２つのノズル列が形成されたノズル面１６′の長手方向に沿って長尺な領域である。この領域には、撥液膜２５′が形成されている。一方、この領域の外側に形成される第２の領域７２は、撥液膜２５′が形成されず、第１の領域７１よりもインクに対する撥液性が低くなっている。そして、このような構成において、払拭動作を行えば、ノズル２４から溢れたインクが第１の領域７１から第２の領域７２に移動し易くなる。すなわち、ワイパー１４により、第１の領域７１と第２の領域７２とに亘って帯電されたインクが広げられる。また、吸引動作においても、ノズル２４からのインクの吸引により第１の領域７１に付着したインクが第２の領域７２に移動し易くなる。すなわち、キャップ１３及び吸引ポンプ５５により、第１の領域７１と第２の領域７２とに亘って帯電されたインクが広げられる。

このように、本実施形態においては、第１の領域７１に付着したインクが第２の領域７２に移動し易いため、帯電したインクを効率良くノズル面１６′に広げることができる。その結果、撥液膜２５′の全面に亘って帯電した状態を緩和し易くなる。また、撥液膜２５′が形成される第１の領域７１にノズル２４が設けられるため、ノズル２４内に良好なメニスカスを形成できる。なお、本実施形態においては、第２の領域７２の撥液膜２５′が除去されたが、これには限られない。第２の領域７２は、第１の領域７１よりもインクに対する撥液性が低ければ良い。例えば、第１の領域７１に形成された撥液膜よりもインクに対する撥液性が低い膜が第２の領域７２に形成さる構成を採用することもできる。なお、その他の構成は上記した第１の実施形態と同じであるため説明を省略する。

また、以上においては、拡散機構として、キャップ１３及び吸引ポンプ５５、又は、樹脂からなるワイパー１４を例示したが、これには限られない。ノズル面１６に帯電されたインクを拡散できればどのような構成であっても良い。例えば、ノズル面に風を送る送風機や布からなるワイパーを拡散機構として用いて、ノズルから溢れたインク（或いはノズル面に付着したインク）を拡散させても良い。また、送風機のように、クリーニング動作に使用されないものを拡散機構として用いる場合、クリーニング動作とは別の動作でノズル面が帯電した状態を緩和する。さらに、本実施形態における電極５７は、流路内の破損を判定する電極として用いることができる。例えば、主制御回路５９の命令に応じて圧電素子３２に電圧を印加しつつ、電極５７にかかる電圧又は電極５７を流れる電流を監視する。そして、振動板３１にクラックがある場合には、圧電素子３２からインクを介して電流が流れるため、電極５７にかかる電圧又は電極５７を流れる電流が変化する。この変化から、主制御回路５９は、振動板３１にクラックがあるか否かを判定する。なお、振動板３１にクラックがあると判定したならば、報知機構によりその旨を報知するように構成しても良い。例えば、プリンター１に設けられた画面にその旨を表示したり、ＬＥＤ等のランプを点滅させたり、或いは警告音を発したりして、報知する。

また、以上においては、記録ヘッド３のノズル面１６に固定板４５が取り付けられた構成を例示したが、これには限られない。固定板４５が設けられず、ノズル面が記録ヘッドの最下面となる構成を採用することもできる。この場合、ノズル面のみが本発明におけるノズル面に相当する。さらに、液体噴射ヘッドとして、記録媒体の搬送方向と直交する方向（主走査方向）に走査（往復移動）しつつインクの噴射を行う所謂シリアルヘッドを例示したがこれには限られない。インクの噴射を行う単位ヘッドを記録媒体の幅方向に複数並べた液体噴射ヘッド（所謂ラインヘッド）にも本発明を適用することもできる。

そして、以上においては、液体噴射装置としてインクジェット式記録ヘッド３を備えたプリンター１を例に挙げて説明したが、本発明は、その他の液体噴射装置にも適用することができる。例えば、液晶ディスプレイ等のカラーフィルターの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等の電極形成に用いられる電極材噴射ヘッド、バイオチップ（生物化学素子）の製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を備えた液体噴射装置にも本発明を適用することができる。そして、ディスプレイ製造装置用の色材噴射ヘッドでは液体の一種として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体の一種として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液体の一種として生体有機物の溶液を噴射する。

１…プリンター，２…記録媒体，３…記録ヘッド，４…キャリッジ，５…キャリッジ移動機構，６…搬送機構，７…インクカートリッジ，８…タイミングベルト，９…パルスモーター，１０…ガイドロッド，１１…リニアエンコーダー，１２…プラテン，１３…キャップ，１３ａ…ノズル封止空間，１４…ワイパー，１５…フラッシングボックス，１６…ノズル面，１９…ヘッドケース，２０…挿通空間，２１…液体導入路，２２…コンプライアンス空間，２３…ノズルプレート，２４…ノズル，２５…撥液膜，２６…共通液室，２７…連通部，２８…供給路，２９…流路基板，３０…圧力室，３１…振動板，３２…圧電素子，３３…封止板，３４…圧電素子収容空間，３５…フレキシブル基板，３６…接続空間，３７…コンプライアンス基板，３８…固定基板，３９…封止膜，４０…リード配線，４１…駆動端子，４３…封止部，４５…固定板，４６…貫通部，４７…電極用リード配線，４８…電極端子，５０…外部装置，５１…プリンターコントローラー，５２…プリントエンジン，５４…キャップ移動機構，５５…吸引ポンプ，５６…ワイパー移動機構，５７…電極，５８…インターフェース部，５９…主制御回路，６０…記憶部，６１…駆動信号発生回路，６５…ヘッドコントローラー，７１…第１の領域，７２…第２の領域，９１…記録媒体，９２…液体噴射ヘッド，９３…ノズル面，９４…ノズル

Claims (6)

1. 液体が噴射されるノズルが開口され、前記液体に対して撥液性を有する撥液膜が設けられたノズル面、及び、前記ノズルに連通する流路を備えた液体噴射ヘッドと、
   電圧が印加されて前記流路内の液体を帯電させる電極と、
   前記電極により帯電された液体を前記撥液膜上に広げる拡散機構と、
   を備えたことを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記ノズル又は前記ノズル面を清掃するクリーニング動作を実行可能であり、
   前記クリーニング動作を行う際に、帯電された液体を前記拡散機構により前記撥液膜上に広げることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記クリーニング動作は、前記ノズル面を払拭する払拭動作を含み、
   前記拡散機構は、前記払拭動作の際に、前記ノズル面を払拭するワイパーを備え、
   前記ノズルから前記ノズル面よりも下方に液体を溢れさせた状態で前記ワイパーにより前記ノズル面を払拭させることで、帯電された液体を前記撥液膜上に広げることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射装置。
4. 前記クリーニング動作は、前記ノズルから液体を吸引する吸引動作を含み、
   前記拡散機構は、前記吸引動作の際に、前記ノズルを前記ノズル面側から封止するキャップ及び前記キャップに封止された前記ノズルから液体を吸引する吸引ポンプを備え、
   前記キャップにより前記ノズルが封止された状態で前記吸引ポンプにより前記ノズルから帯電した液体を吸引させることで排出された当該液体を前記撥液膜上に付着させることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射装置。
5. 前記ノズル面は、前記ノズルが開口された第１の領域と、前記第１の領域よりも撥液性が低い第２の領域と、を有し、
   前記拡散機構は、前記第１の領域と前記第２の領域とに亘って帯電された液体を広げ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. 帯電された液体が前記撥液膜上に広がった状態で、ノズルから液体の噴射を行う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。
   
   

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