JP2020023112A - インクジェット記録装置およびその制御方法、並びに、液体吐出ヘッドのクリーニング方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】循環による安定した吐出を実現しながら、液体吐出ヘッド用基板におけるコゲの除去を可能にし、より長期的な安定した吐出を実現する。【解決手段】インクジェット記録装置であって、発熱素子が発熱することで吐出口からインクを吐出させる液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドへ供給されるインクを貯留するタンクと、前記液体吐出ヘッドと前記タンクとの間におけるインクの循環を制御するインク循環手段と、前記発熱素子の周辺に発生するコゲに対する除去動作を制御するコゲ除去手段を備え、前記インク循環手段は、前記コゲ除去手段による前記除去動作のタイミングに応じて、インクの循環を制御する。【選択図】 図１５

Description

本発明は、インクジェット記録装置およびその制御方法、並びに、液体吐出ヘッドのクリーニング方法に関する。

従来、液体吐出装置において、液室の内部の液体を、発熱抵抗体を通電させることで加熱して液体に膜沸騰を生じさせ、このときの発泡エネルギーによって吐出口から液滴を吐出させる形式がある。このような液体吐出装置では、液体が発泡、収縮、消泡する際に生じるキャビテーションによる衝撃といった物理的作用が発熱抵抗体上の領域に及ぼされることがある。また、液体の吐出が行われる際には、発熱抵抗体は高温となっているので、液体の成分が熱分解し付着して固着・堆積するといった化学的作用が、発熱抵抗体上の領域に及ぼされることがある。これらの発熱抵抗体への物理的作用あるいは化学的作用から発熱抵抗体を保護するために、発熱抵抗体上には、発熱抵抗体を覆う金属材料等で形成された保護層が配置される。

ここで、発熱抵抗体上の保護層のうちの、液体に接する熱作用部では、液体に含まれる色材および添加物などが、高温加熱されることにより分子レベルで分解され、難溶解性の物質に変化し、熱作用部上に物理吸着される現象が起こる。この現象は「コゲ」と称されている。このように、保護層の熱作用部上に難溶解性の有機物や無機物が吸着されると、熱作用部から液体への熱伝導が不均一になり、発泡が不安定となる。

このようなコゲに対する対策として、特許文献１では、イリジウムやルテニウムで形成された被覆部の表面を電気化学反応によって液体に溶出させることでコゲを除去する方法が開示されている。具体的には、電気化学反応により上部保護層を溶出させるための上部保護層への電圧印加を、インク吸引動作を開始した後に行うクリーニング方法が開示されている。これにより、電気化学反応によって発生する気泡が大きく成長することなく、インク吸引によって排出されるため、均一かつ確実にコゲを除去することが可能となる。

特開２００８−１０５３６４号公報

しかしながら上記先行技術を、ヘッド内またはタンクとヘッド間におけるインク循環を用いたインクジェットプリンタに適用した場合、インク循環を行う事で電位制御時に発生した泡も循環してしまう。その結果、吐出口からチップ裏面の共通インク流路に泡が流れていく懸念がある。吐出口より奥のインク流路に流れた泡の除去は困難なため、泡による不吐の可能性が高まってしまう。一方で、ヘッド内でのインク循環を用いたインクジェットプリンタでは、安定した吐出の実現やノズル固着の抑制のため、装置が立ち上がっている間は常にインクの循環が行われる場合がある。

そこで本発明では、インクを循環することで安定した吐出を実現しながら、液体吐出ヘッドの素子基板におけるコゲの除去を可能にし、より長期的に安定した吐出を実現する。

上記課題を解決するために本願発明は以下の構成を有する。すなわち、インクジェット記録装置であって、発熱素子が発熱することで吐出口からインクを吐出させる液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドへ供給されるインクを貯留するタンクと、前記液体吐出ヘッドと前記タンクとの間におけるインクの循環を制御するインク循環手段と、前記発熱素子の周辺に発生するコゲに対する除去動作を制御するコゲ除去手段と、を備え、前記インク循環手段は、前記コゲ除去手段による前記除去動作のタイミングに応じて、インクの循環を制御する。

本発明により、インクを循環することで安定した吐出を実現しながら、液体吐出ヘッドの素子基板におけるコゲの除去を可能にし、より長期的に安定した吐出を実現することが可能となる。

記録装置の概略構成図。 記録装置の制御系のブロック図。 第１の循環経路を示す模式図。 第２の循環経路を示す模式図。 液体吐出ヘッドの斜視図。 液体吐出ヘッドの分解斜視図。 流路部材を示す図。 記録素子基板と流路部材との接続関係を示す透視図。 図７の断面を示す図。 吐出モジュールの斜視図。 吐出ワイパの斜視図。 記録素子基板の平面図。 記録素子基板の断面を示す斜視図。 第１の実施形態の記録素子基板を示す図。 動作のフローを示す図。 電気熱変換素子の上部保護層の状態を示す説明図。 電位付与動作と吸引動作のタイミングを示す図。 実験結果を説明するための図。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態の例を説明する。ただし、以下の記載は本発明の範囲を限定するものではない。

以下に示す実施形態では、インク等の液体をタンクと液体吐出装置（液体吐出ヘッド）間で循環させる形態の、サーマル方式のインクジェット記録装置（記録装置）を用いて説明を行う。また、以下に示す実施形態は、被記録媒体の幅に対応（相当）した長さを有する、所謂ライン型ヘッドを用いて説明する。しかし、この構成に限定するものではなく、被記録媒体に対してスキャンを行いながら記録を行う、所謂シリアル型の液体吐出装置にも本発明を適用できる。シリアル型の液体吐出装置としては、例えば、ブラックインク用、およびカラーインク用の記録素子基板を各１つずつ搭載する構成が挙げられる。これに限らず、数個の記録素子基板を吐出口列方向に吐出口をオーバーラップさせるよう配置した、被記録媒体の幅よりも短い、短尺のラインヘッドを作成し、それを被記録媒体に対してスキャンさせる形態のものであってもよい。

＜第１の実施形態＞
（インクジェット記録装置）
図１は、本実施形態に係る、インクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置（以下、記録装置とも称す）の液体吐出ヘッド３周りの概略構成を示す。記録装置１０００は、被記録媒体２を搬送する搬送部１と、被記録媒体２の搬送方向と略直交して配置されるライン型の液体吐出ヘッド３とを備える。記録装置１０００は、複数の被記録媒体２を連続もしくは間欠に搬送しながら１パスで連続記録を行うライン型記録装置である。被記録媒体２は、紙等の記録媒体であり、カット紙に限らず、連続したロール紙であってもよい。記録装置１０００は、ＣＭＹＫ（シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック）の４種類のインクＩにそれぞれ対応した４つの単色用の液体吐出ヘッド３を備えている。なお、液体吐出ヘッド３の数は、上記の４つに限定するものではなく、対応するインクの種類や色の数に応じて増減してよい。また、記録装置１０００は、キャップ１００７を備えており、非記録時にキャップ１００７で液体吐出ヘッド３の吐出口面の側を覆うことで、吐出口からのインクの蒸発を防ぐことができる。なお、キャップ１００７の形状は、図１に示すものに限定するものではなく、他の形状であってもよい。また、１つの液体吐出ヘッド３に対して、１つのキャップ１００７が対応していてもよいし、まとめて１つのキャップ１００７が設けられていてもよい。

（制御系）
次に、記録装置１０００の制御に係る構成について説明する。図２は、本実施形態に係る記録装置１０００の制御ユニット４００のブロック図である。制御ユニット４００は、外部装置である情報処理装置２０１に通信可能に接続される。情報処理装置２０１は、例えば、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）であってもよいし、サーバ装置であってもよい。また、装置間の通信方法については、有線／無線のいずれでもよく、特に限定するものではない。

情報処理装置２０１では、記録画像の元になる原稿データが生成、あるいは保存される。ここでの原稿データは、例えば、文書ファイルや画像ファイル等の電子ファイルの形式で生成される。この原稿データは、制御ユニット４００で利用可能なデータ形式（例えば、ＲＧＢで画像を表現するＲＧＢデータ）に変換される。制御ユニット４００は変換された画像データに基づき、記録動作を開始する。

本実施形態の場合、制御ユニット４００は、メインコントローラ４００Ａと、印刷部４００Ｂとに大別される。メインコントローラ４００Ａは、処理部４０１、記憶部４０２、操作部４０３、画像処理部４０４、通信ＩＦ（インタフェース）４０５、バッファ４０６および通信ＩＦ４０７を含む。

