JP6307904B2 - 液体噴射装置、および、液体噴射装置の制御方法 - Google Patents

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、およびその制御方法に関し、特に、ノズルから液体を噴射させて液体噴射ヘッドの噴射能力を回復させるメンテナンス処理を行う液体噴射装置、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。

ここで、上記の液体噴射装置では、液体噴射ヘッドのノズルに露出したインクの表面（メニスカス）を通じて溶媒が蒸発して当該ヘッド内の液体が増粘することによって、ノズルから液体が噴射されなかったり、或はノズルから噴射された液体の飛翔方向が曲がったりする等の噴射不良が生じる場合がある。このため、この種の液体噴射装置では、上記噴射不良を抑制するために、記録媒体等の着弾対象に対する液体の噴射処理とは別に、ノズルから液体を強制的に噴射させるフラッシングと呼ばれるメンテナンス処理が行われている。具体的には、例えば、上記噴射処理中において一定時間経過する毎、あるいは、所定回数のパス（液体噴射ヘッドの走査単位）を行う毎などに、記録媒体から外れた位置にあるインク受け部材まで記録ヘッドを移動させ、その位置でノズルから液滴を繰り返し噴射させるようにしている（例えば、特許文献１）。

上記のフラッシングでは、記録媒体等の着弾対象に対する液体噴射処理に用いられる駆動波形（駆動パルス）あるいはフラッシング専用の駆動波形が用いられる。そして、当該駆動波形を圧力発生手段に印加して当該圧力発生手段を駆動することで、ノズルに連通する圧力室内の液体に圧力変動を生じさせ、当該圧力変動を利用してノズルから液体を噴射（捨て撃ち）させる。この際、一般的には、最初に圧力室内を減圧することでノズル内のメニスカスを圧力室側に一旦引き込んだ後、圧力室内を急激に加圧することでメニスカスを圧力室側とは反対側（噴射側）に押し出して当該ノズルから液滴を噴射させている。このような動作を所定回数連続的に繰り返すことで、ノズルや圧力室内の増粘した液体を排出させている。

また、所謂押し撃ち方式によるフラッシングを行うものも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。すなわち、上記のように最初に圧力室の減圧を行うことなく圧力室内を加圧することでノズル内のメニスカスを初期位置から圧力室側とは反対側（噴射側）に押し出して当該ノズルから液滴を噴射させる。

特開２００４−０６６６７７号公報 特開平０９−１５０５０６号公報

前者のようにフラッシングにおいてメニスカスを圧力室側に引き込んだ後に反動を利用して液体を噴射する構成では、一度に多くの液体を噴射することができ、ノズル近傍の増粘液体を効率よく排出することができる一方で、増粘の度合が比較的軽度であった場合には、液体を必要以上に消費して無駄になってしまうという問題があった。また、メニスカスを圧力室側に引き込むべく圧力室内を減圧した際に、ノズル近傍の増粘液体が圧力室側に拡散されてしまい、当該拡散された増粘液体を排出するためには却ってより多くの液体を排出する必要が生じるという問題があった。その一方で、後者のようにいわゆる押し撃ちにより当該ノズルから液滴を噴射させる構成では、前者の構成と比較して液体を撹拌する力が弱いので、液体の増粘が比較的進行している場合、ノズル近傍の増粘液体を拡散させることができずに噴射が困難となる問題があった。これにより、増粘液体を排出させるためには、より多くの回数のフラッシングを行わねばならず、その結果、液体を多く消費してしまうこととなる。

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、フラッシング処理における液体の無駄な消費を低減することが可能な液体噴射装置、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圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段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を備え、
第１の駆動波形と、当該第１の駆動波形とは異なる第２の駆動波形により前記圧力発生手段を駆動してフラッシング処理を行うことが可能に構成され、
前記第１の駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを、待機位置から当該待機位置を挟んで前記圧力室側および前記圧力室側とは反対側の噴射側にノズル軸方向に沿って変位させて当該ノズルから液体を噴射させる駆動波形であり、
前記第２の駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを前記待機位置から前記圧力室側に実質的に変化させずに前記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り、
前記フラッシング処理において前記圧力発生手段に対し前記第１の駆動波形を１回以上印加して第１のフラッシング処理を行った後、前記圧力発生手段に対し前記第２の駆動波形を複数回印加して第２のフラッシング処理を行うことを特徴とする。

