JP2018202718A - 液体吐出ヘッド、液体吐出ヘッドのクリーニング方法および液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体吐出ヘッドにおいて、コゲーションを起こさず安定した吐出動作を維持する。
【解決手段】液体吐出ヘッドはその液室１１７内に、発熱抵抗体１０３を被覆して配された第１の電極１３１と、第１の電極１３１とは異なる位置に配された第２の電極１３２および第３の電極１３３を備える。発熱抵抗体１０３が駆動される時は、第１の電極１３１は液体の所定の成分と同じ極性を有し第２の電極１３２は反対の極性を有するように、第１の電極１３１と第２の電極１３２の間に電圧が印加される。一方、発熱抵抗体１０３が駆動されない時に、第２の電極１３２は所定の成分と同じ極性を有し第３の電極１３３は反対の極性を有するように、第２の電極１３２と第３１３３の電極の間に電圧が印加される。
【選択図】図７

Description

本発明は、液体吐出ヘッドとそのクリーニング方法、および液体吐出ヘッドを使用する液体吐出装置に関する。

発熱抵抗体に電圧を印加して液体中に膜沸騰を生じさせ、泡の成長エネルギによって液体を吐出する方式の液体吐出ヘッドでは、色材などを含有した液体（インク）を吐出する場合に、コゲーションが問題となる場合がある。コゲーションとは、発熱抵抗体が発生する熱によって、熱溶解性のインク成分が分解したり変性したりして、発熱抵抗体の表面に付着する現象を示す。このようなコゲーションは、発熱抵抗体の熱伝導性を劣化させ、発泡ひいては吐出動作を不安定にする要因となる。

特許文献１には、インクコロイド粒子の表面電荷と同じ極性を有する電極と、これとは反対の極性を有する対向電極を液室内に設けることにより、インク成分のコゲーションを抑制する方法が開示されている。特許文献１によれば、インクコロイド粒子の表面電荷と同じ極性を有する電極を発熱抵抗素子の上層に設け、反対の極性を有する対向電極を離れた位置に設けることにより、インクコロイド粒子を発熱抵抗層より遊離させている。

特開２００９−５１１４６号公報

特許文献１のように、コロイド粒子と反対の極性を有する上部電極とコロイド粒子と同じ極性を有する対向電極を配する場合、対向電極の側にコロイド粒子が付着してしまう懸念が生じる。特許文献１には、このような懸念を解消するために、コロイド粒子と同じ極性を有し且つコロイド粒子よりも小さい分子をインク中に含有させたり、発熱抵抗体の上層に設けた上部電極と対向電極の電位の方向を適宜切り替えたりする方法が開示されている。

しかしながら、コロイド粒子よりも小さい分子をインクに含有させる場合、コロイド粒子は付着しにくいものの、多数の小さな分子が対向電極に引き寄せられることになる。結果、対向電極が電極として機能できる面積が縮小し、所望の効果が得られなくなるおそれが生じる。また、上部電極と対向電極の電位の方向を適宜切り替える場合は、上部電極とインクとの間で陽極酸化反応が起こり、材料によっては上部電極が溶出し液体吐出ヘッドの短命化を招くおそれが生じる。すなわち、特許文献１を採用した場合であっても、コゲーションを起こさず安定した吐出動作を長期間維持することは困難な状況であった。

本発明は上記問題点を解消するためになされたものである。よってその目的とするところは、コゲーションを起こさず安定した吐出動作を維持することが可能な液体吐出ヘッドを実現することである。

そのために本発明は、液体を収容する液室内に、液体を吐出するための熱エネルギを発生する発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体を被覆して配された第１の電極と、前記第１の電極とは異なる位置に配された第２の電極と、前記第１の電極および前記第２の電極とは異なる位置に配された第３の電極と、を備え、前記発熱抵抗体が駆動される時は、前記第１の電極は前記液体が含有する所定の成分と同じ極性を有し前記第２の電極は前記所定の成分と反対の極性を有するように、前記第１の電極と前記第２の電極の間に電圧が印加され、前記発熱抵抗体が駆動されない時に、前記第２の電極は前記所定の成分と同じ極性を有し前記第３の電極は前記所定の成分と反対の極性を有するように、前記第２の電極と前記第３の電極の間に電圧が印加されることを特徴とする。

本発明によれば、液体吐出ヘッドにおいて、コゲーションを起こさず安定した吐出動作を維持することが可能となる。

インクジェット記録装置の概略構成図である。 ヘッドユニットの外観斜視図である。 記録装置における制御系の構成を示すブロック図である。 吐出ヘッドの部分破断斜視図である。 ヘッド用基板の詳細な構造を説明するための断面図である。 ヘッド用基板における配線のレイアウト図である。 上部電極、対向電極および第３の電極における回路構成図である。 印刷コマンドが入力された際の処理を説明するフローチャートである。 ヘッド用基板における配線のレイアウト図の別例である。

（インクジェット記録装置の概要）
図１は本発明の液体吐出装置として使用可能なインクジェット記録装置５００（以下、単に記録装置とも言う）の概略構成図である。シアン、マゼンタ、イエローおよびブラックのインクをそれぞれ吐出する４つのヘッドユニット４１０が装着されるキャリッジ５０５は、駆動プーリ５０３Ａと従動プーリ５０３Ｂの周囲に架け渡された無端ベルト５０１の一部に取り付けられている。キャリッジモータ５０４を駆動源とする駆動プーリ５０３Ａが回転すると、無端ベルト５０１が駆動プーリ５０３Ａと従動プーリ５０３Ｂの周囲を回動し、キャリッジ５０５はガイドシャフト５０２に案内支持されながら図のＡ方向に往復移動する。

キャリッジ５０５にはエンコーダセンサ５０８が取り付けられており、Ａ方向に延在するリニアスケール５０７のスリットを検出する。記録装置５００の制御部は、エンコーダセンサ５０８がリニアスケール５０７を検出した結果に基づいて、Ａ方向におけるキャリッジ５０５の位置を認識することができる。