処理部４０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサであり、記憶部４０２に記憶されたプログラムを実行し、メインコントローラ４００Ａ全体の制御を行う。記憶部４０２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、ＳＳＤ等の記憶デバイスであり、処理部４０１が実行するプログラムや、データを格納し、また、処理部４０１にワークエリアを提供する。記憶部４０２のほか、外付けの記憶部が更に設けられていてもよい。操作部４０３は、例えば、タッチパネル、キーボード、マウス等の入力デバイスであり、ユーザの指示を受け付ける。操作部４０３は、例えば、入力部と表示部が一体となった構成であってもよい。なお、ユーザ操作は、操作部４０３を介した入力に限定するものではなく、例えば、情報処理装置２０１から指示を受け付けるような構成であってもよい。

画像処理部４０４は例えば画像処理プロセッサを有する電子回路である。バッファ４０６は、例えば、ＲＡＭ、ハードディスクやＳＳＤである。通信ＩＦ４０５は情報処理装置２０１との通信を行い、通信ＩＦ４０７は印刷部４００Ｂとの通信を行う。図２において破線矢印は、画像データの処理の流れを例示している。情報処理装置２０１から通信ＩＦ４０５を介して受信された画像データは、バッファ４０６に蓄積される。画像処理部４０４はバッファ４０６から画像データを読み出し、読み出した画像データに所定の画像処理を施して、再びバッファ４０６に格納する。バッファ４０６に格納された画像処理後の画像データは、プリントエンジンが用いる記録データとして、通信ＩＦ４０７から印刷部４００Ｂへ送信される。印刷部４００Ｂは、メインコントローラ４００Ａから受信した記録データを用いて画像形成を行う。また、印刷部４００Ｂは、後述する液体吐出ヘッド３の吐出制御、および回復制御を行う。

（第１の循環経路）
図３は、本実施形態の記録装置１０００に適用される循環経路の１形態である第１の循環経路を示す模式図である。図３は、液体吐出ヘッド３、第１循環ポンプ（高圧側）１００１、第１循環ポンプ（低圧側）１００２、及びバッファタンク１００３を含む流体的な接続を示す図である。なお、図３では、説明を簡略化するためにＣＭＹＫインクの内の一色のインクが流動する経路のみを示しているが、実際には記録装置１０００が対応するインクの数分（ここでは４色分）の循環経路が記録装置１０００本体に設けられる。バッファタンク１００３は、インクが貯留されるサブタンクとして機能し、メインタンク１００６と接続される。バッファタンク１００３は、タンクの内部と外部とを連通する大気連通口（不図示）を有し、インク中の気泡を外部に排出することが可能である。バッファタンク１００３は、補充ポンプ１００５とも接続されている。補充ポンプ１００５は、記録や吸引回復等、液体吐出ヘッド３の吐出口からインクを吐出することにより液体吐出ヘッド３でインクが消費された際に、消費されたインク分をメインタンク１００６からバッファタンク１００３へ移送する際に用いられる。

２つの第１循環ポンプ（高圧側）１００１、及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２は、液体吐出ヘッド３の接続部１１１からインクを引き出してバッファタンク１００３へ流す役割を有する。第１循環ポンプとしては、定量的な送液能力を有する容積型ポンプが好ましい。具体的には、チューブポンプ、ギアポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプ等が挙げられるが、例えば一般的な定流量弁やリリーフ弁をポンプ出口に配して一定流量を確保する形態であってもよい。液体吐出ヘッド３の駆動時には、第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２によって、共通供給流路２１１、共通回収流路２１２内をある一定量のインクが流れる。この流量としては、液体吐出ヘッド３内の記録素子基板１０間の温度差が、記録品質に影響しない程度以上に設定することが好ましい。なお、あまりに大きな流量を設定すると、吐出ユニット３００内の流路の圧損の影響により、記録素子基板１０間で負圧差が大きくなり過ぎて画像の濃度ムラが生じてしまう。そのため、記録素子基板１０間の温度差と負圧差を考慮しながら、流量を設定することが好ましい。

負圧制御ユニット２３０は、第２循環ポンプ１００４と吐出ユニット３００との経路の間に設けられている。負圧制御ユニット２３０は、記録を行うＤｕｔｙの差によって循環系の流量が変動した場合でも負圧制御ユニット２３０よりも下流側（即ち、吐出ユニット３００側）の圧力を予め設定した一定圧力に維持するように動作する機能を有する。ここでのＤｕｔｙの差とは、吐出ユニット３００による吐出の範囲内において、吐出する量の差分を意味する。

負圧制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構としては、それ自身よりも下流の圧力を、所望の設定圧を中心として一定の範囲以下の変動で制御できるものであれば、どのような機構を用いてもよい。一例としては、所謂「減圧レギュレーター」と同様の機構を採用することができる。減圧レギュレーターを用いた場合には、図３に示すように、第２循環ポンプ１００４によって、供給ユニット２２０を介して負圧制御ユニット２３０の上流側を加圧するようにすることが好ましい。このようにするとバッファタンク１００３の液体吐出ヘッド３に対する水頭圧の影響を抑制できるので、記録装置１０００におけるバッファタンク１００３のレイアウトの自由度を広げることができる。第２循環ポンプ１００４としては、液体吐出ヘッド３の駆動時に使用するインク循環流量の範囲において、一定圧以上の揚程圧を有するものであればよく、ターボ型ポンプや容積型ポンプなどを使用できる。具体的には、第２循環ポンプ１００４として、ダイヤフラムポンプ等が適用可能である。また、第２循環ポンプ１００４の代わりに、例えば、負圧制御ユニット２３０に対してある一定の水頭差をもって配置された水頭タンクでも適用可能である。

図３に示すように、負圧制御ユニット２３０は、それぞれが互いに異なる制御圧が設定された２つの圧力調整機構を備えている。２つの負圧調整機構の内、相対的に高圧設定側（図３でＨと記載）と、相対的に低圧側（図３でＬと記載）はそれぞれ、供給ユニット２２０内を経由して、吐出ユニット３００内の共通供給流路２１１、及び共通回収流路２１２に接続されている。吐出ユニット３００には、共通供給流路２１１、共通回収流路２１２、及び記録素子基板１０それぞれと連通する個別供給流路２１３ａおよび個別回収流路２１３ｂが設けられている。個別供給流路２１３ａおよび個別回収流路２１３ｂをまとめて、個別流路２１３とも称する。個別流路２１３は共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２と連通しているので、インクの一部が、共通供給流路２１１から記録素子基板１０の内部流路を通過して共通回収流路２１２へと流れる流れ（図３の矢印）が発生する。これは、共通供給流路２１１には圧力調整機構Ｈが接続され、共通回収流路２１２には圧力調整機構Ｌが接続されており、２つの共通流路間に差圧が生じているからである。

このようにして、吐出ユニット３００では、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２内をそれぞれ通過するようにインクを流しつつ、一部のインクが記録素子基板１０それぞれの内部を通過するような流れが発生する。このため、記録素子基板１０で発生する熱を共通供給流路２１１および共通回収流路２１２の流れで記録素子基板１０の外部へ排出することができる。またこのような構成により、液体吐出ヘッド３による記録を行っている際に、記録を行っていない吐出口や圧力室においてもインクの流れを生じさせることができるため、その部位におけるインクの増粘を抑制できる。また、増粘したインクやインク中の異物を共通回収流路２１２へと排出することができる。このため、本実施形態に係る液体吐出ヘッド３は、高速で高画質な記録が可能となる。

（第２の循環経路）
図４は、本実施形態の記録装置１０００に適用される循環経路のうち、上述した第１の循環経路とは異なる循環形態である第２の循環経路を示す模式図である。前述の第１の循環経路との主な相違点は、負圧制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構が共に、負圧制御ユニット２３０よりも上流側の圧力を、所望の設定圧を中心として一定範囲内の変動で制御する機構である点である。２つの圧力調整機構は、所謂「背圧レギュレーター」と同作用の機構部品である。また、その他の相違点は、第２循環ポンプ１００４が負圧制御ユニット２３０の下流側を減圧する負圧源として作用するものであることである。また、更なる相違点は、第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２が、インクの循環経路上において、液体吐出ヘッド３の上流側に配置され、負圧制御ユニット２３０が液体吐出ヘッド３の下流側に配置されていることである。

負圧制御ユニット２３０は、液体吐出ヘッド３により記録を行う際の記録Ｄｕｔｙの変化に伴う流量の変動があっても、自身の上流（即ち、吐出ユニット３００）側の圧力変動を、予め設定された圧力を中心として一定範囲内に安定にするように作動する。図４に示すように、第２循環ポンプ１００４によって、供給ユニット２２０を介して負圧制御ユニット２３０の下流側を加圧することが好ましい。このようにすると液体吐出ヘッド３に対するバッファタンク１００３の水頭圧の影響を抑制できるので、記録装置１０００におけるバッファタンク１００３のレイアウトの選択幅を広げることができる。第２循環ポンプ１００４の代わりに、例えば負圧制御ユニット２３０に対して所定の水頭差をもって配置された水頭タンクであっても適用可能である。

