JP7427360B2 - 液体吐出装置、吐出制御方法および液体吐出ヘッド - Google Patents
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Description
本発明は、発熱抵抗体の作用によって液体を吐出する液体吐出装置、吐出制御方法および液体吐出ヘッドに関する。
特許文献１には、インクコロイド粒子（インク中の成分）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る方法が開示されている。更に、特許文献１には、発熱抵抗体の上層に設けた上部電極と対向電極との電位の方向を切り替える方法が開示されている。電極のクリーニングにおいて、必要に応じて電位の方向を切り替えることで、電極表面に電気的に吸着したインク中荷電物質を剥離しやすくでき、クリーニングを容易に行うことが開示されている。
しかし、コロイド粒子（液体中の成分）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液室内に配する場合、液体中にコロイド粒子と反対の極性を有する荷電物質があると、その荷電物質が上部電極の表面に付着する懸念が生じる。付着した場合、発熱抵抗体の熱によりコゲ付きが生じ、吐出速度が低下することが懸念される。
よって本発明は、液体吐出ヘッドの寿命の短期化を抑制し、安定した吐出動作を維持することが可能な液体吐出装置、吐出制御方法および液体吐出ヘッドを提供することを目的とする。
そのため本発明の液体吐出装置は、液体を収容可能な液室と、前記液室内の液体を吐出するためのエネルギを発生する発熱抵抗体と、前記液室で前記発熱抵抗体を被覆して設けられ、前記液室内の液体に電界を形成可能な第１電極と、前記液室で前記第１電極と異なる位置に設けられ、前記液室内の液体に電界を形成可能な第２電極と、を備えた液体吐出手段と、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加可能な電圧印加手段と、を備え、負の極性をもつイオンまたは表面に負の電荷を有するコロイド粒子である色材と、正の極性をもつイオンまたは表面に正の電荷を有するコロイド粒子とを含有する液体を吐出する液体吐出装置において、前記電圧印加手段は、前記発熱抵抗体が駆動される駆動状態の前の待機状態では、前記第１電極の電位が前記第２電極の電位より低くなるように、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加し、前記発熱抵抗体の駆動と共に、前記第１電極の電位が前記第２電極の電位より高くなるように、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加し、前記第１電極および前記第２電極には、イリジウム膜が形成されており、前記電圧は、０．１０Ｖ以上、２．５Ｖ以下であり、前記電圧は、液体と前記第１電極との間で電気化学反応が生じない程度の電圧であり、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極と前記第２電極との間の経路を切替え可能なスイッチを備え、前記待機状態と前記駆動状態との切替えに合わせて前記スイッチを切替えることを特徴とする。
本発明によれば、液体吐出ヘッドの寿命の短期化を抑制し、安定した吐出動作を維持することが可能な液体吐出装置、吐出制御方法および液体吐出ヘッドを実現することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態を適用可能な液体吐出装置５００を示した概略構成図である。液体吐出装置５００は、矢印Ａの主走査方行に移動可能に構成されたキャリッジ５０５を備えている。キャリッジ５０５に搭載した吐出ヘッドから記録媒体に対して液体（以下、インクともいう）を吐出して記録を行う。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主走査方向（矢印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、エンコーダセンサ５０８は、矢印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。液体吐出装置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、矢印Ａ方向におけるキャリッジ５０５の位置を認識する。
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の液体を吐出する吐出口が設けられた吐出口面に対向する位置における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、後述する搬送モータによって回転し、記録媒体を矢印Ｂ方向に搬送する。
液体吐出装置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から記録媒体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を矢印Ｂ方向に搬送する。以上のような記録における主走査と搬送動作と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る。