記録媒体Ｐは、上流側の搬送ローラ対５１０と下流側の搬送ローラ対５１１にニップされ、ヘッドユニット４１０の吐出口面に対向する位置の平滑性が維持されている。上流側の搬送ローラ対５１０と下流側の搬送ローラ対５１１は、図１では不図示の搬送モータ５０９によって回転し、記録媒体をＢ方向に搬送する。

このような構成のもと、記録装置５００の制御部は、キャリッジモータ５０４を駆動させながら、エンコーダセンサ５０８の検出結果に基づいて、吐出データに従ってヘッドユニット４１０より記録媒体Ｐに向けてインクを吐出する。これにより、１バンド分の画像が記録媒体Ｐに形成される。その後、制御部は搬送モータを駆動し、１バンド分に相当する距離だけ記録媒体ＰをＢ方向に搬送する。以上のような記録主走査と搬送動作を交互に繰り返すことにより、記録媒体Ｐに段階的に画像が形成されて行く。

記録装置５００においてＡ方向の端部に位置するホームポジションには、ヘッドユニット４１０に配された液体吐出ヘッドのメンテナンスを行うための回復ユニット５１２が配備されている。回復ユニット５１２には、液体吐出ヘッドの吐出口面を保護するためのキャップ部材５１３や、キャップ部材内を負圧にして吐出口より強制的にインクを排出させるための吸引ポンプ５１４等が配されている。

図２は、１色分のヘッドユニット４１０の外観斜視図である。ヘッドユニット４１０は、内部に液体を収容するタンク４０４に、当該液体を吐出するための液体吐出ヘッド１（以下、単に吐出ヘッドと言う）が取り付けられて構成されている。ヘッドユニット４１０の一部周囲には、吐出ヘッド１に吐出データや電力を供給するための配線テープ４０２が配されている。また、配線テープ４０２には、ヘッドユニット４１０をキャリッジ５０５に装着したときに記録装置５００の本体と電気的に接続するための接点４０３が形成されている。

なお、以上では、吐出ヘッド１とタンク４０４とが一体型となったヘッドユニット４１０を例示したが、吐出ヘッド１とタンク４０４とは分離されていてもよい。この場合、吐出ヘッド１のみがキャリッジ５０５に搭載され、記録装置内のいずれかの位置に固定されたタンクより、チューブなどを介して吐出ヘッド１に液体を供給してもよい。この場合、吐出ヘッド１自体は、４色のインクに対応した１チップとすることもできる。更に、対応可能なインクの種類や数も上記に限定されるものではなく、１色のみであっても良いし、更に多くの種類のインクを備える形態であってもよい。

図３はインクジェット記録装置５００における制御系の構成を示すブロック図である。インターフェース１７００は、記録装置５００と外部に接続されたホスト装置１０００との間で、情報の授受を行う。具体的には、ホスト装置１０００より印刷コマンドや画像データを受信したり、記録装置のステータス情報をホスト装置１０００に提供したりする。ホスト装置１０００としては、コンピュータのほか、デジタルカメラやスキャナ、携帯端末とすることもできる。ホスト装置１０００でプリントコマンドが発生すると、当該コマンドが画像データと共に、インターフェース１７００を介して記録装置５００に入力される。

制御部９０はＭＰＵ１７０１、ＲＯＭ１７０２、ＤＲＡＭ１７０３、ＥＥＰＲＯＭ１７２６およびゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）１７０４を有し、装置全体を制御している。ＥＥＰＲＯＭ１７２６は、電源がＯＦＦにされた状態でも、次に電源がＯＮになった時に記録装置５００に必要な情報を記録しておくためのメモリである。ゲートアレイ１７０４は、ＭＰＵ１７０１の指示のもと、インターフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＤＲＡＭ１７０３、インターフェース１７００の間でデータ転送制御を行う。

ＭＰＵ１７０１は、ＲＯＭ１７０２に格納されているプログラムやパラメータに従って、ＤＲＡＭ１７０３をワークエリアとしながら、様々な制御を行う。例えば、ＭＰＵ１７０１は、ＣＲモータドライバ１７０７を介してキャリッジモータ５０４を駆動することにより、キャリッジ５０５をＡ方向に移動させる。この際、ヘッドドライバ１７０５を介して、ＤＲＡＭ１７０３より吐出データを転送し、吐出ヘッド１を駆動することにより、記録媒体Ｐに１行分の画像が記録される。また、ＭＰＵ１７０１は、１行分の記録主走査が行われるたびにＬＦモータドライバ１７１０を介して搬送モータ５０９を駆動し、記録媒体Ｐを所定の距離だけＢ方向に搬送する。このような記録主走査と搬送動作を交互に繰り返すことにより、ホスト装置から受信した画像データを、記録媒体Ｐに形成する。

１ページ分の記録動作が終了した後などの適宜なタイミングで、ＭＰＵ１７０１は、回復モータドライバ１７０６を介して回復系モータ１７１１を駆動し、吐出ヘッド１に体する吸引回復処理を実行する。

更に、ＭＰＵ１７０１は、電界調整器１７０９を介して、吐出ヘッド１内に配備された第１の電極１３１、第２の電極１３２、および第３の電極の電位調整を行う。検出装置１７０８は、これら電極の間に流れる電流値を検出し、検出結果を制御部９０に提供する。第１〜第３の電極１３１、１３２、１３３および電界調整器１７０９については後に詳しく説明する。

ＲＯＭ１７０２には、以上説明したような様々な制御を行うためにＭＰＵ１７０１が使用する様々なパラメータが記憶されている。例えば、吐出ヘッド１の発熱抵抗素子に印加する電圧パルスの形状、第１〜第３の電極１３１〜１３３に印加する電圧や印加するタイミング、記録媒体Ｐの搬送速度、キャリッジ５０５の走査速度等を挙げることができる。