第１の循環経路と同様に、図４に示すように負圧制御ユニット２３０は、それぞれが互いに異なる制御圧が設定された２つの圧力調整機構を備えている。２つの負圧調整機構の内、高圧設定側（図４でＨと記載）と、低圧側（図４でＬと記載）はそれぞれ、供給ユニット２２０内を経由して、吐出ユニット３００内の共通供給流路２１１、及び共通回収流路２１２に接続されている。２つの負圧調整機構により共通供給流路２１１の圧力を共通回収流路２１２の圧力より相対的に高くする。これにより、共通供給流路２１１から個別流路２１３及び記録素子基板１０の内部流路を介して共通回収流路２１２へと流れるインクの流れが発生する（図４の矢印）。

このように、第２の循環経路では、吐出ユニット３００内には第１の循環経路と同様のインク流れ状態が得られるが、第１の循環経路の場合とは異なる２つの利点がある。１つ目の利点は、第２循環経路では負圧制御ユニット２３０が液体吐出ヘッド３の下流側に配置されているので、負圧制御ユニット２３０から発生するゴミや異物がヘッドへ流入する懸念が少ないことである。

２つ目の利点は、第２の循環経路では、バッファタンク１００３から液体吐出ヘッド３へ供給する必要流量の最大値が、第１の循環経路の場合よりも少なくて済むことである。その理由は次の通りである。記録待機時に循環している場合の、共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２内の流量の合計をＡとする。Ａの値は、記録待機中に液体吐出ヘッド３の温度調整を行う場合に、吐出ユニット３００内の温度差を所望の範囲内にするために必要な、最小限の流量として定義される。また、吐出ユニット３００の全ての吐出口からインクを吐出する場合（全吐時）の吐出流量をＦと定義する。そうすると、第１循環経路の場合（図３）では、第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２の設定流量がＡとなるので、全吐時に必要な液体吐出ヘッド３へのインク供給量の最大値はＡ＋Ｆとなる。

一方、第２循環経路の（図４）の場合、記録待機時に必要な液体吐出ヘッド３へのインク供給量は流量Ａである。そして、全吐時に必要な液体吐出ヘッド３への供給量は流量Ｆとなる。そうすると、第２の循環経路の場合、第１循環ポンプ（高圧側）１００１及び第１循環ポンプ（低圧側）１００２の設定流量の合計値、即ち必要供給流量の最大値はＡ又はＦの大きい方の値となる。このため、同一構成の吐出ユニット３００を使用する限り、第２循環経路における必要供給量の最大値（Ａ又はＦ）は、第１循環経路における必要供給流量の最大値（Ａ＋Ｆ）よりも必ず小さくなる。そのため、第２の循環経路の場合、適用可能な循環ポンプの自由度が高まる。これにより、例えば、構成の簡便な低コストの循環ポンプを使用したり、本体側経路に設置される冷却器（不図示）の負荷を低減したりすることができる。結果として、記録装置本体のコストを低減できるという利点がある。この利点は、Ａ又はＦの値が比較的大きくなるラインヘッドであるほど大きくなり、ラインヘッドの中でも長手方向の長さが長いラインヘッドほど有益である。

一方で、第１循環経路の方が、第２循環経路に対して有利になる点もある。すなわち、第２循環経路では、記録待機時に吐出ユニット３００内を流れる流量が最大であるため、記録Ｄｕｔｙの低い画像であるほど、各ノズルに高い負圧が印加された状態となる。このため、特に共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２の流路幅（インクの流れ方向と直交する方向の長さ）を小さくしてヘッド幅（液体吐出ヘッドの短手方向の長さ）を小さくした場合、ムラの見えやすい低Ｄｕｔｙ画像でノズルに高い負圧が印加される。これにより、サテライト滴の影響が大きくなる恐れがある。一方、第１循環経路の場合、高い負圧がノズルに印加されるのは高Ｄｕｔｙ画像の形成時であるため、仮にサテライト滴が発生しても視認されにくく、画像への影響は小さいという利点がある。２つの循環経路の選択は、液体吐出ヘッドおよび記録装置１０００本体の仕様（吐出流量Ｆ、最小循環流量Ａ、及びヘッド内流路の抵抗）に照らして、好ましい選択を採ることができる。このようなインクの流路を設けることにより、記録装置１０００において、液体吐出ヘッド３の内部と外部との間で、インクを循環させることが可能となる。

（液体吐出ヘッド）
第１の実施形態に係る液体吐出ヘッド３の構成について説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）はそれぞれ異なる方向から見た、本実施形態に係る液体吐出ヘッド３の斜視図である。本実施形態に係る液体吐出ヘッド３は、１つの記録素子基板１０で１色のインクを吐出可能な記録素子基板１０が直線上に１６個配列（インラインに配置）されたライン型の液体吐出ヘッドである。各色のインクを吐出する液体吐出ヘッド３はそれぞれ同様の構成となっている。なお、記録素子基板１０の数は、上記に限定するものではなく、記録装置１０００が対応可能な被記録媒体２の幅などに応じて設けられてよい。

図５（ａ）に示すように、液体吐出ヘッド３は、記録素子基板１０と、フレキシブル配線基板４０と、信号入力端子９１と電力供給端子９２が設けられた電気配線基板９０と、を備える。信号入力端子９１及び電力供給端子９２は記録装置１０００の制御部と電気的に接続され、それぞれ、吐出駆動信号及び吐出に必要な電力を記録素子基板１０に供給する。電気配線基板９０内の電気回路によって配線を集約することで、信号入力端子９１及び電力供給端子９２の数を記録素子基板１０の数に比べて少なくできる。これにより、記録装置１０００に対して液体吐出ヘッド３を組み付ける時又は液体吐出ヘッド３の交換時に取り外しが必要な電気接続部数が少なくて済む。液体吐出ヘッド３の両端部に設けられた接続部１１１は、記録装置１０００のインクの供給系と接続される。記録装置１０００の供給系から一方の接続部１１１を介して液体吐出ヘッド３にインクが供給され、液体吐出ヘッド３内を通ったインクは他方の接続部１１１を介して記録装置１０００の供給系へ回収されるようになっている。このように、液体吐出ヘッド３は、インクが記録装置１０００の経路と液体吐出ヘッド３の経路を介して循環可能な構成となっている。

図６は、液体吐出ヘッド３を構成する各部品またはユニットの分解斜視図を示す。液体吐出ヘッド３は、吐出ユニット３００、供給ユニット２２０、電気配線基板９０、および吐出ユニット支持部８１を含んで構成される。

本実施形態に係る液体吐出ヘッド３では、吐出ユニット３００に含まれる第２流路部材６０によって液体吐出ヘッド３の剛性を担保している。本実施形態における吐出ユニット支持部８１は第２流路部材６０の両端部に接続されており、吐出ユニット３００は記録装置１０００のキャリッジ（不図示）と機械的に結合されて、液体吐出ヘッド３の位置決めを行う。負圧制御ユニット２３０を備える供給ユニット２２０と、電気配線基板９０は、吐出ユニット支持部８１に結合される。２つの供給ユニット２２０内にはそれぞれフィルタ（図３、図４）が内蔵されている。２つの負圧制御ユニット２３０は、それぞれ異なる、相対的に高低の負圧で圧力を制御するように設定されている。また、図に示すように液体吐出ヘッド３の両端部にそれぞれ、高圧側と低圧側の負圧制御ユニット２３０を設置した場合、液体吐出ヘッド３の長手方向に延在する共通供給流路２１１と共通回収流路２１２におけるインクの流れが互いに対向する。これにより、共通供給流路２１１と共通回収流路２１２の間で熱交換が促進されて、２つの共通流路内における温度差が低減されるので、共通流路に沿って複数設けられる記録素子基板１０における温度差が付きにくく、温度差による記録ムラが生じにくくなる。

吐出ユニット３００は複数の吐出モジュール２００と流路部材２１０とを含み、吐出ユニット３００の被記録媒体２側の面にはカバー部材１３０が取り付けられる。ここで、カバー部材１３０は図６に示すように、長尺の開口１３１が設けられた部材であり、吐出モジュール２００に含まれる記録素子基板１０及び封止部材１１０（図１０（ａ））が開口１３１から露出している。開口１３１の周囲の枠部は、記録待機時に液体吐出ヘッド３をキャップするキャップ１００７（図１）と当接する当接面となる。このため、開口１３１の周囲に沿って接着材、封止材、充填材等を塗布して吐出ユニット３００の吐出口面側の凹凸や隙間を埋めて、液体吐出ヘッド３をキャップした状態でキャップ１００７の内部側に閉空間が形成されるようにすることが好ましい。