矢印Ａ方向における、キャリッジモータ５０４が設けられている側の端部には、吐出ヘッドの吐出状態を良好に維持するための回復ユニット５１２が配置されたホームポジションが設けられている。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等が設けられている。
図２は、１色分のヘッドユニット４１０を示した外観斜視図である。ヘッドユニット４１０は、内部に液体を収容するタンク４０４に、液体を吐出する液体吐出ヘッド１（以下、単に吐出ヘッドともいう）が取り付けられている。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に装着したときに液体吐出装置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、ここでは吐出ヘッド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、液体吐出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、液体吐出装置５００における制御系を示したブロック図である。インターフェース１７００は、液体吐出装置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、液体吐出装置５００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を介して液体吐出装置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になった時に液体吐出装置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に基づいて記録媒体Ｐに画像を形成する。
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に対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内に配備された上部電極（第１電極）１３１、対向電極（第２電極）１３２の電位調整を行う。
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、上部電極１３１、対向電極１３２に印加する（印加可能な）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。
図４は、吐出ヘッド１を示した斜視図である。吐出ヘッド１は、ヘッド用基板１００と流路形成部材１２０を備えている。流路形成部材１２０は、ヘッド用基板１００の熱作用部１０８が形成された面に接合されている。ヘッド用基板１００には、背面（矢印－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（矢印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が供給口１０７に沿って所定のピッチで矢印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でありインクを収容可能な液室１１７が形成されている。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で膜沸騰が起こり、膜沸騰の作用によって所定量のインクが吐出口１２１から吐出される。
図５は、ヘッド用基板１００の一部を示した断面図である。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と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。
ヘッド用基板１００では、発熱抵抗体層１０３と配線層１０４と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とが存在する。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、上部電極と対向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と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の表面には、液室１１７内を流れるインクが接触することになる。しかし、保護層１０５が配されることにより、発熱抵抗体層（以下、発熱抵抗体ともいう）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（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２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の上部を被覆するように積層される電極である。本実施形態では、発熱抵抗体駆動前は、主にインク中の負の荷電物質を寄せ付けないために、第２の電極である対向電極１３２よりも低い電位をもつ電極として機能する。