本発明によれば、液体の無駄な消費を抑えて効率の良いフラッシング処理を行うことが可能となる。すなわち、１回あたりの噴射量が比較的多い第１の駆動波形を用いて第１のフラッシング処理を先に行うことで、ノズル近傍の増粘液体を軟化あるいは破壊してノズルから排出させることができる。その後、１回あたりの噴射量が比較的少なく、ノズル近傍の液体を撹拌しにくい第２の駆動波形を用いてフラッシング処理を行うことで、ノズル近傍の増粘液体が圧力室側に拡散することが抑制され、フラッシング処理全体で消費する液体の量を低減することができる。

上記構成において、最後に液体を噴射した時からの経過時間に応じて、前記第２のフラッシング処理の前に前記第１のフラッシング処理を行うか否かを選択する構成を採用することが望ましい。
すなわち、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圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段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を備え、
第１の駆動波形と、当該第１の駆動波形とは異なる第２の駆動波形により前記圧力発生手段を駆動してフラッシング処理を行うことが可能に構成され、
前記第１の駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを、待機位置から当該待機位置を挟んで前記圧力室側および前記圧力室側とは反対側の噴射側にノズル軸方向に沿って変位させて当該ノズルから液体を噴射させる駆動波形であり、
前記第２の駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを前記待機位置から前記圧力室側に実質的に変化させずに前記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り、
前記フラッシング処理において前記圧力発生手段に対し前記第１の駆動波形を１回以上印加して第１のフラッシング処理を行った後、前記圧力発生手段に対し前記第２の駆動波形を複数回印加して第２のフラッシング処理を行う処理を実行可能であり、
最後に液体を噴射した時からの経過時間に応じて、前記第２のフラッシング処理の前に前記第１のフラッシング処理を行うか否かを選択することが望ましい。
また、この構成において、前記経過時間が予め定められた判定時間Ｔｓよりも長い第１の時間である場合、前記第２のフラッシング処理の前に前記第１のフラッシング処理を実行し、前記経過時間が前記判定時間Ｔｓよりも短い第２の時間である場合、前記第１のフラッシング処理を実行せずに前記第２のフラッシング処理のみを実行する構成を採用することが望ましい。

上記構成によれば、経過時間が判定時間Ｔｓよりも長い第１の時間である場合には、メニスカスの増粘が比較的進んでいるため、第２のフラッシング処理の前に第１のフラッシング処理を実行することで、より確実に増粘液体を排出させることができる。その一方で、判定時間Ｔｓよりも短い第２の時間である場合、メニスカスの増粘は比較的軽微であるため、第１のフラッシング処理を実行せずに第２のフラッシング処理のみを実行することで、不要なフラッシングが行われることが抑制される。その結果、フラッシング処理全体で消費する液体の量をさらに低減することができる。

上記構成において、前記判定時間Ｔｓは、液体の粘度変化特性に応じて定められている構成を採用することが望ましい。

この構成によれば、判定時間Ｔｓが、液体の粘度変化特性に応じて定められることで、より適切な判定時間Ｔｓを設定することができ、フラッシング処理における液体の無駄な消費をより確実に低減することが可能となる。

また、本発明の液体噴射装置の制御方法は、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圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段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を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
第１の駆動波形と、当該第１の駆動波形とは異なる第２の駆動波形により前記圧力発生手段を駆動してフラッシング処理を行うことが可能であり、
前記第１の駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを、待機位置から当該待機位置を挟んで前記圧力室側および前記圧力室側とは反対側の噴射側にノズル軸方向に沿って変位させて当該ノズルから液体を噴射させる駆動波形であり、
前記第２の駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを前記待機位置から前記圧力室側に実質的に変化させずに前記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り、
前記フラッシング処理において、前記圧力発生手段に対し前記第１の駆動波形を１回以上印加して第１のフラッシング処理を行った後、前記圧力発生手段に対し前記第２の駆動波形を複数回印加して第２のフラッシング処理を行うことを特徴とする。
さらに、本発明の液体噴射装置の制御方法は、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圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段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を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
第１の駆動波形と、当該第１の駆動波形とは異なる第２の駆動波形により前記圧力発生手段を駆動してフラッシング処理を行うことが可能であり、
前記第１の駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを、待機位置から当該待機位置を挟んで前記圧力室側および前記圧力室側とは反対側の噴射側にノズル軸方向に沿って変位させて当該ノズルから液体を噴射させる駆動波形であり、
前記第２の駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを前記待機位置から前記圧力室側に実質的に変化させずに前記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り、
前記フラッシング処理において、前記圧力発生手段に対し前記第１の駆動波形を１回以上印加して第１のフラッシング処理を行った後、前記圧力発生手段に対し前記第２の駆動波形を複数回印加して第２のフラッシング処理を行う処理を実行可能であり、
最後に液体を噴射した時からの経過時間に応じて、前記第２のフラッシング処理の前に前記第１のフラッシング処理を行うか否かを選択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。 フラッシング処理の流れを説明するフローチャートである。 経過時間に対するノズル近傍におけるインクの粘度の変化（粘度特性）を示すグラフである。 フラッシング処理で用いられる駆動信号の構成を説明する波形図である。 第１フラッシングパルスの変形例の構成を説明する波形図である。 第２フラッシングパルスの変形例の構成を説明する波形図である。