次に、吐出ユニット３００の流路部材２１０の詳細について説明する。流路部材２１０は、第１流路部材５０、第２流路部材６０を積層したものであり、供給ユニット２２０から供給されたインクを吐出モジュール２００それぞれへと分配する。また、流路部材２１０は、吐出モジュール２００から環流するインクを供給ユニット２２０へと戻すための流路部材として機能する。流路部材２１０の第２流路部材６０は、内部に共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２が形成された流路部材であるとともに、液体吐出ヘッド３の剛性を主に担うという機能を有する。このため、第２流路部材６０の材質としては、インクに対する十分な耐食性と高い機械強度を有するものが好ましい。具体的にはＳＵＳ（ステンレス）やＴｉ（チタン）、アルミナなどを好ましく用いることができる。

図７（ａ）は第１流路部材５０の、吐出モジュール２００がマウントされる側の面を示し、図７（ｂ）はその裏面である、第２流路部材６０と当接される側の面を示す図である。第１流路部材５０は吐出モジュール２００毎に対応して設けられており、複数の第１流路部材５０が配列されている。このように分割した構造を採ることで、複数のモジュールを配列させることで、液体吐出ヘッドの長さに対応することができる。そのため、例えば、Ｂ２サイズおよびそれ以上の長さに対応した比較的ロングスケールの液体吐出ヘッドに特に好適に適用できる。図７（ａ）に示すように、第１流路部材５０の連通口５１は吐出モジュール２００と流体的に連通する。また、図７（ｂ）に示すように、第１流路部材５０の個別連通口５３は第２流路部材６０の連通口６１と流体的に連通する。図７（ｃ）は第２流路部材６０の、第１流路部材５０と当接される側の面を示し、図７（ｄ）は第２流路部材６０の厚み方向中央部の断面を示し、図７（ｅ）は第２流路部材６０の、供給ユニット２２０と当接する側の面を示す図である。

第２流路部材６０の共通流路溝７１は、その一方が図３、図４に示す共通供給流路２１１であり、他方が共通回収流路２１２である。インクは、液体吐出ヘッド３の長手方向に沿って、一端側から他端側に流れる。

図８は、記録素子基板１０と流路部材２１０との接続関係を示す透視図である。図８に示すように、流路部材２１０内には、液体吐出ヘッド３の長手方向に伸びる一組の共通供給流路２１１及び共通回収流路２１２が設けられている。第２流路部材６０の連通口６１は、各々の第１流路部材５０の個別連通口５３と位置を合わせて接続されており、第２流路部材６０の連通口７２から共通供給流路２１１を介して第１流路部材５０の連通口５１へと連通する供給経路が形成されている。同様に、第２流路部材６０の連通口７２から共通回収流路２１２を介して第１流路部材５０の連通口５１へと連通する回収経路も形成されている。

図９は、図８のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における断面を示す図である。図９に示すように、共通供給流路２１１は、連通口６１、個別連通口５３、連通口５１を介して、吐出モジュール２００へ接続されている。すなわち、個別供給流路２１３ａ（図３、図４）は、連通口６１、個別連通口５３、連通口５１が含まれる。図９では不図示であるが、別の断面においては、個別回収流路２１３ｂが同様の経路で吐出モジュール２００へ接続されていることは、図８を参照すれば明らかである。記録素子基板１０それぞれには、吐出口１３に連通する流路が形成されており、供給したインクの一部または全部が、吐出動作を休止している吐出口１３（圧力室２３）を通過して、環流できるようになっている。また、共通供給流路２１１は負圧制御ユニット２３０（高圧側）と、共通回収流路２１２は負圧制御ユニット２３０（低圧側）と供給ユニット２２０を介して接続されている。その差圧によって、共通供給流路２１１から記録素子基板１０の吐出口１３（圧力室２３）を通過して共通回収流路２１２へと流れる流れが発生する。記録素子基板１０の構成については、図１２等を用いて後述する。

（吐出モジュール）
図１０（ａ）は１つの吐出モジュール２００の斜視図を示し、図１０（ｂ）はその分解図を示す。吐出モジュール２００は、記録素子基板１０と支持部材３０とフレキシブル配線基板４０とを含む。

吐出モジュール２００の製造方法の一例について説明する。まず、記録素子基板１０及びフレキシブル配線基板４０を、連通口３１が設けられた支持部材３０上に接着する。その後、記録素子基板１０上の端子１６と、フレキシブル配線基板４０上の端子４１とをワイヤーボンディングによって電気接続し、ワイヤーボンディング部（電気接続部）を封止部材１１０で覆って封止する。フレキシブル配線基板４０の記録素子基板１０と反対側の端子４２は、電気配線基板９０の接続端子と電気接続される。支持部材３０は、記録素子基板１０を支持する支持体であるとともに、記録素子基板１０と流路部材２１０とを流体的に連通させる流路部材であるため、平面度が高く、また十分に高い信頼性をもって記録素子基板１０と接合できるものが好ましい。材質としては例えばアルミナや樹脂材料が好ましい。

なお、記録素子基板１０の複数の吐出口列方向に沿った両辺部（記録素子基板１０の各長辺部）には複数の端子１６がそれぞれ配置され、それに電気接続されるフレキシブル配線基板４０も、１つの記録素子基板１０に対して２枚配置されている。このように構成することで、端子１６から記録素子（発熱素子）までの最大距離を短くして、記録素子基板１０内の配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減することができる。

（回復機構）
本実施形態に係る液体吐出ヘッド３に対して、回復ユニット４が設けられている。回復ユニット４は液体吐出ヘッド３の吐出性能を回復する機構を有する。そのような機構としては、上述した液体吐出ヘッド３のインク吐出面をキャッピングするキャップ１００７に加えて、液体吐出ヘッド３のインク吐出面をワイピングするワイパ機構、及び、インク吐出面から液体吐出ヘッド３内のインクを負圧吸引する吸引機構がある。

上述したように、液体吐出ヘッド３はそれぞれ、被記録媒体２幅方向に沿って、同じ長さの記録幅を有しており、液体吐出ヘッド３において、配列方向に沿って、ピッチで同じ数の記録素子基板１０が配列されている。

図１１は、回復ユニット４として備えられる吸引ワイパの配置構成を示す斜視図である。図１１において、Ｘ軸は被記録媒体２の搬送方向に平行な方向を示し、Ｙ軸は搬送方向に直交する幅方向を示し、Ｚ軸は搬送方向に直交する上下方向を示す。ここでは、説明を簡単にするために２つの液体吐出ヘッド３それぞれに対応して２つの吸引ワイパ６００Ａ、６００Ｂが配置される関係を図示している。なお、ここでは、２つの吸引ワイパを例に挙げて説明するが、液体吐出ヘッド３の数などに応じて設けられる数は変動してよい。

ただし、図１１に示されているように、吸引ワイパ６００Ａと吸引ワイパ６００ＢのＹ軸方向の位置はそれぞれ、Ｙ２、Ｙ１である。そして、これら２つの位置の間は距離Ｌだけ離されて、２つの吸引ワイパが設けられている。２つの吸引ワイパ６００Ａ、６００Ｂはそれぞれ、対応するホルダ６０１Ａ、６０１Ｂに固定される。吸引回復動作（吸引動作）が開始されると、これら２つのホルダは同一の駆動源（駆動モータ：不図示）により同時にＹ軸方向に液体吐出ヘッド３の一端から他端に向かって移動し、これら２つの液体吐出ヘッド３の吸引回復を行う。

より具体的には、２つの吸引ワイパ６００が２つの液体吐出ヘッド３の一端において、２つのホルダがＺ軸方向に上昇し、２つの吸引ワイパ６００の吸引口をそれぞれ、対応する２つの液体吐出ヘッド３のインク吐出面に当接する。その後、吸引ポンプ（不図示）を駆動し、吸引口内に負圧を発生させ、２つのホルダ６０１Ａ、６０２ＢをＹ軸方向に移動させながら払拭し、且つ、インクを吸引する吸引回復を行う。なお、この吸引回復動作によって、吸引された廃インクは、２つのホルダ６０１Ａ、６０１Ｂにそれぞれ備えられたチューブ６０２Ａ、６０２Ｂを介して排出される。この実施形態では、２つの吸引ワイパに対して共通の負圧発生源として、１つの吸引ポンプ（不図示）が設けられ、吸引力を発生するように構成されている。なお、吸引ワイパ６００は、走査方向において、行きと帰りでそれぞれ吸引動作が可能なように構成されてよい。

（記録素子基板）
図１２（ａ）は、液体吐出ヘッド用基板としての記録素子基板１０の吐出口１３が配される側の面の模式図である。図１２（ｃ）は、図１２（ａ）の面の裏面を示す模式図である。図１２（ｂ）は、図１２（ｃ）において、記録素子基板１０の裏面側に設けられている蓋部材２０を除去した場合の記録素子基板１０の面を示す模式図である。図１２（ｄ）は、図１２（ａ）の破線ＸＤで囲われた部分の拡大図である。図１３は、記録素子基板１０の断面を示す斜視図である。