（吐出ヘッドの構成）
図４は、吐出ヘッド１の部分破断斜視図である。吐出ヘッド１は、主にヘッド用基板１００と流路形成部材１２０で構成されている。ヘッド用基板１００には、背面（−Ｚ方向側）から供給されたインクを流路形成部材１２０に供給する貫通口としての供給口１０７が形成され、本実施形態において供給口１０７は長手方向（Ｙ方向）に延在している。供給口１０７の両側には、インクを吐出する熱エネルギを生成するための熱作用部１０８が所定のピッチでＹ方向に配列している。

流路形成部材１２０において、ヘッド用基板１００の個々の熱作用部１０８に対応する部分には、インクを吐出するための吐出口１２１が形成されている。また、流路形成部材１２０には、供給口１０７から供給されたインクを個々の吐出口まで導く流路となる液室１１７も形成されている。

このような構成のもと、供給口１０７から供給されたインクは、毛管力によって個々の液室１１７に導かれ、吐出口１２１の近傍でメニスカスを形成する。そして、吐出データに従って、発熱抵抗体に電圧パルスが印加されると、熱作用部１０８が急激に発熱し、これに接触するインク内に膜沸騰は起こり、所定量のインクが吐出口１２１より吐出される。
図５は、ヘッド用基板１００の詳細な構造を説明するための断面図である。ヘッド用基板１００は、シリコン基板１０１の上にＳｉＯ２、ＳｉＮなどの絶縁材料からなる蓄熱層１０２が配され、蓄熱層１０２の表面の一部には、ＴａＳｉＮ等公知の材料で構成される発熱抵抗体層１０３が設けられている。また、発熱抵抗体層１０３の表面一部には、Ａｌ、Ａｌ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｃｕ等の金属材料からなる配線層１０４が形成されている。

発熱抵抗体層１０３と配線層１０４で構成される層に電圧が印加されると、配線層１０４が存在する領域は配線層１０４に沿って電流が流れる。しかし、配線層１０４が存在しない領域は発熱抵抗体層１０３に電流が流れ、その領域が熱作用部１０８（いわゆる発熱抵抗体）として機能する。

本実施形態のヘッド用基板１００では、発熱抵抗体層１０３と配線層１０４で構成される層であっても、熱作用部１０８が含まれる領域と、熱作用部１０８とは電気的に分離された領域が存在する。熱作用部１０８が含まれる領域は、吐出データに従った吐出動作のための配線として使用される。一方、熱作用部１０８が含まれない領域は、第１〜第３の電極に電圧を印加するための配線として使用される。

発熱抵抗体層１０３と配線層１０４が配された領域を含む蓄熱層１０２の更に上層には、ＳｉＯ２、ＳｉＮなどの絶縁材料からなる保護層１０５が形成される。吐出ヘッド１の実使用において、ヘッド用基板１００の表面は液室１１７内を流れるインクが接触することになるが、保護層１０５が配されることにより、発熱抵抗体層１０３や配線層１０４はインク中に露出せず、発生した熱のみがインク内に伝達される。但し、ヘッド用基板１００の端部であって、流路形成部材１２０が積層されない領域には、保護層１０５を配さない配線層が露出されたスルーホールが形成され、配線層１０４に電流を流すための端子１０６となる。保護層１０５の材質は上記に限るものではないが、７００℃付近まで昇温しかつインクに接する為、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膜特性が要求される。

保護層１０５の表面の一部には、保護層１０５と電極層の密着性を向上させるための密着層１１６が配される。密着層１１６は、第１の電極となる上部電極１３１、第２の電極となる対向電極１３２、第３の電極１３３（図５では不図示）がそれぞれ層として配される領域の保護層１０５上に積層される。また、密着層１１６は、電極層に電圧を印加するための配線経路の一部ともなり、保護層１０５に形成されたスルーホール１１０にて配線層と電気的に接続する。

このような密着層１１６については、熱作用部１０８で発生する熱をできる限り損失無くインクに伝達可能な高い熱伝導性が求められる導電性材料であれば、特に限定されるものではない。しかし、部分的に液室内の液体と接触する場合には、耐液性を有する材料であることが好ましい。例えば、タンタルやニオブなどの金属材料であれば、後述するクリーニングでインク中に高い電圧がかけられても、表面に不動態膜を形成することができ、好ましく利用することができる。

次に、本実施形態における３種類の電極について説明する。第１の電極である上部電極１３１は、熱作用部１０８の上位を被覆するように積層される電極である。本実施形態においては、主にインク中の陰イオンを寄せ付けないために、負の電極として機能する。その上で、上部電極１３１には、熱作用部１０８を物理的および化学的衝撃から保護する役割と、熱作用部１０８で発生する熱を瞬時にインクに伝達する熱伝導性が求められ、７００℃程度の加熱により強固な酸化膜を形成しない材料であることが求められる。このような上部電極１３１の材料としては、ＩｒまたはＲｕの単体、あるいはＩｒと他の金属との合金もしくはＲｕと他の金属との合金などが挙げられる。

第２の電極となる対向電極１３２は、インク中の陰イオンを上部電極１３１から遠ざけるために、記録動作中に正の電極として機能する電極である。対向電極１３２においては、上部電極１３１や第３の電極１３３との間の電界を安定に維持するため、導電率が低い酸化膜が形成され難く、電気化学反応によって溶出が起こり難い金属を含む材料であることが好ましい。

第３の電極１３３（図５では不図示）は、対向電極１３２をクリーニングする際に用いる電極である。対向電極１３２のクリーニングとは、陽極であった対向電極１３２を陰極に切替え、引き寄せられ付着していた陰イオンや表面に電荷を有するコロイド粒子を遊離させることを意味する。本実施形態では、このような電極クリーニングを行う際の陽極として第３の電極１３３を用意する。電極クリーニングを行うことにより、対向電極１３２の電極としての機能を維持し、記録動作中の上部電極１３１と対向電極１３２との間の電界を正常に維持することができる。