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。外部装置２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２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、プリンター１において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、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。

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（キャッピング手段）および、ワイピング機構２２（ワイピング手段）が設けられている。また、ホームポジションとはプラテン１２を挟んで主走査方向の他端部（図２左側）には、フラッシング領域としてフラッシングボックス２３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。

ワイピング機構２２は、ワイパー２６を主走査方向に対して交差する方向（ノズル列方向あるいは副走査方向）に沿って移動可能に有しており、当該ワイパー２６を記録ヘッド６のノズル面に対して当接した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。ワイパー２６は、種々の構成のものを採用することができるが、例えば、弾性を有するブレード本体の表面が布で被覆されたものからなる。ワイピング機構２２は、当該ワイパー２６をノズル面に当接させた状態で、ノズル列の一方から他方に向けて摺動させることでノズル面を払拭する。フラッシングボックス２３は、記録媒体に対する記録処理とは関係なく記録ヘッド６のノズルからインクを強制的に噴射させるフラッシング処理の際に噴射されたインクを受けるトレイ状のインク受け部２７を有する。このインク受け部２７の位置は固定されている。

プリンターコントローラー７は、プリンター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の状態データの送受信を行う。制御部９は、プリンター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、記録処理時にどのノズル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、メンテナンス処理の一種であるフラッシング処理を行う制御手段として機能する。この点についての詳細は後述する。

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ＦＰ）を含む複数のメンテナンス用駆動信号（フラッシング用駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２）を発生可能に構成されている。このフラッシング用駆動信号を用いたフラッシング処理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。

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を同方向に沿って列状に開設した板状の部材である。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。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。

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（圧力発生手段の一種）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。

図４は、上記プリンター１が実行するフラッシング処理の流れを説明するフローチャートである。フラッシング処理は、記録ヘッド６が記録媒体Ｓに対する記録処理を実行している最中等、記録ヘッド６のノズル面に対するキャッピングが解放された状態が継続する場合に定期的に行われるものであり、具体的には、ノズル３７からインクを強制的に所定回数だけ噴射させて記録ヘッド６内部の増粘インクを排出させる処理である。また、プリンター１の電源が投入されてから記録処理に先立ってフラッシング処理が行われる場合もある。フラッシング処理のタイミングが到来すると、まず、制御部９は、キャリッジ移動機構４を制御して、キャリッジ１６をフラッシングボックス２３の上方まで移動させる（ステップＳ１）。次に、最後にインクの噴射が行われた時点から現時点までの経過時間（インクが噴射されていない状態が継続している時間）Ｔと予め定められている判定時間Ｔｓとを比較する（ステップＳ２）。

図５は、上記の経過時間に対する記録ヘッド６のノズル３７近傍におけるインクの粘度の変化（粘度特性）を示すグラフである。同図に示すように、経過時間が長くなるにつれてインクの粘度は増加していき、一定の時間が経過すると急激に増加する傾向となっている。このため、本実施形態におけるプリンター１では、インクの粘度が急激に増加し始める近傍の時間Ｔｓが判定時間として定められている。このようなインクの粘度特性は、インクの組成によって異なる。このため、判定時間Ｔｓについては、インクの粘度特性に応じて定められる。例えば、表面張力が２５〔ｍＮ／ｍ〕以上３５〔ｍＮ／ｍ〕以下の超浸透性インクと呼ばれている顔料インクの場合、判定時間Ｔｓは２０秒に設定される。