そして、発熱抵抗体の駆動後は、インク中の正の荷電物質を寄せつけないために、対向電極１３２よりも高い電位をもつ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、発熱抵抗体の駆動前は、インク中の負の荷電物質を上部電極１３１から遠ざけるために、上部電極１３１よりも高い電位をもつ正の電極として機能する。また、発熱抵抗体の駆動後の対向電極１３２は、インク中の正の荷電物質を遠ざけるために、上部電極１３１よりも低い電位を持つ負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との間の電界を安定に維持（安定した電界を形成可能に）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生じない金属を含む材料であることが好ましい。製造の負荷を抑制するためには、上部電極１３１と同じ材料を用いて同じ製造工程で形成することが好ましい。
図６は、ヘッド用基板１００における配線のレイアウトを示した図である。複数の熱作用部１０８は、矢印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、一方の側の複数の熱作用部１０８を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。また、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）とが矢印Ｙ方向に延在するように形成されている。上部電極１３１が密着層１１６ａを介して接続する配線層１０４（図５参照）と、対向電極１３２が密着層１１６ｂを介して接続する配線層１０４とは、互いに電気的に分断されている。これらの配線は、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における回路を示した図である。上部電極１３１と対向電極１３２とは、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内のインクを介すことにより電気的な閉回路が形成される。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（図５参照）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。
本実施形態では、負の極性をもつ成分と正の極性をもつ成分とを含む液体を吐出する。例えば、負の極性をもつイオンまたは表面に負の電荷を有するコロイド粒子である色材と、正の極性をもつイオンまたは表面に正の電荷を有するコロイド粒子とを含有する液体を吐出する。
コゲ抑制手段１４０では、スイッチ１４２を切替えることで、２通りの回路から選択的に回路を選ぶことができるように構成されている。コゲ抑制手段１４０において、スイッチ１４２を電源１４１ａ側に閉じると、電源１４１ａの作用により上部電極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１１７内のインクにおける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、陰の極性をもつインク成分は、熱作用部１０８に付着しにくくなる。逆に、上部電極１３１には、陽イオンや陽性を有するコロイド粒子が近づいてくる。この段階では、発熱抵抗体１０３は駆動していないため発熱部の温度は低く、コゲ付きが発生することはない。
図８は、上部電極１３１及び対向電極１３２における電圧の状態を示すタイミング図である。本実施形態では、液体の吐出、すなわち発熱抵抗体１０３の駆動に応じて、上部電極１３１と対向電極１３２との間の電圧の印加を制御する。具体的には、発熱抵抗体１０３を駆動する前の状態（待機状態）ではスイッチ１４２を電源１４１ａ側に閉じておく。その後、発熱抵抗体１０３に電流を流すための駆動パルスを入れる（駆動状態）と、駆動パルスを入れたのと同じタイミングでスイッチ１４２を電源１４１ｂ側へ切り替える。すると、上部電極１３１は陽極となり、対向電極１３２は陰極となる。これにより、熱作用部１０８で発泡が起こるまでの間に、液体中の陽イオンや陽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の方へ向かって移動する。そのため、熱作用部１０８の温度が急激に上昇し高温になっても、陽イオンや陽性を有するコロイド粒子による上部電極１３１上へのコゲ付きは抑制される。特に、インク中の成分のうちの、粒径が小さいものや、電荷量が高いものといった、動きやすい金属イオンの場合は、短い時間でも十分に上部電極１３１から離れることが可能である。
また、スイッチ１４２を切替えたタイミングで、瞬間的にインク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に向けて移動を開始する。しかし、上部電極１３１上は、すぐに気泡で覆われるため、熱作用部１０８が高温状態において、陰イオンや陰性を有するコロイド粒子が付着するのを抑制することができる。そのため、陰イオンや陰性を有するコロイド粒子による上部電極１３１上へのコゲ付きも抑制することが可能である。特に、顔料分散体のような粒径が上記金属イオンの粒径よりも大きく動きにくい粒子である（顔料分散体の分子量が金属イオンの分子量よりも十分に大きい）場合、このような短時間で上部電極１３１に付着しにくい。