なお、対向電極１３２より陰イオンやコロイド粒子を引き離すだけであれば、特許文献１のように上部電極１３１と対向電極１３２の極性を逆転させるだけでも良い。しかし、上部電極１３１を陽極とすると上部電極１３１が陽極酸化反応によって溶出してしまうおそれが生じる。熱作用部１０８におけるコゲーションの抑制を前提とした上での対向電極１３２のクリーニングであることを鑑みれば、対向電極１３２より陰イオンやコロイド粒子を引き離すために第３の電極１３３を用意することは有意義である。

第３の電極１３３の材料は、液体に接しても電気的に安定な材料であれば特に制限されるものではない。上部電極１３１と同じ金属材料を用いることもできるし異なる金属材料とすることもできる。第３の電極１３３についても、上部電極１３１と同様、陽極酸化反応により電極自体が溶出するという懸念は生じる。しかし、第３の電極１３３の膜厚がクリーニング回数を重ねるにつれ徐々に減少したとしても、本来の機能が損なわれない限りにおいて、問題は生じない。

図６は、本実施形態のヘッド用基板１００における配線のレイアウト図である。複数の熱作用部１０８は、Ｙ方向に延在するインク供給口１０７の両側に配列されており、これら複数の熱作用部１０８を片側ずつカバーする状態で密着層１１６ａが形成されている。そして、密着層１１６ａの上には、個々の熱作用部１０８に対応した位置に上部電極１３１が形成されている。

インク供給口１０７の両側であって、２列の上部電極１３１の内側には、密着層１１６ｂと対向電極１３２（第２の電極）がＹ方向に延在するように形成されている。また、上部電極１３１が配列するＹ方向の端部には、密着層１１６ｃと第３の電極１３３が形成されている。本例において、第３の電極１３３の面積は対向電極１３２の面積よりも小さくなっている。

図５を参照するに、上部電極１３１が密着層１１６ａを介して接続する配線層１０４と、対向電極１３２が密着層１１６ｂを介して接続する配線層１０４と、第３の電極１３３が密着層１１６ｃを介して接続する配線層１０４は、互いに電気的に分断されている。これら３組の配線は、夫々が個別の端子１０６に接続されている。

図７は、上部電極１３１、対向電極１３２および第３の電極１３３における回路構成図である。上部電極１３１と対向電極１３２は、電源１４１およびスイッチ１４２を経由する配線経路１４３によって電気的に接続され、液室１１７内のインクを含めることにより電気的な閉回路が形成されている。このような閉回路を、本実施形態ではコゲ抑制手段１４０と称する。コゲ抑制手段１４０のうち、上部電極１３１、対向電極１３２および配線経路１４３の一部を構成する配線層１０４は吐出ヘッド１に、残りの配線経路１４３、スイッチ１４２および電源１４１は吐出ヘッド１の外部に設けられている。但し、スイッチ１４２については、吐出ヘッド１上に設けることも可能である。

コゲ抑制手段１４０において、スイッチ１４２を閉じると、上部電極１３１は陰極となり対向電極１３２は陽極となる。これにより、液室内の陰イオンや陰性を有するコロイド粒子は、上部電極１３１から離れ対向電極１３２に向かう。このような電界が形成されている状態では、発熱抵抗体層１０３に電流が流れて熱作用部１０８が急激に発熱しても、インク成分は熱作用部１０８に付着し難いためコゲーションは抑制される。

一方、対向電極１３２と第３の電極１３３は、電源１５１およびスイッチ１５２を経由する配線経路１５３によって電気的に接続され、液室１１７内のインクを含めることにより電気的な閉回路が形成されている。このような閉回路を、本実施形態では電極クリーニング手段１５０と称する。電極クリーニング手段１５０のうち、対向電極１３２、第３の電極１３３および配線経路１５３の一部を構成する配線層１０４は吐出ヘッド１に設けられている。残りの配線経路１５３、スイッチ１５２および電源１５１は、吐出ヘッド１の外部に設けられている。但し、スイッチ１５２については、吐出ヘッド１上に設けることも可能である。

電極クリーニング手段１５０において、スイッチ１５２を閉じると、対向電極１３２はアソードとなり第３の電極１３３は陽極となる。これにより、液室内の陰イオンや陰性を有するコロイド粒子は、対向電極１３２を離れ第３の電極１３３に向かう。この際、コゲ抑制手段１４０についてはスイッチ１４２を開き、上部電極１３１と対向電極１３２の間に積極的な電界は形成しない。

本実施形態では、吐出ヘッド１が吐出動作を行っているとき、制御部９０は、コゲ抑制モードとして、スイッチ１４２を閉じスイッチ１５２を開く。これにより、インク成分は熱作用部１０８で加熱されてもそこに付着せずに対向電極１３２に向かうため、コゲーションは抑制される。

所定回数の吐出動作が行われ、対向電極１３２に陰イオンの膜が形成されると、制御部９０は対向電極１３２のクリーニングが必要と判断する。そして、記録動作が行われない適切なタイミングにおいて、制御部９０は、電極クリーニング処理として、スイッチ１４２を開きスイッチ１５２を閉じる。これにより、コゲ抑制処理によって対向電極１３２に付着した陰イオンは対向電極１３２から離れ、第３の電極１３３に向かう。
なお、このような電極クリーニング処理において、対向電極１３２と第３の電極１３３の間にかける電圧は、コゲ抑制処理において上部電極１３１と対向電極１３２の間にかける電圧よりも高くすることが好ましい。このようにすれば、電極クリーニングの効果をより短時間に確実に行うことができる。但し、高電圧でなくても、電圧を印加する時間を長くすることによってクリーニング効果を向上させることも出来る。

更に、電極クリーニング処理においては、対向電極１３２と第３の電極の極性を、適宜あるいは周期的に逆転させても良い。極性の反転を繰り返すことにより、陰イオンをいずれの電極にも付着させず、インク中に遊離させておくことが期待できる。

図８は、ホスト装置１０００より印刷コマンドが入力された際に、制御部９０のＭＰＵ１７０１が、ＲＯＭ１７０２に記憶されているプログラムに従って実行する処理を説明するためのフローチャートである。ホスト装置１０００より印刷コマンドが入力されると、ＭＰＵ１７０１は、まずステップＳ１において、インターフェース１７００より受信した画像データを、ゲートアレイ１７０４を介してＤＲＡＭ１７０３に展開する。