そして、本発明に係るプリンター１は、上記の経過時間Ｔに応じて、第２のフラッシング処理（後述）の前に第１のフラッシング処理（後述）を行うか否かを選択する。すなわち、ステップＳ２において経過時間Ｔが判定時間Ｔｓよりも長い時間（第１の時間Ｔ１）であると判定した場合、制御部９は、ステップＳ４の第２のフラッシング処理の前にステップＳ３の第１のフラッシング処理を実行する。一方、ステップＳ２において経過時間Ｔが判定時間Ｔｓよりも短い時間（第２の時間Ｔ２）であると判定した場合、制御部９は、ステップＳ３の第１のフラッシング処理を行うことなく、ステップＳ４の第２のフラッシング処理を実行する。フラッシング処理では、図６に示すフラッシングパルスＦＰ（メンテナンス駆動波形）を圧電素子３３に連続的に印加することにより、圧力室３８内のインクに比較的強い圧力変動を付与することで、フラッシングボックス２３に向けてノズル３７からインクを強制的に噴射させる。

図６は、フラッシング処理で用いられるフラッシング用駆動信号の一例を説明する波形図であり、（ａ）は、第１のフラッシング処理で使用される第１のフラッシング用駆動信号ＣＯＭ１（第１の駆動信号）の波形図、（ｂ）は、第２のフラッシング処理で使用される第２のフラッシング用駆動信号ＣＯＭ２（第２の駆動信号）の波形図である。これらのフラッシング用駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２は、エンコーダパルスに基づいて生成されるタイミング信号ＬＡＴで規定される周期Ｔ（単位周期）で繰り返し発生される。本実施形態における第１のフラッシング用駆動信号ＣＯＭ１は、単位周期Ｔ内に合計３つの第１フラッシングパルスＦＰ１（本発明における第１の駆動波形に相当）が発生される。また、第２のフラッシング用駆動信号ＣＯＭ２は、単位周期Ｔ内に合計３つの第２フラッシングパルスＦＰ２が発生される。なお、単位周期Ｔあたりに各フラッシング用駆動信号ＣＯＭ１，ＣＯＭ２で発生されるフラッシングパルスＦＰ１，ＦＰ２の数は、例示したものには限られない。また、１つのフラッシング用駆動信号にフラッシングパルスＦＰ１，ＦＰ２を混在させて発生させ、適宜選択するように構成することも可能である。

第１フラッシングパルスＦＰ１は、圧電素子３３を駆動したときに圧力室３８内に生じる圧力変動が比較的大きくなるように設定された駆動パルスである。この第１フラッシングパルスＦＰ１は、予備膨張部ｐ１１と、膨張ホールド部ｐ１２と、第１収縮部ｐ１３と、第１収縮ホールド部ｐ１４と、第１復帰膨張部ｐ１５と、からなる。予備膨張部ｐ１１は、基準電位Ｖｂから第１膨張電位ＶＬ１まで電位が接地電位ＧＮＤ側（マイナス（第１電位）側）に変化する波形部である。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待機位置に相当する。この待機位置にあるメニスカスは、記録ヘッド６内のインク流路上流側の背圧により圧力室側に中心部が凹んだ状態（換言すると、圧力室側に凸状に撓んだ状態）となっている。膨張ホールド部ｐ１２は、予備膨張部ｐ１１の終端電位である第１膨張電位ＶＬ１を一定時間維持する波形部である。第１収縮部ｐ１３は、第１膨張電位ＶＬ１から基準電位Ｖｂを超えて第１収縮電位ＶＨ１まで電位がプラス（第２電位）側に比較的急峻な勾配で変化する波形部である。第１膨張電位ＶＬ１から第１収縮電位ＶＨ１までの電位差Ｖｄ１および第１収縮部ｐ１３の電位変化の勾配は、ノズル３７からインクを噴射し得るように設定されている。第１収縮ホールド部ｐ１４は、第１収縮電位ＶＨ１を所定時間維持する波形部である。第１復帰膨張部ｐ１５は、第１収縮電位ＶＨ１から基準電位Ｖｂまで電位が復帰する波形部である。

上記のように構成された第１フラッシングパルスＦＰ１が圧電素子３３に印加されると、まず、予備膨張部ｐ１１によって圧電素子３３は圧力室３８の外側（ノズルプレート３１から離隔する側）に撓み、これに伴って圧力室３８が基準電位Ｖｂに対応する基準容積から第１膨張電位ＶＬ１に対応する膨張容積まで膨張する。この膨張により、ノズル３７におけるインクの表面（メニスカス）が、上記の待機位置から圧力室３８側にノズル軸方向に沿って引き込まれる。そして、この圧力室３８の膨張状態は、膨張ホールド部ｐ１２によって一定時間維持される。膨張ホールド部ｐ１２によるホールドの後、第１収縮部ｐ１３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は膨張容積から第１収縮電位ＶＨ１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、圧力室３８側に引き込まれていたメニスカスが、当該圧力室３８側とは反対側の噴射側にノズル軸方向に沿って待機位置を越えて押し出される。これにより、ノズル３７からインク滴が噴射される。続いて、第１復帰膨張部ｐ１５が印加されることにより、圧電素子３３が基準電位Ｖｂに対応する定常位置まで戻る。これに伴い、圧力室３８は、収縮容積から第１中間電位ＶＭ１に対応する基準容積まで膨張して復帰する。これにより、メニスカスが圧力室側に再度引き込まれる。この第１フラッシングパルスＦＰ１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６ｎｇである。