記録素子基板１０は、シリコン基体１２０に複数の層が積層されて構成された基板１１、感光性の樹脂により形成される吐出口形成部材１２、及び、基板１１の裏面に接合される蓋部材２０を含んで構成される。記録素子基板１０の吐出口形成部材１２には複数の吐出口列１４が形成されている。なお、以後、複数の吐出口１３が配列される吐出口列１４が延びる方向を「吐出口列方向」と呼称する。基板１１には記録素子１５が形成されており、裏面側には、吐出口列方向に沿って延在する供給路１８および回収路１９を構成する溝が形成されている。記録素子１５は、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子である。図１２（ｂ）に示すように、記録素子基板１０の裏面には吐出口列方向に沿って延在する供給路１８と回収路１９とが設けられており、吐出口列１４に対する一方の側には供給路１８が、他方の側には回収路１９がそれぞれ設けられている。また、供給路１８と回収路１９とは吐出口列方向に交差する方向において交互に設けられている。

また、図１２（ｄ）に示すように、吐出口列方向に沿って、供給路１８に接続される複数の供給口１７ａが配列されて供給口列をなしており、回収路１９に接続される複数の回収口１７ｂが回収口列をなしている。

図１２（ｃ）および図１３に示すように、基板１１の、吐出口形成部材１２が設けられる面の裏面にはシート状の蓋部材２０が積層されている。蓋部材２０には、供給路１８及び回収路１９に連通する開口２１が複数設けられている。蓋部材２０に設けられた開口２１それぞれは、支持部材３０の連通口３１を介して第１流路部材５０の連通口５１と連通している。蓋部材２０は、記録素子基板１０の基板１１に形成される供給路１８及び回収路１９の壁の一部を形成する蓋としての機能を有する。蓋部材２０は、インクに対して十分な耐食性を有しているものが好ましく、また、開口２１の開口形状および開口位置には高い精度が求められる。そのため、蓋部材２０の材質として感光性樹脂材料やシリコン板を用いることが好ましく、フォトリソプロセスによって開口２１を設けることが好ましい。このように蓋部材２０は開口２１により流路のピッチを変換するものであり、圧力損失を考慮すると厚みは薄いことが望ましく、フィルム状の部材で構成されることが望ましい。

なお、本実施形態に係る液体吐出ヘッド３は平行四辺形の形状の同じサイズの記録素子基板１０を複数、Ｙ軸方向に繋いで配置して記録幅を長くしたフルラインヘッドを用いている。しかしながら、ヘッド基板の形状は、必ずしも平行四辺形である必要はなく、矩形形状のヘッド基板を複数、Ｙ軸方向に並べて配置してもよい。また、台形形状のヘッド基板を複数、上辺と下辺の位置を互い違いにしながらＹ軸方向に配置する構成でもよい。

図１２（ｄ）に示すように、吐出口１３に対応した位置にはインクを熱エネルギーにより発泡させるための発熱抵抗体としての記録素子１５が配置されている。隔壁２２により、記録素子１５を内部に備える圧力室２３が区画されている。記録素子１５は記録素子基板１０に設けられる電気配線によって、図１２（ａ）の端子１６と電気的に接続されている。記録装置１０００の制御回路から、電気配線基板９０（図６）及びフレキシブル配線基板４０（図１０）を介して入力されるパルス信号に基づいて記録素子１５が発熱してインクを沸騰させる。この沸騰による発泡の力でインクを吐出口１３から吐出する。なお、記録素子１５は後述するように基板１１に設けられた複数の層で覆われているが、図１２（ｄ）や図１３では記録素子１５を基板１１の表面に模式的に図示している。

次に、記録素子基板１０内でのインクの流れについて説明する。基板１１と蓋部材２０によって形成される供給路１８及び回収路１９はそれぞれ、流路部材２１０内の共通供給流路２１１と共通回収流路２１２と接続されており、供給路１８と回収路１９との間には差圧が生じている。液体吐出ヘッド３の複数の吐出口１３からインクを吐出している際に、吐出動作を行っていない吐出口１３においては、この差圧によって、供給路１８から、供給口１７ａ、圧力室２３、回収口１７ｂを経由して回収路１９へインクが流れる（図１３の矢印Ｃ）。この流れによって、記録を停止している吐出口１３や圧力室２３において、吐出口１３からの蒸発によって生じる増粘インクや、泡・異物などを回収路１９へ回収することができる。また吐出口１３や圧力室２３のインクの増粘を抑制することができる。回収路１９へ回収されたインクは、蓋部材２０の開口２１及び支持部材３０の連通口３１（図９）を通じ、流路部材２１０の連通口５１、個別回収流路２１３ｂ、共通回収流路２１２の順に回収され、最終的には記録装置１０００の供給経路へと回収される。

なお、図３および図４に示すように、吐出ユニット３００の共通供給流路２１１の一端から流入した全てのインクが個別供給流路２１３ａを経由して圧力室２３に供給されるわけではない。すなわち、個別供給流路２１３ａに流入することなく、共通供給流路２１１の他端から供給ユニット２２０に流動するインクもある。このように、記録素子基板１０を経由することなく流動する経路を備えることで、本実施形態のような微細で流抵抗の大きい流路を備える記録素子基板１０を備える場合であっても、インクの循環流の逆流を抑制することができる。このようにして、本実施形態の液体吐出ヘッド３では、圧力室２３や吐出口１３の近傍部のインクの増粘を抑制できるので吐出のヨレや不吐を抑制でき、結果として高画質な記録を行うことができる。

図１４（ａ）は、記録素子基板１０の熱作用部１２４ａが設けられた面の、熱作用部１２４ａの付近を拡大して模式的に示す平面図である。また、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）におけるＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿った模式的な断面図である。なお、図１４（ａ）では図１４（ｂ）に示す第２密着層１２２を省略している。熱作用部１２４ａは、インクを発泡させるためにインクと接し、インクに熱を付与する部分である。

記録素子基板１０に含まれる基板１１は、シリコン基体１２０上に、複数の層が積層されて形成されている。本実施形態では、シリコン基体１２０上に、熱酸化膜、ＳｉＯ（一酸化ケイ素）膜、ＳｉＮ（窒化ケイ素）膜等によって形成される蓄熱層１２１が配置されている。また、蓄熱層１２１上には、記録素子１５としての発熱抵抗体１２６が配置されている。基体１３３は、シリコン基体１２０と蓄熱層１２１とを含み、基体１３３の表面１３３ａ側に発熱抵抗体１２６が備えられている。発熱抵抗体１２６には、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｌ−Ｓｉ（アルミシリコン合金）、Ａｌ−Ｃｕ（アルミ銅合金）等の金属材料から形成される配線としての電極配線層１３２がタングステン等で形成されるプラグ１２８を介して接続されている。プラグ１２８は、発熱抵抗体１２６に対して対をなして配置されており、発熱抵抗体１２６のうちのプラグ１２８を介して電流が流れる部分がインクの吐出のための発熱部として機能する。プラグ１２８や電極配線層１３２は蓄熱層１２１の内部に形成されている。発熱抵抗体１２６上には、発熱抵抗体１２６を覆うように絶縁保護層１２７が配置されている。絶縁保護層１２７は、例えば、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜等によって形成されている。

絶縁保護層１２７上には、第１保護層１２５と第２保護層１２４とが配置されている。これらの保護層は、発熱抵抗体１２６の発熱に伴う化学的、物理的衝撃から発熱抵抗体１２６の表面を保護するための役割を備えている。例えば、第１保護層１２５はタンタル（Ｔａ）、第２保護層１２４はイリジウム（Ｉｒ）によって形成されている。また、これらの材料によって形成された保護層は、導電性を有している。

また、第２保護層１２４上には第１密着層１２３と第２密着層１２２とが配置されている。第１密着層１２３は第２保護層１２４と他の層との密着性を向上するための役割を備えており、第１密着層１２３は例えばタンタル（Ｔａ）によって形成されている。第２密着層１２２は他の層をインクから保護するためおよび吐出口形成部材１２との密着性を向上するための役割を備えており、第２密着層１２２は例えばＳｉＣ（シリコンカーバイト）やＳｉＣＮ（窒素添加シリコンカーバイト）によって形成されている。

吐出口形成部材１２は、基板１１の第２密着層１２２側の面に接合されており、基板１１との間で圧力室２３を含む流路２４を形成している。流路２４は、供給口１７ａと回収口１７ｂとを含み、吐出口形成部材１２と基板１１とで囲われた領域である。また、吐出口形成部材１２は、隣接する熱作用部１２４ａの間に設けられた隔壁２２を有しており、この隔壁２２によって圧力室２３が区画されている。