ステップＳ２において、ＭＰＵ１７０１は、電界調整器１７０９を介しスイッチ１４２を閉じ、スイッチ１５２を開く。これにより、吐出ヘッド１において、上部電極１３１が陰極となり対向電極１３２が陽極になる。

ステップＳ３において、ＭＰＵ１７０１は、ＤＲＡＭ１７０３に展開した画像データに従って、記録動作を実行する。この際、吐出ヘッドの吐出回数Ｃもカウントする。

所定の記録動作が完了すると、ＭＰＵ１７０１はステップＳ４に進み、ＤＲＡＭ１７０３に保存されている累積吐出回数Ｓを読み出す。そしてステップＳ５では、ステップＳ４で読み出した累積吐出回数ＳにステップＳ３で取得した吐出回数Ｃを加算し、この加算値を新たな累積吐出回数Ｓとする。

続くステップＳ６において、ＭＰＵ１７０１は、ステップＳ５で得られた累積吐出回数Ｓが予め記憶されている閾値Ｔ以上（所定の回数以上）であるか否かを判断する。本実施形態において、閾値Ｔは、対向電極１３２に付着するインク成分が多くなり電極クリーニング処理が必要と判断される吐出回数に相当する。ステップにおいて、閾値Ｔ以上であると判断した場合、ＭＰＵ１７０１はステップＳ７に進み、電極クリーニング処理を実行する。具体的には、スイッチ１４２を開き、スイッチ１５２を閉じ、その状態を所定時間維持する。これにより、吐出ヘッド１において、対向電極１３２が陰極となり第３の電極１３３が陽極になる。このため、記録動作が実行されている間陽極であった対向電極１３２に付着したインク成分が、陰極に変更された対向電極１３２より遊離し、新たに陽極となった第３の電極１３３に向かう。

その後、ＭＰＵ１７０１はステップＳ８に進み、吸引回復動作を実行する。具体的には、ＣＲモータドライバ１７０７を介してキャリッジモータ５０４を駆動し、キャリッジ５０５をホームポジションに移動させる。そして、吐出ヘッド１の吐出口面にキャップ部材５１３を当接させた状態で、回復モータドライバ１７０６を介して回復系モータ１７１１を駆動し、吐出口よりインクを強制的に排出する。このような吸引動作によって、コゲーションの要因となる成分を含む液室内のインクは一掃され、新たなインクが流入される。その後、ＭＰＵ１７０１はステップＳ９に進み、累積吐出回数Ｓおよび吐出回数カウント値Ｃをリセットする。

一方、ステップＳ６において、累積吐出回数Ｓが閾値Ｔ未満であると判断した場合、ＭＰＵ１７０１はステップＳ１０に進み現在の累積吐出回数ＳをＤＲＡＭに保存し、ステップＳ１１にジャンプする。

続くステップＳ１１において、ＭＰＵ１７０１は、スイッチ１４２とスイッチ１５２を共に開放し、液室内の電界をリセットする。以上で本処理が終了する。

以上説明した本実施形態によれば、吐出ヘッド１において、コゲーションを起こさず安定した吐出動作を長期間維持することが可能となる。

なお、図８で説明したフローチャートでは、電極クリーニング処理を行うか否かを、吐出ヘッド１の累積吐出回数Ｓに基づいて判断したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、前回電極クリーニング処理を行ったタイミングから所定時間が経過したタイミングで行うようにしても良い。

また、例えば、検出装置１７０８が検出する電流値に基づいて、電極クリーニング処理を行うか否かを判断しても良い。上部電極１３１と対向電極１３２の間に所定の電圧を印加した状態が維持されると、対向電極１３２に付着するインク成分が徐々に増加し、電極として機能する面積が減少し、これに伴って検出装置１７０８が検出する電流値も低下する。このような状況を鑑み、ＭＰＵ１７０１は、検出装置１７０８が検出する電流値が所定値以下になった場合に、電極クリーニング処理を行うようにしてもよい。また、累積吐出回数Ｓと電流値の両方に基づいて、電極クリーニング処理を行うか否かを判断しても良い。

検出装置１７０８を設けた場合、ＭＰＵ１７０１は、コゲ抑制処理中の電流値だけでなく、電極クリーニング処理中の電流値も利用することができる。例えば、電流値に基づいて第３の電極の膜減り量を算出し、膜減り量に応じて電極クリーニングを行う頻度や印加する電圧などを調整することも効果的である。

本実施形態のように４色分の吐出ヘッド１を用いている場合、ステップＳ７の電極クリーニング処理やステップＳ８の吸引回復処理は、４つの吐出ヘッド１に対し一括して行うことが効率的である。よって、いずれか１つの吐出ヘッドで累積吐出回数Ｓが閾値Ｔを超えた場合、或はいずれか１つの吐出ヘッド１で検出装置１７０８が検出した電流値が所定値以下になった場合に、ステップＳ７およびステップＳ８が実行されるようにすれば良い。

また、上記フローチャートでは、記録動作によってある程度のインク成分が対向電極１３２に付着したとみなされたタイミングで、電極クリーニングを行う形態で説明したが、電極クリーニングは記録動作に先立って行っても良い。

また、上記では、電極クリーニングを行うか否かの判断を、１回の印刷コマンドごとに行う形態としたが、上記判断は１ページ毎や１記録走査毎に行うこともできる。更に、ステップＳ８で実行する吸引回復動作に変えて、吐出ヘッド１よりも上流側からインク流路を加圧する方法を採用しても良い。