第１のフラッシング処理では、第１フラッシングパルスＦＰ１が圧電素子３３に１回以上印加されて、ノズル３７からインクがフラッシングボックス２３に捨て撃ちされる。第１フラッシングパルスＦＰ１は、メニスカスを待機位置から当該待機位置を挟んで圧力室３８側および噴射側にノズル軸方向に沿って変位させてノズル３７からインクを噴射させるので、メニスカスがノズル３７内の待機位置で圧力室側に撓んだ状態から圧力室側にさらに引き込まれることで、当該メニスカス近傍の増粘インクが破壊されやすい。また、メニスカスがノズル軸方向に沿って変位する量（ストローク量）を比較的大きく確保できるので、インクを撹拌する効果が高くなっている。すなわち、ノズル３７および圧力室３８のインクに対し、予備膨張部ｐ１１による負圧、第１収縮部ｐ１３による正圧が順次作用して当該インクが撹拌されるので、特にノズル３７のメニスカス近傍の増粘インクを軟化、或は、破壊させてノズル３７から排出させることができる。例えば、記録処理を実行している最中においてインクが噴射されない空走時間、すなわち経過時間が、判定時間Ｔｓ〜数分或は数十分であった場合、第１のフラッシング処理において、第１フラッシングパルスＦＰ１により数十回フラッシングが行われる。これにより、第１のフラッシング処理では、４００ｎｇから６００ｎｇ程度のインクが消費される。また、例えば、数日〜数か月という期間、プリンター１の電源が投入されずに不使用状態が継続した場合、第１のフラッシング処理において第１フラッシングパルスＦＰ１により数百回フラッシングが行われる。

なお、第１フラッシングパルスＦＰ１に関し、ノズル３７におけるメニスカスを待機位置から当該待機位置を挟んで圧力室３８側および噴射側にノズル軸方向に沿ってそれぞれ変位させることでノズル３７からインクを噴射させる所謂引き撃ちのものであればよく、図６で例示したものには限られない。例えば、第１フラッシングパルスＦＰ１の変形例として、図７に示す第１フラッシングパルスＦＰ１′を採用することもできる。この第１フラッシングパルスＦＰ１′は、予備膨張部ｐ１１′と、膨張ホールド部ｐ１２′と、第１収縮部ｐ１３′と、からなり、第１フラッシングパルスＦＰ１の第１収縮ホールド部ｐ１４および第１復帰膨張部ｐ１５に相当する波形要素を備えていない点でＦＰ１と異なっている。第１フラッシングパルスＦＰ１′は、圧電素子３３を駆動したときに圧力室３８内に生じる圧力変動が比較的大きくなるように意図された駆動パルスであるので、主にインクが噴射された後の制振に関わる第１収縮ホールド部ｐ１４および第１復帰膨張部ｐ１５を必ずしも備えていなくてもよい。この第１フラッシングパルスＦＰ１′の第１収縮部ｐ１３′によるメニスカスの押し出し量を、第１フラッシングパルスＦＰ１の第１収縮部ｐ１３によるメニスカスの押し出し量に合わせるため（つまり、インクを噴射させるために必要な押し出し量にするため）、第１膨張電位ＶＬ１′は、第１膨張電位ＶＬ１よりも低く設定されている。このため、予備膨張部ｐ１１′の電位差が、ＦＰ１の予備膨張部ｐ１１の電位差よりも大きくなっている。このため、第１フラッシングパルスＦＰ１′では、予備膨張部ｐ１１′によるメニスカスの引き込み量が大きくなり、メニスカス近傍の増粘インクがより破壊されやすい。すなわち、撹拌効果がより高められている。