インクの吐出が行われる際には、第２保護層１２４のうちの発熱抵抗体１２６を覆い、インクと接する熱作用部１２４ａ上では、インクの温度が瞬間的に上昇してインクが発泡し、消泡してキャビテーションが生じる。そのため、熱作用部１２４ａを含む第２保護層１２４は、耐食性が高く、キャビテーション耐性の高いイリジウムによって形成されている。この第２保護層１２４の熱作用部１２４ａは、基体１３３の表面１３３ａに直交する方向からみて、供給口１７ａと回収口１７ｂとの間に配置されている。なお、「供給口１７ａと回収口１７ｂとの間に配置される」とは、熱作用部１２４ａの少なくとも一部が供給口１７ａと回収口１７ｂとの間に位置することである。

また、後述するコゲ発生抑制処理に用いる電極１２９ａが、流路２４内の、供給口１７ａから回収口１７ｂへ向かうインクの流れ方向における第２保護層１２４の熱作用部１２４ａよりも下流側に配置されている。言い換えると、電極１２９は熱作用部１２４ａに対する回収口１７ｂの側に配置されている。また、図１２（ｄ）に示すように、複数の熱作用部１２４ａの配列方向における一方の側に供給口１７ａが配置され、他方の側に回収口１７ｂが配置されている場合、電極１２９ａは熱作用部１２４ａの列に対する回収口１７ｂの側に配置される。なお、製造工程の負荷を抑えるために、電極１２９ａを構成する電極層１２９も第２保護層１２４と同じ材料（ここではイリジウム）で形成されることが好ましい。

［コゲ発生抑制処理］
本実施形態では、インク吐出動作の際に発熱抵抗体１２６上の第２保護層１２４に堆積するコゲを抑制するために、コゲ発生抑制処理を行う。具体的には、第２保護層１２４の熱作用部１２４ａを第１電極とし、同じ流路２４内に設けた電極１２９ａを第２電極とし、これらの対の電極を用いてインクに電界を形成させる。そのため、第２保護層１２４の熱作用部１２４ａや電極１２９ａは、記録素子基板１０内部の配線を介して記録素子基板１０の端子１６と電気的に接続されており、記録素子基板１０の外部から熱作用部１２４ａや電極１２９ａに電位を付与可能な構成である。なお、本実施形態に係るコゲ発生抑制処理では、熱作用部１２４ａと電極１２９ａとの間のインク中に電界を形成させるが、インクを介して熱作用部１２４ａと電極１２９ａとの間に電流が流れていない状態とする。

この際、インクに含まれる負電位に帯電した顔料（色材）や添加物等の粒子を第２保護層１２４の熱作用部１２４ａから反発させるように電界を形成することでコゲの要因となる粒子を熱作用部１２４ａから遠ざける。コゲは、顔料（色材）や添加物が高温加熱されて分子レベルで分解され、難溶性の物質に変化し、第２保護層１２４の熱作用部１２４ａ上に物理吸着される現象である。したがって、第２保護層１２４の熱作用部１２４ａ近傍の負電位に帯電した顔料等の粒子の存在率を低下させることによって、発熱抵抗体１２６上の第２保護層１２４の熱作用部１２４ａに堆積するコゲを抑制することができる。なお、インクが正電位に帯電した粒子を含む場合であっても、正電位に帯電した粒子を熱作用部１２４ａから反発させるように、熱作用部１２４ａと電極１２９ａとの間に電界を形成すればよい。

上述したように、圧力室２３内では供給口１７ａからインクが供給され、回収口１７ｂへインクが回収されるインクの流れが生じている。すなわち、圧力室２３を含む流路２４では、供給口１７ａから供給されたインクが回収口１７ｂを通って回収されるインク循環が行われている。このインク循環は、少なくともインク吐出動作が行われる際に行われる。

上述の通り、電極１２９ａは、供給口１７ａから回収口１７ｂへ向かうインクの流れ方向において第２保護層１２４の熱作用部１２４ａよりも下流側に配置されている。したがって、第２保護層１２４の熱作用部１２４ａ近傍にあるコゲ原因となる帯電した粒子は、インクに形成された電界による熱作用部１２４ａからの反発力に加え、インクの流れによって電極１２９ａの方向へ向かう慣性力を受ける。そのため、インク吐出の際に加熱される熱作用部１２４ａ近傍における帯電粒子の存在率をより低下させることができる。このように、電極１２９ａを熱作用部１２４ａよりもインク循環の流れ方向における下流側に配置し、インクを流しながらインクに電界を形成して帯電粒子を熱作用部１２４ａから反発させるコゲ発生抑制処理を行うことで、コゲ発生を一層抑制できる。

また、本実施形態では、電極１２９ａは、第２保護層１２４の熱作用部１２４ａと回収口１７ｂとの間には配置されておらず、回収口１７ｂの熱作用部１２４ａに近い側の縁部よりも熱作用部１２４ａから離れた位置に配置されている。このように電極１２９ａを配置することで、熱作用部１２４ａと回収口１７ｂとの距離Ｌ２が長くなることを抑えることができる。また、熱作用部１２４ａと供給口１７ａとの距離Ｌ１および熱作用部１２４ａと回収口１７ｂとの距離Ｌ２が短く、両者を等しくすることができる。これにより、インク吐出のための発泡後、インクが供給口１７ａと回収口１７ｂとの両方から充填され、インクの充填時間を短くすることができ、液体吐出ヘッド３の高速駆動を実現できる。

なお、上述したようにインク吐出のための発泡後、インクが供給口１７ａと回収口１７ｂとの両方から供給されるため、発泡直後は流路２４内におけるインクの流れが一時的に変化する。しかし、その後、インクは供給口１７ａから回収口１７ｂの方向へ流れる。インクの流れ方向とは、このような一時的に変化したインクの流れ方向ではなく、供給口１７ａから回収口１７ｂへ向かう定常的な流れ方向のことを称す。

また、熱作用部１２４ａから帯電粒子が反発されるように、熱作用部１２４ａと電極１２９ａとの間に電圧を印加すればよい。すなわち、熱作用部１２４ａの側に電位を付与し、電極１２９ａの電位をグランドとしてもよく、また、熱作用部１２４ａおよび電極１２９ａの両方に電位を付与してもよい。

なお、負電位に帯電した粒子を熱作用部１２４ａから効率的に反発させるために、熱作用部１２４ａに対する電極１２９ａの電位を＋０．５０Ｖ以上とすることが好ましい。また、熱作用部１２４ａや電極１２９ａがイリジウムを含んで形成されている場合、熱作用部１２４ａに対する電極１２９ａの電位を＋２．５Ｖ以下とすることが好ましい。＋２．５Ｖよりも大きくすると、電極１２９ａとインクとの間で電気化学反応が生じ、電極１２９ａに含まれるイリジウムがインクへ溶出する恐れがあるためである。その結果、インクを介して熱作用部１２４ａと電極１２９ａとの間に電流が流れることになる。そのため、コゲ発生抑制処理を行う際には、熱作用部１２４ａと電極１２９ａとの間のインクに電界を形成しつつ、インクを介して両電極間に電流が流れない状態とする。

［コゲ発生抑制処理時の泡発生］
上記のように、熱作用部上のコゲを除去するために上部保護層１０７を電気化学反応により溶出させると、反応に伴って気泡が発生する。このように発生した気泡が均一な上部保護層１０７のインク中への溶出を妨げる原因となる可能性がある。特に近年では、吐出するインクの液滴サイズが数ピコリットル〜１ピコリットル、さらには１ピコリットル以下のインクジェットヘッドが実現、あるいは提案されている。このように、インク液滴サイズが非常に小さい場合に、上述したようなコゲ除去方法をそのまま用いると、電気化学反応によって発生した気泡が上部保護層１０７とインクとの反応を一部阻害し、均一かつ確実なコゲ除去が十分に行えないことがある。

そこで、本実施形態では、上部保護層１０７を電気化学反応により溶出させるための上部保護層１０７への電圧印加を、インク吸引動作を開始した後に行うクリーニング方法を採用する。これにより、電気化学反応によって発生する気泡が大きく成長することなく、インク吸引によって排出されるため、均一かつ確実にコゲを除去することを可能とする。

［コゲ除去実験］
吐出するインク液滴量が５ピコリットルの液体吐出ヘッド３を用いた形態と、比較例に対してコゲの除去動作に関する実験を行い、検証した本実施形態の効果について説明する。上記の液体吐出ヘッド３と、本実施形態のクリーニング方法を用いて、コゲの除去実験を実施した。実験方法は、熱作用部１０８上にコゲが堆積するように所定条件で発熱部を駆動した後、上部保護層１０７に通電することによりコゲ除去処理を実施するものとした。インクはＢＣＩ−６ｅ Ｍ（キヤノン製）を用いた。