更に、以上では上部電極１３１、対向電極１３２および第３の電極１３３を図６に示すようにレイアウトしたが、無論本発明はこのようなレイアウトに限定されるものではない。これら３種類の電極は、同じ吐出ヘッドの同じ液室内であれば、どのようにレイアウトされても構わない。例えば、図６において、対向電極１３２と第３の電極１３３の位置を交換しても良い。また、例えば、図９のように、複数の上部電極１３１のそれぞれに対し対向電極１３２と第３の電極１３３を１つずつ用意し、第３の電極１３３は対向電極１３２に対し上部電極１３１と反対の側にレイアウトしてもよい。このようにすることにより、コゲ抑制処理では上部電極１３１から対向電極１３２へ、電極クリーニング処理では対向電極１３２から第３の電極へと、インク成分が移動する方向を一方向に整えることができる。

また、以上では、図４に示した吐出ヘッド１を図１に示すように４色分用意し、Ａ方向に移動するキャリッジ５０５に搭載するシリアル型のインクジェット記録装置を例に説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、吐出ヘッド１については、図４に示したようなヘッド用基板１００と流路形成部材１２０を更に直列に繋ぎ、同色または異色のインクを吐出する長尺の吐出ヘッド１としても良い。また、１色の長尺の吐出ヘッドとした場合、この長尺の吐出ヘッドを４色分用意して記録装置内に固定し、搬送される記録媒体に対し所定の周波数でインクを吐出するフルライン型のインクジェット記録装置とすることも出来る。

更に言えば、吐出ヘッド１が吐出する液体は必ずしも色材を含有するインクでなくても良い。また、含有する成分は陰イオンや表面が陰性のコロイド粒子でなくても良い。陽イオンの成分や表面が陽性のコロイド粒子の場合は、図７に示した回路構成図において、電源１４１および１５１を図とは反対の向きで設置すれば上記と同等の効果を得ることができる。

いずれにしても、発熱抵抗体を用いて液体を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、電気的な極性を有する物質を含有した液体を吐出する液体吐出ヘッドであれば、本発明は有効に機能させることができる。

以下、本発明の効果を確認するために行った複数の検証例を比較例と共に説明する。

（検証例１）
＜吐出ヘッドの構成＞
シリコン基板１０１に、ＳｉＯ₂から成る蓄熱層１０２、ＴａＳｉＮから成る発熱抵抗体層１０３、Ａｌから成る配線層１０４、ＳｉＮから成る保護層１０５を順次積層した。この際、配線層１０４の一部をエッチング除去し、発熱抵抗体層１０３が露出した部分を吐出エネルギを発生するための熱作用部１０８とした。その後、保護層１０５上に、密着層１１６としてタンタルを１００ｎｍ形成した後、イリジウム膜を５０ｎｍ成膜した。イリジウム膜をパターニングし、上部電極１３１、対向電極１３２、第３の電極１３３を形成し、ヘッド用基板１００とした。

更に、流路形成部材１２０を形成し、その他必要な端子を形成することにより、吐出ヘッド１を完成させた。

＜電極クリーニング処理＞
上記の吐出ヘッド１に、顔料シアンインクが収容されたタンク４０４を接続して形成されるヘッドユニットをインクジェット記録装置５００のキャリッジ５０５に装着した。そして、上部電極１３１と対向電極１３２の間に、対向電極が陽極になるように１Ｖの電圧を印加し、その状態で吐出ヘッド１に（１０＾９）回の吐出動作を行わせた。その後、液室内をクリアインクで置換して表面状態を観察すると、熱作用部１０８のコゲーションは確認されなかったが、対向電極１３２には薄くほぼ均一に顔料成分が堆積していた。

続いて、上記記録ヘッド１を再度顔料シアンインクで置換したあと、対向電極１３２と第３の電極１３３の間に第３の電極が陽極になるように２Ｖの電圧を１０秒間印加し、更に吐出ヘッド１の吸引回復動作を行った。その後、液室内を再びクリアインクで置換して電極の表面状態を観察した。すると、対向電極１３２に付着していた顔料成分は除去され、第３の電極１３３においてもインクの付着や膜減りは確認されなかった。

更に、液室内を再び顔料シアンインクで置換し、上部電極１３１と対向電極１３２の間に、対向電極１３２が陽極になるように１Ｖの電圧を印加し、吐出ヘッド１に（１０＾９）回の吐出動作を行わせた。その後、画像データに従って通常の記録動作を行ったところ、良好な品位の出力画像が確認された。

（検証例２）
検証例１と同様の吐出ヘッド１と顔料シアンインクおよび記録装置５００を用い、上部電極１３１と対向電極１３２の間に、対向電極１３２が陽極になるように１Ｖの電圧を印加し、その状態で吐出ヘッド１に（１０＾９）回の吐出動作を行わせた。その後、液室内をクリアインクで置換して表面状態を観察すると、熱作用部１０８のコゲーションは確認されなかったが、対向電極１３２には薄くほぼ均一に顔料成分が堆積していた。

続いて、上記記録ヘッド１を再度顔料シアンインクで置換したあと、対向電極１３２と第３の電極１３３の間に、第３の電極が陽極になるように、２Ｖの電圧を３００秒間印加し、更に吐出ヘッド１の吸引回復処理を行った。その後、液室内を再びクリアインクで置換して電極の表面状態を観察した。すると、対向電極１３２に付着していた顔料成分は除去されていた。第３の電極１３３については、顔料インクの薄い付着は確認されたものの、膜減りは確認されなかった。

更に、液室内を再び顔料シアンインクで置換し、上部電極１３１と対向電極１３２の間に、対向電極１３２が陽極になるように１Ｖの電圧を印加し、吐出ヘッド１に（１０＾９）回の吐出動作を行わせた。その後、画像データに従って通常の記録動作を行ったところ、良好な品位の出力画像が確認された。

本検証例においては、電極クリーニング処理の時間すなわち対向電極１３２と第３の電極１３３の間に電圧を印加する時間を検証例１よりも長くした。このため、検証例１では確認されなかった第３の電極１３３での顔料インクの付着が確認されるようになった。しかしながら、このような第３の電極１３３における顔料インクの付着自体は、熱作用部１０８における吐出動作に特に影響を与えるものではない。よって、記録装置が出力する画像は初期の品位が維持されている。