第１のフラッシング処理が実行された後、続いてステップＳ４の第２のフラッシング処理が実行される。第２のフラッシング処理で用いられる第２フラッシングパルスＦＰ２は、第１フラッシングパルスＦＰ１と比較してインクの撹拌が抑えられるように設定された駆動パルスである。この第２フラッシングパルスＦＰ２は、第２収縮部ｐ２１と、第２収縮ホールド部ｐ２２と、第２復帰膨張部ｐ２３と、からなる。第２収縮部ｐ２１は、基準電位Ｖｂから第２収縮電位ＶＨ２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部である。基準電位Ｖｂから第２収縮電位ＶＨ２までの電位差Ｖｄ２および第２収縮部ｐ２１の電位変化の勾配は、ノズル３７からインクを噴射し得るように設定されている。第２収縮ホールド部ｐ２２は、第２収縮電位ＶＨ２を所定時間維持する波形部である。そして、第２復帰膨張部ｐ２３は、第２収縮電位ＶＨ２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部である。

ここで、上記の第２フラッシングパルスＦＰ２において、第２収縮部ｐ２１の始端から終端までの時間ｗ１、すなわち、第２収縮部ｐ２１が圧電素子３３に印加される時間ｗ１は、比較的短く設定されている。具体的には、例えば、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）をＴｃとしたとき、時間ｗ１はＴｃ未満（ｗ１＜Ｔ１）に設定されている。これにより、第２収縮部ｐ２１により圧電素子３３が駆動されると、圧力室３８が急激に収縮するので、当該圧力室３３内のインクに比較的強い圧力変化を与えることができる。これに対し、第２復帰膨張部ｐ２３の始端から終端までの時間ｗ２、すなわち、第２復帰膨張部ｐ２３が圧電素子３３に印加される時間ｗ２は、上記時間ｗ１と比較して十分に長くなっており、具体的には、Ｔｃ以上に設定されている。これにより、第２復帰膨張部ｐ２３により圧電素子３３が駆動されると、圧力室３８が比較的穏やかに膨張する。つまり、圧力室３８内が急激に負圧になることが低減される。なお、圧力室３８における急激な圧力変化を抑制する観点では、時間ｗ２は長いほど好ましく、例えば、ノズル３７からインクが噴射された後のメニスカスの、上記Ｔｃよりも長い周期の振動周期Ｔｍ以上であることが望ましい。

なお、上記Ｔｃは、ノズル３７、圧力室３２、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］ …（１）
但し、式（１）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３２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（１）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（２）で近似して表すことができる。
Ｍ＝（ρ×Ｌ）／Ｓ …（２）
同様に、上記Ｔｍは、例えば、次式（３）で表すことができる。
Ｔｍ＝２π√（Ｍ_⊥×Ｃｍ） …（３）
但し、式（３）において、Ｍ_⊥＝Ｍｎ＋Ｍｓである。また、Ｃｍは、ノズル３７におけるコンプライアンスであり、ノズル３７の噴射側の開口直径をｄ、メニスカスの表面張力をγとしたとき、次式（４）で表される。
Ｃｍ＝（π×ｄ^４）／（１２８×γ） …（４）
なお、上記Ｔｃは、上記式（１）で規定されるものに限られず、記録ヘッド６の圧力室３２が有している振動周期であればよい。同様に、上記Ｔｍは、上記式（３）で規定されるものに限られず、ノズル３７におけるメニスカスの振動周期であればよい。

上記のように構成された第２フラッシングパルスＦＰ２が圧電素子３３に印加されると、まず、第２収縮部ｐ２１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第２収縮電位ＶＨ２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、待機位置にあるメニスカスが噴射側にノズル軸方向に沿って急激に押し出され、ノズル３７からインク滴が噴射される。圧力室３８の収縮状態は、第２収縮ホールド部ｐ２２によって一定時間維持される。第２収縮ホールド部ｐ２２の後、続いて第２復帰膨張部ｐ２３が印加されることにより、圧電素子３３が基準電位Ｖｂに対応する定常位置まで戻る。これに伴い、圧力室３８は、収縮容積から第１中間電位ＶＭ１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。上記のように、本実施形態においては、第２復帰膨張部ｐ２３の時間ｗ２がＴｃ以上に設定されているので、ノズル３７におけるメニスカスが圧力室３８側に必要以上に強く引き込まれることが抑制される。これにより、ノズル３７の近傍の増粘したインクが、圧力室３８側に拡散することが低減される。この第２フラッシングパルスＦＰ２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、一般的に２〜３０ｎｇの範囲の値となる。このようにして、第２のフラッシング処理では、インクの撹拌を抑制しつつ、ノズル３７近傍の増粘インクを排出することができる。