なお、スイッチ１４２を電源１４１ｂ側へ切り替えるタイミングは、発熱抵抗体１０３に駆動パルスを入れるタイミングと同時であることが好ましいが、上部電極１３１上が気泡で覆われる前であれば多少遅れてもよい。つまり、上部電極１３１が気泡で覆われる前であれば、正の荷電粒子がインク中を移動して上部電極１３１から離れることが可能なので、コゲ付き抑制効果を得ることができる。しかし、陰の極性をもつ荷電物質が上部電極１３１に近づくのを極力抑えるため、電源１４１ｂの電圧は極力低くすること、また印加時間を短くすることが望ましい。すなわち、待機状態における上部電極１３１と対向電極１３２との間の電圧値よりも、駆動状態における上部電極１３１と対向電極１３２との間の電圧値を小さくすることが好ましい。また、待機状態における上部電極１３１と対向電極１３２との間に電圧を印加する時間よりも、駆動状態における上部電極１３１と対向電極１３２との間に電圧を印加する時間を短くすることが好ましい。また、発熱抵抗体１０３への駆動パルスをＯＦＦとした後（駆動電圧印加を停止した後）に、上部電極１３１をＯＦＦとすることが好ましい。このように、発熱抵抗体１０３の駆動前に、陰イオンや陰性を有するコロイド粒子を上部電極１３１から遠ざけ、駆動から最大発泡までの間で陽イオンや陽性を有するコロイド粒子を上部電極１３１から遠ざける。これによって、熱作用部が高温になった状態での陽イオンや陽性を有するコロイド粒子の上部電極１３１上への付着を減らすことができる。
このような構成では、上部電極１３１上への付着を減らすと同時に、対向電極１３２への付着も減らすことができる。本実施形態のような極性の反転が行われず、対向電極１３２が上部電極１３１に対し、高い電圧の状態が継続すると、陰の荷電粒子が対向電極１３２に引き寄せられ、対向電極１３２に対する付着が起きる。その結果、対向電極１３２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。
しかし、本実施形態のように、上部電極１３１と対向電極１３２の極性の反転が可能な構成においては、高い電圧の状態が継続することなく、引き寄せられた陰の荷電粒子も、極性が反転することによって、対向電極１３２から離れることができる。その結果、継続して安定した、コゲ付き抑制効果を得ることができる。
なお、コゲ付き抑制のために上部電極１３１と対向電極１３２との間に電圧を印加する際に、高い電圧を印加すると、上部電極１３１や対向電極１３２とインクとの間で電気化学反応が生じて電極を構成する材料がインクに溶出する可能性がある。そこで、コゲ付き抑制のためには電気化学反応が生じないような程度の電圧を印加する。例えば、上部電極１３１や対向電極１３２をイリジウム膜で設ける場合には、上部電極１３１と対向電極１３２との間の電圧が２．５V以下とすることが好ましい。また、インク中の荷電物質を上部電極１３１や対向電極１３２から安定的に反発させるために、これらに印加する電圧を０．１０Ｖ以上とすることが好ましい。
また、本実施形態では、上部電極１３１と対向電極１３２との間にスイッチ１４２を設け、スイッチ１４２を切り替えることで、上部電極１３１と対向電極１３２の極性を反転する回路構成であるが、回路構成はこれに限定されない。すなわち、上部電極１３１と対向電極１３２の極性が反転可能な回路構成であればよい。例えば、上部電極１３１および対向電極１３２のうちのいずれか一方の電極をグランド電位のままとし、他方の電極に印加する電圧の正負を反転するような構成であってもよい。
また、本実施形態では、４色の各色に対応した吐出ヘッド１が、移動するキャリッジ５０５に搭載された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これに限定されるものではない。つまり、図４に示したようなヘッド用基板１００と流路形成部材１２０とを更に直列に繋ぎ、同色または異色のインクを吐出する長尺の吐出ヘッドとしてもよい。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に適用してもよい。このように、発熱抵抗体を用いて液体を吐出する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。
（実施例）
（実施例）
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１）
（検証１）
図９は、検証で用いた発熱抵抗体の駆動パルスに対する上部電極及び対向電極における電圧印加のタイミング図である。検証１に用いた吐出ヘッドは、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。