まず、電圧２０Ｖおよび幅１．５μｓの駆動パルスを周波数５ｋＨｚで５．０×１０６回、発熱部（記録素子１５）に印加した。図１６（ａ）に示すように、熱作用部１０８上には、ほぼ均一にコゲと呼ばれる不純物Ｋが堆積していた。この状態の液体吐出ヘッド３を用いた記録を行うと、コゲＫの堆積により記録品位が低下していることが確認された。なお、ここでは説明を簡略化するために熱作用部１０８上と記載しているが、コゲは熱作用部１０８の周辺に発生しうる。

次に、上部保護層１０７に接続している接続部１１１に１０ＶのＤＣ電圧を３０秒間印加した。このとき、上部保護層１０７の領域１０７ａをアノード電極、領域１０７ｂをカソード電極とした。さらに、図１７（ａ）のタイミング図に示すように、ｔ＝ｔ１でＤＣ電圧を印加することによって電気化学反応が開始する前に、ｔ＝ｔ０で回復ポンプを用いた吸引回復を開始した。図１７（ａ）は、横軸が時間の経過を示す。そして、電圧印加に伴って、上部保護層１０７の領域１０７ａより発生する気泡を、インクと共に強制的に排出させながら、ｔ２まで上部保護層１０７の溶出によるコゲ除去処理を実施した。なお、吸引回復はＤＣ電圧の印加が終了した後、ｔ３で終了した。つまり、図１７（ａ）において、インク吸引はｔ０〜ｔ３の期間に行われ、ＤＣ電圧の印加はｔ１〜ｔ２の期間に行われる。

図１６（ｂ）に示すように、コゲの除去動作によって熱作用部１０８上からは、それまで堆積していたコゲＫが除去されていることが確認された。この状態の液体吐出ヘッド３を用いた記録を行うと、記録品位は初期とほぼ同等の状態まで回復していることが確認された。

この結果から明らかなように、上部保護層１０７を溶出させるための電気化学反応を、インク吸引中に行うことによって、電気化学反応で発生する気泡が、上部保護層１０７に付着することなくインクと共に排出される。従って、インク液滴が数ピコリットル以下と小さい場合でも、インクと上部保護層１０７との電気化学反応が阻害されず、インクへの溶出が均一かつ確実に行われるため、長期の使用においてもコゲ除去が可能となる。

次に、比較例としての現象を確認するために、電気化学反応のための電圧印加開始後に、回復ポンプを用いたインク吸引を開始し、コゲ除去処理を実施した。なお、インクの吸引動作は電圧の印加終了まで行った。つまり、図１７（ａ）に示す形態では、インク吸引の期間が電圧印加の期間を包含するような制御を行ったが、比較例では、ｔ１の方がｔ０よりも時間的に先となるように制御する。まず、電圧２０Ｖおよび幅１．５μｓの駆動パルスを周波数５ｋＨｚで５．０×１０６回、発熱部（記録素子１５）に印可した。図１６（ａ）に示すように、熱作用部１０８上には、ほぼ均一にコゲと呼ばれる不純物Ｋが堆積していた。この状態の液体吐出ヘッド３を用いた記録を行うと、コゲＫの堆積により記録品位が低下していることが確認された。そして、上述した条件によりコゲ除去処理を実施したが、本実施形態と異なり、図１６（ｃ）に示すように、コゲＫが一部堆積したままであった。

このような現象が発生するのを確認するため、インク吸引を電圧印加中に停止し、上部保護層１０７の領域を観察した。その結果、図１６（ｄ）から分かるように、電気化学反応で発生した気泡ＢＢが、上部保護層１０７上に付着していた。この気泡ＢＢが上部保護層１０７とインクとの電気化学反応を阻害したため、この領域のコゲが除去されなかったと考えられる。一方、上部保護層１０７の一部の領域には気泡が付着しなかったため反応が進み、この一部の領域に付着していたコゲＫは除去できた。しかしながら、インクに触れる箇所、つまり気泡によって阻害されなかった場所に、電気化学反応のための電圧が集中して印加されることとなった。このため、長期の使用を続けた場合、この領域の上部保護層１０７のインクへの溶出が過剰に進み、均一な上部保護層１０７の膜厚が維持できないことが明らかになった。

以上の実験結果を図１８（ａ）に示す。ここでの記録品位は、所定の基準に従って、記録物としての品質が適切なものか否かを判定している。図１８（ａ）に示す実験結果から明らかなように、上部保護層１０７の溶出を均一かつ確実に行うためには、インク吸引を実施しながら電気化学反応を実施することが適切であることが分かる。特に吐出するインク液適量が数ピコリットル以下である場合は、発生する気泡を上部保護層１０７とインクとの反応を阻害するまで成長させることなく、インクと共に排出しながら、上部保護層１０７を溶出させるコゲ除去方法を選定すべきことが分かる。

以上より、インクの回復処理の開始を上部保護層１０７の電気化学反応を開始する前より行うことで、電気化学反応で発生する気泡による反応阻害を防ぎ、上部保護層１０７を均一かつ確実に溶出させることができる。図１７（ａ）に示すように、ｔ０＜ｔ１となれば上記の効果が得られる。ここで、一般的に電極材料が溶液中に電気化学反応によって溶出する際には、電圧を印加したのとほぼ同時に電極表面の近傍に電気二重層とよばれる層が形成され、その後、溶出反応が進むとされている。この電気二重層を形成するのに要する時間は、概ね０．０１秒台である。そのため、図１７（ａ）において、電圧印加を開始する時間ｔ１と、インク吸引を開始する時間ｔ０がｔ０＝ｔ１となった場合においても、上記で示したクリーニング方法の効果を得ることが可能である。

［吸引時間の短縮化］
上記のように電圧印加を開始する時間ｔ１と、インク吸引を開始する時間ｔ０がｔ０＜＝ｔ１となれば、電気化学反応で発生する気泡による反応阻害を防ぎ、上部保護層１０７を均一かつ確実に溶出させることが可能となる。しかしながら、電圧印加を終了する時間ｔ２と、インク吸引を終了する時間ｔ３がｔ２＜＝ｔ３、つまり、電位付与終了後に排出動作も終了するため、電位付与を実施している間は常にインクを排出することとなる。インク吸引時間が長くなればなるほど、廃インク量は増加してしまうため、本実施形態では、インク吸引動作の時間を減らしつつで反応阻害を防ぐように制御する。

（吸引タイミング選定）
最低限のインク吸引動作で、反応阻害抑制が可能である適切な吸引タイミングを探すための実験を行った。具体的には、３０秒間コゲ除去処理用の電圧をかけ、インク吸引の有無、及び、そのタイミングによって、コゲ除去処理の反応が十分に行われているかどうかを判定するというものである。その結果を図１８（ｂ）に示す。

図１８（ｂ）に示す実験結果からも分かる通り、インク吸引動作を行わない場合は、反応時に発生する泡が阻害してしまい、焦げ取りの反応が十分に行われない。また電圧を印加してから、５秒後と２５秒後では、かけない場合と同様に、発生する泡が大きくなりすぎて反応を阻害してしまう。しかしながら、電圧を印加してから１０〜２０秒後に吸引動作を入れると、泡は反応を阻害するほど大きくならず、コゲ除去制御に必要な反応は十分に行われた。つまり、電圧を印加の開始時間からの経過時間に応じて、コゲ除去制御に必要な反応が十分に行われる場合と行われない場合とがある。

上記を踏まえ、本発明では、図１７（ｂ）に示すように、電圧の印加の開始タイミングからの経過時間を考慮して制御を行う。図１７（ｂ）において、ｔ１〜ｔ２の期間は電圧が印加される期間である。また、ｔ０〜ｔ３の期間およびｔ０’〜ｔ３’の期間はインク吸引が行われる期間である。ｔ０、ｔ０’のタイミングは、図１８（ｂ）に示した結果に基づき、印加の開始タイミングからの所定の時間（１０秒〜２０秒）経過後のタイミングとして規定される。また、ｔ０〜ｔ３の期間およびｔ０’〜ｔ３’の期間は、コゲ及び気泡の排出に要する時間として規定される。なお、ｔ０〜ｔ３の期間とｔ０’〜ｔ３’の期間は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

［コゲ除去処理時の動作フロー］
前述のとおり、コゲ除去処理のための高い電位をかけると多くの気泡が発生する。このような状態のままインク循環を実施してしまうと、その気泡は吐出口裏に回ってしまい、排出することが困難となる。その結果、より長期的な不吐を招く可能性が高くなるため、コゲ除去処理時はインク循環を一度停止させる必要があり、またインク循環開始前には一度気泡を含むインクを排出する必要がある。その排出手段として本実施形態ではインク吸引を実施する。