このように、本発明に係るプリンター１では、インクの無駄な消費を抑えて効率の良いフラッシング処理を行うことが可能となる。すなわち、１回あたりの噴射量が比較的多い第１フラッシングパルスＦＰ１を用いて第１のフラッシング処理を先に行うことで、ノズル３７のメニスカス近傍の増粘インクを軟化あるいは破壊して当該ノズル３７から排出させることができる。その後、１回あたりの噴射量が比較的少なく、インクを撹拌しにくい第２フラッシングパルスＦＰ２を用いて第２のフラッシング処理を行うことで、圧力室側への増粘の進行を抑制して、フラッシング処理全体で消費するインクの量を低減することができる。また、経過時間が判定時間Ｔｓよりも長い第１の時間である場合には、メニスカスの増粘が比較的進んでいるため、第２のフラッシング処理の前に第１のフラッシング処理を実行することで、増粘インクをより確実に排出させることができる。その一方で、判定時間Ｔｓよりも短い第２の時間である場合、メニスカスの増粘は比較的軽微であるため、第１のフラッシング処理を実行せずに第２のフラッシング処理のみを実行することで、不要なフラッシングが行われることが抑制される。その結果、フラッシング処理全体で消費する液体の量をさらに低減することができる。さらに、判定時間Ｔｓが、インクの粘度変化特性に応じて定められることで、より適切な判定時間Ｔｓを設定することができ、フラッシング処理におけるインクの無駄な消費をより確実に低減することが可能となる。例えば、第１フラッシングパルスＦＰ１のみでフラッシング処理を行った場合のインクの総消費量が２，４００ｎｇ程度であったのに対し、第１のフラッシング処理および第２のフラッシング処理を行った場合のインクの総消費量は、１６００ｎｇ程度である。また、第２のフラッシング処理のみを行った場合のインクの総消費量は、１２００ｎｇ程度に抑えることができる。

ここで、本実施形態における第２フラッシングパルスＦＰ２は、第２収縮部ｐ２１から始まる（すなわち、第２収縮部ｐ２１の前に電位変化が無い）波形であるが、メニスカスを待機位置から当該待機位置を挟んで噴射側とは反対側の圧力室側に実質的に変化（変位）させないものであれば、第２収縮部ｐ２１の前に電位が変化する波形要素が含まれていてもよい。例えば、図８（ａ）に示す第１の変形例の第２フラッシングパルスＦＰ２ａは、第２収縮部ｐ２１ａの前に予備膨張部ｐｐ１ａと膨張ホールド部ｐｐ２ａとを有している。予備膨張部ｐｐ１ａは、基準電位Ｖｂから第２膨張電位ＶＬ２まで電位がマイナス側に変化する波形部である。この予備膨張部ｐｐ１ａの電位変化の勾配は、待機位置にあるメニスカスを殆ど変位させない程度に緩やかに設定されている。つまり、予備膨張部によってメニスカスを圧力室側に変位させる力が弱いので、メニスカスが圧力室側に多少に変位したとしても、メニスカスが大きく動かず、したがってメニスカスの攪拌作用が実質的に発生しないので、当該メニスカスは実質的に変位していないといえる。したがって、第２フラッシングパルスＦＰ２ａは、メニスカスを待機位置から当該待機位置を挟んで圧力室側に実質的に変化させずに噴射側に押し出して当該ノズル２７からインクを噴射させる駆動波形である。なお、その他の構成については、第２フラッシングパルスＦＰ２と概ね同様である。

同様に、図８（ｂ）に示す第２の変形例の第２フラッシングパルスＦＰ２ｂは、第２収縮部ｐ２１ｂの前に予備膨張部ｐｐ１ｂと、膨張ホールド部ｐｐ２ｂとを有している。予備膨張部ｐｐ１ｂは、基準電位Ｖｂから第３膨張電位ＶＬ３まで電位がマイナス側に変化する波形部である。第３膨張電位ＶＬ３は、基準電位Ｖｂと第２膨張電位ＶＬ２との間の値に設定されている。つまり、基準電位Ｖｂと第３膨張電位ＶＬ３との電位差が比較的低く抑えられている。これにより、予備膨張部ｐｐ１ｂによりメニスカスが圧力室側に変位するが、メニスカスが大きく動かず、したがってメニスカスの攪拌作用が実質的に発生しないので、当該メニスカスは実質的に変位しない。したがって、この第２フラッシングパルスＦＰ２ｂは、メニスカスを待機位置から当該待機位置を挟んで圧力室側に実質的に変化させずに噴射側に押し出して当該ノズル２７からインクを噴射させる駆動波形である。なお、その他の構成については、第２フラッシングパルスＦＰ２ａと概ね同様である。