但し、再度電極クリーニングを行う際は、電圧を高く時間を短くするなど印加方法を調整すれば、第３の電極についても電極としての機能を好適に維持することができる。

（検証例３）
検証例１と同様の吐出ヘッド１と顔料シアンインクおよび記録装置５００を用い、上部電極１３１と対向電極１３２の間に、対向電極が陽極になるように１Ｖの電圧を印加し、その状態で吐出ヘッド１に（１０＾９）回の吐出動作を行わせた。その後、液室内をクリアインクで置換して表面状態を観察すると、熱作用部１０８のコゲーションは確認されなかったが、対向電極１３２には薄くほぼ均一に顔料成分が堆積していた。

続いて、上記記録ヘッド１を再度顔料シアンインクで置換したあと、対向電極１３２と第３の電極１３３の間に、第３の電極が陽極になるように、１０Ｖの電圧を１秒間印加し、更に吐出ヘッドの吸引回復処理を行った。その後、液室内を再びクリアインクで置換して表面状態を観察した。すると、対向電極１３２に付着していた顔料成分は除去されていたが、第３の電極１３３には顔料インクが固着していた。

続いて、液室内を再び顔料シアンインクで置換し、対向電極１３２と第３の電極１３３の間に、第３の電極が陰極になるように、１０Ｖの電圧を０．５秒間印加した後、吐出ヘッドの吸引回復処理を行った。その後再び、液室内をクリアインクで置換して表面状態を観察した。すると、第３の電極１３３に固着していた顔料インクは除去され、対向電極１３２にも付着は確認されなかった。
そして、液室内を再び顔料シアンインクで置換し、上部電極１３１と対向電極１３２の間に、対向電極が正になるように１Ｖの電圧を印加し、吐出ヘッド１に（１０＾９）回の吐出動作を行わせた。その後、通常に画像データに従って記録動作を行ったところ、良好な品位の出力画像が確認された。

更に、以上一連の工程、すなわち「コゲ抑制処理を行いながらの（１０＾９）回の吐出動作」、「第３の電極を陽極とした１０Ｖ１．０秒の印加」、「第３の電極を陰極とした１０Ｖ０．５秒の印加」、「吸引回復動作」を２５サイクル行った。そして、液室内をクリアインクで置換して電極の表面状態を観察したところ、対向電極１３２にも第３の電極１３３にも顔料インクは付着していなかった。対向電極１３２にも第３の電極１３３にも多少の膜減りは確認されたが、出力される画像については、初期と同等の品位が得られた。

（比較例１）
検証例１と同様の吐出ヘッド１と顔料シアンインクおよび記録装置５００を用い、上部電極１３１と対向電極１３２の間に、対向電極１３２が陽極となるように１Ｖの電圧を印加し、その状態で吐出ヘッド１に（１０＾９）回の吐出動作を行わせた。その後、続けて同条件で吐出ヘッド１に（１０＾９）回の吐出動作を行わせた。その後、画像データに従って通常の記録動作を行ったところ、初期の状態から品位の劣化した出力画像が確認された。液室内をクリアインクで置換して表面状態を観察したところ、熱作用部１０８にはコゲーションが発生しており、対向電極１３２の表面には顔料成分が堆積していた。

（比較例２）
検証例１と同様の吐出ヘッド１と顔料シアンインクおよび記録装置５００を用い、上部電極１３１と対向電極１３２の間に、対向電極が陽極になるように１Ｖの電圧を印加し、その状態で吐出ヘッド１に（１０＾９）回の吐出動作を行わせた。その後、画像データに従って通常の記録動作を行ったところ、初期と変わらない良好な品位の画像が得られた。この状態で液室内をクリアインクで置換し電極の表面状態を観察すると、上部電極１３１でのコゲーションは確認されなかったが、対向電極１３２の表面にはインク成分が薄く付着していた。

次に、上部電極１３１と対向電極１３２の間に、対向電極が陰極となるように１０Ｖの電圧を１秒間印加した。更にその後、液室内をクリアインクで置換し電極の表面状態を観察したところ、対向電極１３２の顔料成分は除去されていたが、上部電極１３１の表面にインクの固着が確認された。

続いて、上記記録ヘッド１を再度顔料シアンインクで置換したあと、上部電極１３１と対向電極１３２の間に、対向電極１３２が陽極となるように、１０Ｖの電圧を０．５秒間印加した。その後再び、液室内をクリアインクで置換して表面状態を観察した。すると、上部電極１３１に固着していた顔料インクは除去され、対向電極１３２にも付着は確認されなかった。
更に、以上一連の工程、すなわち「コゲ抑制処理を行いながらの（１０＾９）回の吐出動作」、「対向電極を陰極とした１０Ｖ１．０秒の印加」、「対向電極を陽極とした１０Ｖ０．５秒の印加」、「吸引回復動作」を２５サイクル行った。そして、液室内をクリアインクで置換して表面状態を観察したところ、上部電極１３１にも対向電極１３２にもインクの付着は確認されなかった。しかし、上部電極１３１と対向電極１３２において、双方の電極層の膜厚が薄くなっている様子が観察された。更に、画像データに従って通常の記録動作を行ったところ、吐出を開始してすぐの段階で断線が発生した。熱作用部１０８付近を観察すると、キャビテーションにより断線が生じていた。

本比較例においては、特許文献１と同様の方法によりコゲーションを抑制することはできた。しかし、上部電極１３１および対向電極１３２のそれぞれにおいて、インクとの間で陽極酸化反応が起こり、電極層が溶出し、結果として熱作用部１０８におけるキャビテーションを招致してしまった。

以上説明したように、本発明によれば、上部電極と対向電極のほかに第３の電極を用意することにより、熱作用部における耐キャビテーション性を維持しつつ、対向電極のクリーニングを適宜行うことが可能となった。結果、コゲーションを起こさず安定した吐出動作を維持することが可能となった。