このような吐出ヘッドに、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液体吐出装置５００のキャリッジ５０５に装着した。なお、本検証１、以下で説明する検証２および比較例において、負の極性をもつ顔料分散体と正の極性をもつ銅イオンとを含有する顔料シアンインクを用いた。そして図９（ａ）で示す発熱抵抗体の駆動タイミングで、図９（ｂ）のように発熱抵抗体の電圧がＯＮとなる前は対向電極が陽極になるように１．５Ｖの電圧を印加し、発熱抵抗体の電圧がＯＮになると同時に上部電極が陽極になるように０．５Ｖの電圧を印加した。なお、図９（ａ）に示すヒータの駆動条件はパルス幅０．４μｓｅｃ、駆動周波数７．５ｋＨｚとした。図９（ｂ）に示す対向電極のＯＮ時間は７０μｓｅｃ、上部電極のＯＮ時間は６３μｓｅｃとした。この状態で吐出ヘッドに１０9回の吐出動作を行わせ、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した。
その結果、熱作用部１０８にコゲ付きや付着物は確認されず、対向電極１３２にも付着物は確認されなかった。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を確認することができた。
（検証２）
（検証２）
検証２に用いた吐出ヘッドは、検証１の吐出ヘッドに対し、上部電極１３１と対向電極１３２と、それぞれの端子の間にスイッチを配置した構成とし、吐出ヘッドを完成させた。
このような吐出ヘッドで顔料シアンインクを用いて液体吐出装置５００で吐出を行った。図９（ａ）で示す発熱抵抗体の駆動タイミングで、図９（ｃ）のように、発熱抵抗体の電圧がＯＮになる前は、対向電極が陽極になるように１．５Ｖの電圧を印加した。そして、発熱抵抗体の電圧がＯＮになると同時に上部電極が陽極になるように０．５Ｖの電圧を印加し、その後、対向電極がＯＦＦのまま上部電極の電圧がＯＦＦとなる時間を設けた。なお、図９（ａ）に示すヒータの駆動条件はパルス幅０．４μｓｅｃ、駆動周波数７．５ｋＨとした。図９（ｃ）に示す対向電極のＯＮ時間は１００μｓｅｃ、上部電極のＯＮ時間は１０μｓｅｃ、上部電極をＯＦＦしてから次のヒータの駆動の前に対向電極をＯＮするまでの時間を２３μｓｅｃとした。この状態で吐出ヘッドに１０9回の吐出動作を行わせ、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した。その結果、熱作用部１０８へのコゲ付きや付着物は確認されず、対向電極１３２にも付着物は確認されなかった。
その後、更に１０9回の吐出を行い、トータルで２×１０9回の吐出が終わった時点で、クリアインクで置換後再度表面状態を観察した。その結果、熱作用部１０８や対向電極１３２も、表面に付着物は確認されなかった。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を確認することができた。
本検証においては、基板内に配置したスイッチ素子を用い、電圧印加の時間を精度よく制御を行った。そのため上部電極を陽極とする時間を短く設定することができ、陰イオンや陰性を有するコロイド粒子によるコゲ付きも十分に抑えることが可能である。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。
（比較例１）
（比較例１）
検証１と同様の吐出ヘッドで顔料シアンインクを用いて液体吐出装置５００で吐出を行った。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１．５Ｖの電圧を印加し、吐出のタイミングで切替を行うことなく吐出ヘッドに１０9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。また、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が茶色に変色していたおり、更にその上に、付着物のコゲ付きが観察された。また、対向電極１３２の表面にはインク成分が薄く付着していた。熱作用部の茶色の物質に対し成分分析を行ったところ、Ｃｕであることがわかった。インクに含まれる銅イオンがコゲとして熱作用部１０８の表面に析出したものと考えられる。
このように、発熱抵抗体の駆動前は、上部電極の電圧は対向電極より低くなるように上部電極と対向電極とに電圧を印加し、発熱抵抗体が駆動されたと同時又は駆動された後は上部電極の電圧が対向電極より高くなるように上部電極と対向電極とに電圧を印加する。これによって、液体吐出ヘッドの寿命の短期化を抑制し、安定した吐出動作を維持することが可能な液体吐出装置、吐出制御方法および液体吐出ヘッドを実現することができた。
１ 液体吐出ヘッド
１００ ヘッド用基板
１０８ 熱作用部
１３１ 上部電極
１３２ 対向電極
１４２ スイッチ
１００ ヘッド用基板
１０８ 熱作用部
１３１ 上部電極
１３２ 対向電極
１４２ スイッチ
Claims (8)
- 液体を収容可能な液室と、前記液室内の液体を吐出するためのエネルギを発生する発熱抵抗体と、前記液室で前記発熱抵抗体を被覆して設けられ、前記液室内の液体に電界を形成可能な第１電極と、前記液室で前記第１電極と異なる位置に設けられ、前記液室内の液体に電界を形成可能な第２電極と、を備えた液体吐出手段と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加可能な電圧印加手段と、を備え、負の極性をもつイオンまたは表面に負の電荷を有するコロイド粒子である色材と、正の極性をもつイオンまたは表面に正の電荷を有するコロイド粒子とを含有する液体を吐出する液体吐出装置において、