さらに、図８（ｃ）に示す第３の変形例の第２フラッシングパルスＦＰ２ｃは、基準電位が、第２フラッシングパルスＦＰ２ａの基準電位Ｖｂよりも低いＶｂ′に設定された波形であり、当該第２基準電位Ｖｂ′から第２膨張電位ＶＬ２まで電位がマイナス側に変化する予備膨張部ｐｐ１ｃと、第２膨張電位ＶＬ２を所定時間維持する膨張ホールド部ｐｐ２ｃとを有している。このように、基準電位を低くすることで、予備膨張部ｐｐ１ｃの電位変化率は緩やかになり、なお且つ、第２基準電位Ｖｂ′と第２膨張電位ＶＬ２との電位差が低く抑えられる。これにより、予備膨張部ｐｐ１ｃによりメニスカスが圧力室側に変位するが、メニスカスが大きく動かず、したがってメニスカスの攪拌作用が実質的に発生しないので、当該メニスカスは実質的に変位しない。したがって、この第２フラッシングパルスＦＰ２ｃは、メニスカスを待機位置から当該待機位置を挟んで圧力室側に実質的に変化させずに噴射側に押し出して当該ノズル２７からインクを噴射させる駆動波形である。なお、その他の構成については、第２フラッシングパルスＦＰ２ａと概ね同様である。

これらの変形例の第２フラッシングパルスによれば、第２収縮部の前にメニスカスを待機位置から圧力室側に実質的に変位させることなく、当該第２収縮部の電圧の設定自由度が向上する。つまり、撹拌は抑えつつ、第２収縮部によってノズル３７からインクを噴射させる際のメニスカスのストロークを稼ぐことができる。

なお、上記実施形態では、圧力発生手段として、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駆動パルスＦＰ１，ＦＰ２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、圧力発生手段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圧力発生手段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、ノズルから増粘した液体を排出させるフラッシング処理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，２３…フラッシングボックス，２７…インク受け部，３１…ノズルプレート，３３…圧電素子，３７…ノズル，３８…圧力室，４３…インク供給口

Claims (4)

1. 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圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段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を備え、
   第１の駆動波形と、当該第１の駆動波形とは異なる第２の駆動波形により前記圧力発生手段を駆動してフラッシング処理を行うことが可能に構成され、
   前記第１の駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを、待機位置から当該待機位置を挟んで前記圧力室側および前記圧力室側とは反対側の噴射側にノズル軸方向に沿って変位させて当該ノズルから液体を噴射させる駆動波形であり、
   前記第２の駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを前記待機位置から前記圧力室側に実質的に変化させずに前記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り、
   前記フラッシング処理において前記圧力発生手段に対し前記第１の駆動波形を１回以上印加して第１のフラッシング処理を行った後、前記圧力発生手段に対し前記第２の駆動波形を複数回印加して第２のフラッシング処理を行う処理を実行可能であり、
   最後に液体を噴射した時からの経過時間に応じて、前記第２のフラッシング処理の前に前記第１のフラッシング処理を行うか否かを選択することを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記経過時間が予め定められた判定時間Ｔｓよりも長い第１の時間である場合、前記第２のフラッシング処理の前に前記第１のフラッシング処理を実行し、前記経過時間が前記判定時間Ｔｓよりも短い第２の時間である場合、前記第１のフラッシング処理を実行せずに前記第２のフラッシング処理のみを実行することを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記判定時間Ｔｓは、液体の粘度変化特性に応じて定められていることを特徴とする請求項２に記載の液体噴射装置。
4. 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圧力発生手段を有し、当該圧力発生手段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を備えた液体噴射装置の制御方法であって、
   第１の駆動波形と、当該第１の駆動波形とは異なる第２の駆動波形により前記圧力発生手段を駆動してフラッシング処理を行うことが可能であり、
   前記第１の駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを、待機位置から当該待機位置を挟んで前記圧力室側および前記圧力室側とは反対側の噴射側にノズル軸方向に沿って変位させて当該ノズルから液体を噴射させる駆動波形であり、
   前記第２の駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを前記待機位置から前記圧力室側に実質的に変化させずに前記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り、
   前記フラッシング処理において、前記圧力発生手段に対し前記第１の駆動波形を１回以上印加して第１のフラッシング処理を行った後、前記圧力発生手段に対し前記第２の駆動波形を複数回印加して第２のフラッシング処理を行う処理を実行可能であり、
   最後に液体を噴射した時からの経過時間に応じて、前記第２のフラッシング処理の前に前記第１のフラッシング処理を行うか否かを選択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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