１ 液体吐出ヘッド
１０８ 熱作用部（発熱抵抗体）
１１７ 液室
１３１ 上部電極（第１の電極）
１３２ 対向電極（第２の電極）
１３３ 第３の電極

Claims (20)

1. 液体を収容する液室内に、
   液体を吐出するための熱エネルギを発生する発熱抵抗体と、
   前記発熱抵抗体を被覆して配された第１の電極と、
   前記第１の電極とは異なる位置に配された第２の電極と、
   前記第１の電極および前記第２の電極とは異なる位置に配された第３の電極と、
   を備え、
   前記発熱抵抗体が駆動される時は、前記第１の電極は前記液体が含有する所定の成分と同じ極性を有し前記第２の電極は前記所定の成分と反対の極性を有するように、前記第１の電極と前記第２の電極の間に電圧が印加され、
   前記発熱抵抗体が駆動されない時に、前記第２の電極は前記所定の成分と同じ極性を有し前記第３の電極は前記所定の成分と反対の極性を有するように、前記第２の電極と前記第３の電極の間に電圧が印加されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
2. 前記第２の電極と前記第３の電極の間に印加される電圧は、前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加される電圧よりも高い請求項１に記載の液体吐出ヘッド。
3. 前記第２の電極と前記第３の電極は、極性を反転させることが可能である請求項１または２に記載の液体吐出ヘッド。
4. 前記液体は色材を含むインクであり、前記所定の成分は前記色材のイオンまたは表面に電荷を有するコロイド粒子であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
5. 前記第１の電極は、複数の前記発熱抵抗体のそれぞれに配される請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
6. 前記第２の電極は、複数の前記発熱抵抗体が配列する方向に延在する請求項１から４のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
7. 前記第３の電極は、前記第２の電極よりも面積が小さいことを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記第３の電極は、前記第２の電極に対し前記第１の電極と反対の側に配されている請求項１から５のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッド。
9. 液体を収容する液室内に、
   液体を吐出するための熱エネルギを発生する発熱抵抗体と、
   前記発熱抵抗体を被覆して配された第１の電極と、
   前記第１の電極とは異なる位置に配された第２の電極と、
   を備え、
   前記発熱抵抗体が駆動される時は、前記第１の電極は前記液体が含有する所定の成分と同じ極性を有し前記第２の電極は前記所定の成分と反対の極性を有するように、前記第１の電極と前記第２の電極の間に電圧が印加される、液体吐出ヘッドのクリーニング方法であって、
   前記発熱抵抗体が駆動されない時に、前記第２の電極は前記所定の成分と同じ極性を有し前記第１の電極および前記第２の電極と異なる位置に配された第３の電極は前記所定の成分と反対の極性を有するように、前記第２の電極と前記第３の電極の間に電圧を印加する電極クリーニング工程を有することを特徴とするクリーニング方法。
10. 前記電極クリーニング工程の後に、前記液室内の液体を強制的に排出し新たな液体を流入する工程を更に有する請求項９に記載のクリーニング方法。
11. 前記発熱抵抗体が駆動されない時に、前記第２の電極は前記所定の成分と反対の極性を有し前記第３の電極は前記所定の成分と同じ極性を有するように、前記第２の電極と前記第３の電極の間に電圧を印加する工程を更に有することを特徴とする請求項９または１０に記載のクリーニング方法。
12. 前記電極クリーニング工程において前記第２の電極と前記第３の電極の間に印加する電圧を、前記発熱抵抗体が駆動される時に前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加する電圧よりも高くする請求項９から１１のいずれか１項に記載のクリーニング方法。
13. 前記発熱抵抗体が駆動される回数が所定の回数以上になったときに、前記電極クリーニング工程を実行する請求項９から１２のいずれか１項に記載のクリーニング方法。
14. 前記液室内の電流値が所定値以下になったときに、前記電極クリーニング工程を実行する請求項９から１２のいずれか１項に記載のクリーニング方法。
15. 液体を収容する液室内に、
    液体を吐出するための熱エネルギを発生する発熱抵抗体と、
    前記発熱抵抗体を被覆して配された第１の電極と、
    前記第１の電極とは異なる位置に配された第２の電極と、
    前記第１の電極および前記第２の電極とは異なる位置に配された第３の電極と、
    を備えた液体吐出ヘッドを用い、
    吐出データに従って液体を吐出する液体吐出装置であって、
    前記発熱抵抗体が駆動される時に、前記第１の電極は前記液体が含有する所定の成分と同じ極性を有し前記第２の電極は前記所定の成分と反対の極性を有するように、前記第１の電極と前記第２の電極の間に電圧を印加する第１の印加手段と、
    前記発熱抵抗体が駆動されない時に、前記第２の電極は前記所定の成分と同じ極性を有し前記第３の電極は前記所定の成分と反対の極性を有するように、前記第２の電極と前記第３の電極の間に電圧を印加する第２の印加手段と
    を有することを特徴とする液体吐出装置。
16. 前記発熱抵抗体が駆動されない時に、前記第２の電極は前記所定の成分と反対の極性を有し前記第３の電極は前記所定の成分と同じ極性を有するように、前記第２の電極と前記第３の電極の間に電圧を印加する手段を更に有することを特徴とする請求項１５に記載の液体吐出装置。
17. 前記第２の印加手段が前記第２の電極と前記第３の電極の間に印加する電圧は、前記第１の印加手段が前記第１の電極と前記第２の電極の間に印加する電圧よりも高い請求項１５または１６に記載の液体吐出装置。
18. 前記所定の成分は、前記液体が含有する色材のイオンまたは表面に電荷を有するコロイド粒子である請求項１５から１７のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
19. 前記発熱抵抗体が駆動される回数が所定の回数以上になったときに、前記第２の印加手段は前記第２の電極と前記第３の電極の間に電圧を印加することを特徴とする請求項１５から１８のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
20. 前記液室内の電流値が所定値以下になったときに、前記第２の印加手段は前記第２の電極と前記第３の電極の間に電圧を印加することを特徴とする請求項１５から１８のいずれか１項に記載の液体吐出装置。

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