なお、本実施形態では吸引動作を吸引ワイパ６００にて行う。以下に説明する図１５のＳ２〜Ｓ５は３つの記録素子基板１０毎に行う。すなわち、３つの記録素子基板１０に対して同時に電位付与し、電位付与されている記録素子基板１０と当接しながら吸引ワイパ６００で順に吐出口に対する吸引を行う。図１８（ｂ）に示すように電圧付与開始から所定の時間（１０秒〜２０秒）の期間にて吸引動作を行うのが望ましいため、そのタイミングで３つの記録素子基板１０を吸引できるように吸引ワイパ６００を走査させる。図１５のＳ２〜Ｓ５におけるコゲ除去処理を全ての記録素子基板１０に対して行ってから、Ｓ６で吸引ワイパ６００をラインヘッド長手方向の一端から他端まで走査させることで全チップの吸引動作を行う。なお、吸引ワイパ６００による吸引対象の記録素子基板１０の数は、上記に限定するものではなく、記録装置１０００が対応可能な処理速度（走査速度）や記録素子基板１０の数などに応じて変動してよい。

図１５に本実施形態に係る記録装置１０００によって実施される記録動作のフローを示す。本動作は、本実施形態に係る印刷部４００Ｂにより動作が制御される。ここでは、説明を簡潔にするために動作の主体を印刷部４００Ｂとして説明する。また、本処理が開始する時点では、液体吐出ヘッド３に対して、キャップ１００７が装着されている状態とする。

Ｓ１にて、印刷部４００Ｂは、記録装置１０００にコゲ除去処理の命令が入ると、液体吐出ヘッド３の流路２４内におけるインク循環を停止させる。具体的には、図３、図４に示した各種ポンプを制御し、液体吐出ヘッド３内へのインクの供給を停止する。

Ｓ２にて、印刷部４００Ｂは、液体吐出ヘッド３の処理対象の記録素子基板１０に電位の付与を順次開始させる。ここでの電位は、コゲ除去処理用の電位であり、本実施形態では、図１８（ａ）に示した電位が印加されるものとする。

Ｓ３にて、印刷部４００Ｂは、液体吐出ヘッド３からキャップ１００７を外した状態とする。

Ｓ４にて、印刷部４００Ｂは、液体吐出ヘッド３に対する吸引動作を開始させる。ここでの開始タイミングは、図１７（ｂ）や図１８（ｂ）にて示したタイミングにて行われる。上述したように、複数の記録素子基板１０（本例では、３つ）に対して同時に行われる場合には、図１８（ｂ）に示した期間内に、吸引動作が行われるように、吸引ワイパ６００の走査を制御する。

Ｓ５にて、印刷部４００Ｂは、液体吐出ヘッド３における全チップでのコゲ除去処理が終了するまで、処理を繰り返す。本実施形態では、記録素子基板１０それぞれに対するコゲ除去処理を行う上で、インク吸引と電圧印加の期間の関係性が、図１７（ｂ）に示した関係となるように制御する。

Ｓ６にて、印刷部４００Ｂは、全ての記録素子基板１０に対するコゲ除去処理が終了した後、吸引動作を再度開始させ、コゲ除去処理によって発生した気泡の除去を行う。ここでの吸引動作のタイミングは、図１７（ｂ）のｔ０’〜ｔ３’にて示したタイミングとなる。

Ｓ７にて、印刷部４００Ｂは、気泡除去終了後、インク循環を再開させる。具体的には、図３、図４に示した各種ポンプを制御し、液体吐出ヘッド３内へのインクの供給を開始する。これにより、液体吐出ヘッド３内にインクを充填・循環させる。

Ｓ８にて、印刷部４００Ｂは、液体吐出ヘッド３からキャップ１００７上にインクを吐出させる。これにより、次回の記録に備えて、液体吐出ヘッド３の吐出口１３からインクが吐出可能な状態とする。

Ｓ９にて、印刷部４００Ｂは、吐出動作終了後、液体吐出ヘッド３にキャップ１００７をする。そして、本処理フローを終了する。

以上、本実施形態により、循環による安定した吐出を実現しながら、液体吐出ヘッドの素子基板におけるコゲの除去を可能にし、より長期的な安定した吐出を実現することが可能となる。また、吸引動作を制限することで、廃インクのインク量を削減することが可能となる。

＜その他の実施形態＞
本発明は上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムをネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。

２…被記録媒体、３…液体吐出ヘッド、１０…記録素子基板、６００…吸引ワイパ、１０００…記録装置、１００７…キャップ

Claims (13)

1. 発熱素子が発熱することで吐出口からインクを吐出させる液体吐出ヘッドと、
   前記液体吐出ヘッドへ供給されるインクを貯留するタンクと、
   前記液体吐出ヘッドと前記タンクとの間におけるインクの循環を制御するインク循環手段と、
   前記発熱素子の周辺に発生するコゲに対する除去動作を制御するコゲ除去手段と、を備え、
   前記インク循環手段は、前記コゲ除去手段による前記除去動作のタイミングに応じて、インクの循環を制御することを特徴とするインクジェット記録装置。
2. 前記インク循環手段によりインクの循環を停止した後、前記コゲ除去手段による前記除去動作が行われ、
   前記コゲ除去手段による前記除去動作が終了した後に、前記インク循環手段によりインクの循環が再開されることを特徴とする請求項１に記載のインクジェット記録装置。
3. 前記液体吐出ヘッドの前記吐出口に対して吸引動作を行う吸引手段を更に備え、
   前記コゲ除去手段は、前記除去動作において前記発熱素子への電圧の印加を行い、前記印加を開始してから所定の時間の経過後に、前記吸引手段による吸引動作を行わせることを特徴とする請求項１または２に記載のインクジェット記録装置。
4. 前記コゲ除去手段は、前記除去動作の終了後で、かつ、前記インク循環手段によるインクの循環を再開させる前に、前記吸引手段による吸引動作を行わせることを特徴とする請求項３に記載のインクジェット記録装置。
5. 前記液体吐出ヘッドは、記録媒体の幅に相当するように前記吐出口が第１方向に配列された吐出口面を有し、
   前記吸引手段は、前記吐出口面に当接し前記第１方向に移動しながら吸引する吸引ワイパであることを特徴とする請求項３または４に記載のインクジェット記録装置。
6. 前記液体吐出ヘッドは、複数の前記発熱素子を備え、
   前記コゲ除去手段は、前記複数の発熱素子に対し、所定の数ごとに除去動作を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインクジェット記録装置。
7. 発熱素子が発熱することで吐出口からインクを吐出させる液体吐出ヘッドと、前記液体吐出ヘッドへ供給されるインクを貯留するタンクと、を備えるインクジェット記録装置の制御方法であって、
   前記液体吐出ヘッドと前記タンクとの間でインクを循環させるインク循環手段による循環工程と、
   前記発熱素子の周辺に発生するコゲに対する除去動作を行うコゲ除去手段による除去工程と、を有し、前記除去工程のタイミングに応じて前記循環工程が制御されることを特徴とする制御方法。
8. 前記除去工程は、前記インク循環手段によるインクの循環を停止した後に行われ、前記循環工程は、前記除去工程が終了した後に再開されることを特徴とする請求項７に記載の制御方法。
9. 前記液体吐出ヘッドの前記吐出口に対して吸引動作を行う吸引工程を更に有し、
   前記吸引工程は、前記除去工程において前記コゲ除去手段により前記発熱素子への電圧の印加を開始してから所定の時間の経過後に行われることを特徴とする請求項７または８に記載の制御方法。
10. 前記吸引工程は、前記除去工程の終了後であって、前記循環工程が再開される前に行われることを特徴とする請求項９に記載の制御方法。
11. 前記液体吐出ヘッドは、記録媒体の幅に相当するように前記吐出口が第１方向に配列された吐出口面を有し、
    前記吸引工程は、前記吐出口面に当接し前記第１方向に移動しながら吸引する吸引ワイパによって前記吸引動作を行うことを特徴とする請求項９または１０に記載の制御方法。
12. 前記液体吐出ヘッドは、複数の前記発熱素子を備え、
    前記除去工程は、前記複数の発熱素子に対して所定の数ごとに行われることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の制御方法。
13. 発熱素子が発熱することで吐出口からインクを吐出させる液体吐出ヘッドのクリーニング方法であって、
    前記液体吐出ヘッドは、前記液体吐出ヘッドへ供給されるインクを貯留するタンクとの間でインクを循環させることが可能であり、
    前記発熱素子の周辺に発生するコゲに対する除去動作を行うタイミングに応じて、インクの循環が制御されることを特徴とするクリーニング方法。

Images