前記電圧印加手段は、前記発熱抵抗体が駆動される駆動状態の前の待機状態では、前記第１電極の電位が前記第２電極の電位より低くなるように、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加し、前記発熱抵抗体の駆動と共に、前記第１電極の電位が前記第２電極の電位より高くなるように、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加し、
前記第１電極および前記第２電極には、イリジウム膜が形成されており、
前記電圧は、０．１０Ｖ以上、２．５Ｖ以下であり、
前記電圧は、液体と前記第１電極との間で電気化学反応が生じない程度の電圧であり、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極と前記第２電極との間の経路を切替え可能なスイッチを備え、
前記待機状態と前記駆動状態との切替えに合わせて前記スイッチを切替えることを特徴とする液体吐出装置。 - 前記スイッチは、前記液体吐出手段が備えていることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
- 負の極性をもつ色材と、前記色材の分子量より小さい分子量である、正の極性をもつ金属イオンと、を含有する液体を吐出することを特徴とする請求項１または２に記載の液体吐出装置。
- 前記電圧印加手段は、前記待機状態における前記第１電極と前記第２電極との間の電圧値よりも、前記駆動状態における前記第１電極と前記第２電極との間の電圧値を小さくすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
- 前記電圧印加手段は、前記待機状態において前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する時間よりも、前記駆動状態において前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する時間を短くすることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
- 前記電圧印加手段は、前記発熱抵抗体の駆動を停止した後に、前記駆動状態における前記第１電極と前記第２電極との間への電圧の印加を停止することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
- 液室内の液体を吐出するために液体を加熱する発熱抵抗体を覆う第１電極と、前記第１電極と異なる位置に形成された第２電極と、の間の電圧の印加を、液体の吐出に応じて制御し、負の極性をもつイオンまたは表面に負の電荷を有するコロイド粒子である色材と、正の極性をもつイオンまたは表面に正の電荷を有するコロイド粒子とを含有する液体を吐出する吐出制御方法において、
前記発熱抵抗体を駆動する駆動状態の前の待機状態に、前記第１電極の電位が前記第２電極の電位より低くなり、前記発熱抵抗体の駆動と共に、前記第１電極の電位が前記第２電極の電位より高くなるように、前記第１電極と前記第２電極との間の電圧の印加を制御し、
前記第１電極および前記第２電極には、イリジウム膜が形成されており、
前記電圧は、０．１０Ｖ以上、２．５Ｖ以下であり、
前記電圧は、液体と前記第１電極との間で電気化学反応が生じない程度の電圧であり、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極と前記第２電極との間の経路を切替え可能なスイッチを前記待機状態と前記駆動状態との切替えに合わせて切替えることを特徴とする吐出制御方法。 - 液体を収容可能な液室と、
前記液室内の液体を吐出するためのエネルギを発生する発熱抵抗体と、
前記液室で前記発熱抵抗体を被覆して設けられ、前記液室内の液体に電界を形成可能な第１電極と、
前記液室で前記第１電極と異なる位置に設けられ、前記液室内の液体に電界を形成可能な第２電極と、を備え、負の極性をもつイオンまたは表面に負の電荷を有するコロイド粒子である色材と、正の極性をもつイオンまたは表面に正の電荷を有するコロイド粒子とを含有する液体を吐出する液体吐出ヘッドにおいて、
前記発熱抵抗体が駆動される駆動状態の前の待機状態では、前記第１電極の電位が前記第２電極の電位より低くなるように、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加され、
前記発熱抵抗体の駆動と共に、前記第１電極の電位が前記第２電極の電位より高くなるように、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加され、
前記第１電極および前記第２電極には、イリジウム膜が形成されており、
前記電圧は、０．１０Ｖ以上、２．５Ｖ以下であり、
前記電圧は、液体と前記第１電極との間で電気化学反応が生じない程度の電圧であり、
前記第１電極と前記第２電極との間に設けられ、前記第１電極と前記第２電極との間の経路を切替え可能なスイッチを備え、
前記待機状態と前記駆動状態との切替えに合わせて前記スイッチを切替えることを特徴とする液体吐出ヘッド。
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