JP2006068969A - 液体吐出装置の駆動方法および液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 待機時に、ノズル内のインクが不均一に粘度上昇したり、ノズル内に空気やごみが侵入したりするのを防止して、インク滴の吐出性能を安定させることができるため、記録画像の画質が悪化したり、フラッシング時に種々の問題が生じたりするのを防止でき、かつフラッシングの回数を減らしてインクの消費量が増加するのを抑制できる駆動方法と、この駆動方法によって駆動される液体吐出装置とを提供する。
【解決手段】 インク滴Ｄｐを吐出させる動作間の待機時に、インクＩｋを、ノズル１２の開口１２ａを通して、基板１の表面１ａに押し出して、当該表面１ａに、上記開口１２ａを覆う液溜りＬｈを形成させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば、インクジェットプリンタのインクジェットヘッド等の液体吐出装置を駆動するための駆動方法と、かかる駆動方法によって駆動される液体吐出装置とに関するものである。

インクジェットプリンタやインクジェットプロッタ等の、インクジェット記録方式を利用した記録装置においては、インクジェットヘッドを主走査方向に移動させると共に、記録紙等を、上記主走査方向と交差する副走査方向に移動させながら、記録情報に応じてインクジェットヘッドを駆動させて、当該インクジェットヘッドのノズルの開口から断続的にインク滴を吐出させることにより、記録紙等の表面に、文字や画像等が記録される。

ノズルの開口からインク滴を吐出させるためには、当該ノズルと連通する、内部にインクが充填される加圧室の容積を所定のタイミングで増減させることで、ノズル内に形成されるインクの液面のメニスカス（ノズルにおいて露出したインクの自由表面）を振動させてインク滴を発生させると共に、インク滴発生時のインクの運動エネルギーによって、ノズルの開口から吐出させることが行われる。また、加圧室の容積を増減させる手段としては、圧電素子および振動板を含み、圧電素子が変形して振動板が撓むことによって加圧室の容積を増減させる圧電アクチュエータや、加圧室内のインクを加熱して気化させることにより、加圧室内に気泡を発生させて、その容積を減少させるヒータ等が一般的に用いられる。

このようなインクジェットヘッドにおいては、ノズルの開口を通して、インクの液面のメニスカスが空気に曝されるので、例えば、プリンタの停止時や、断続的に記録を行っている途中の休止時など、液滴を吐出させる動作間の待機時に、インクに含まれる水等の溶媒が徐々に蒸発することで、メニスカス近傍のインクの粘度が上昇して、次にインク滴を吐出させる際に、その吐出が阻害されて、記録画像の画質が悪化するおそれがある。すなわち、メニスカス近傍のインクの粘度が上昇すると、メニスカスから分離しようとするインク滴が粘度上昇したインクに引きずられることから、正規の吐出方向からずれた方向に吐出されて記録の精度が低下したり、ノズルが目詰まりしてドットの抜けを生じたりする結果、記録画像の画質が悪化する。

そこで、インクの粘度上昇によるこれらの問題を解消するため、通常のインクジェットプリンタ等においては、待機時に、メニスカス近傍の、粘度上昇したインクをインク滴として吐出させる、いわゆるフラッシングが定期的に実行される。また、待機時間が長くなって、ノズルが目詰まりする等して、フラッシングだけでは粘度上昇したインクを完全に除去できない状態になった際には、ノズルの開口に吸引ポンプで負圧を与える等して、粘度上昇したインクを除去する、いわゆるクリーニングが実行される。

しかし、インクの粘度上昇は、まず、メニスカスの表面近傍において、その周縁部から中心部へ向かって、次いでノズルの奥へ向かって、徐々に進行し、必ずしも均一に発生する訳ではない。そのため、不均一な粘度上昇が生じている状態でフラッシングを行った場合には、インクの粘度差によって、例えば、メニスカスが斜めに深く入り込む等して、その挙動が不安定となる場合があり、好ましくない。

また、フラッシング時に吐出させるインク滴が、粘度上昇したインクに引きずられて適切な方向へ吐出されずに、インクジェットプリンタ等の内部を汚し、この汚れが記録紙の裏汚れ等の原因となるおそれもある。さらに、メニスカスの振動に伴ってノズル内に空気が巻き込まれ易く、振動が連続するとインク内に気泡が形成され、この気泡が、インク滴の吐出時にインクに加えられる加圧力を吸収して、インク滴の吐出に支障を来たすおそれもある。さらに、フラッシングやクリーニングを頻繁に行うと、その動作時の音が問題となったり、インクの消費量が増加したりするおそれもある。

そこで、待機時に、加圧室内のインクに、インク滴を吐出させない範囲の微小な圧力変動を加えて微小振動させることで、メニスカス近傍のインクをかく拌して、粘度の不均一な状態を低減した状態で、フラッシングを行うことが提案されている（例えば特許文献１〜３参照）。
この方法によれば、待機時に、メニスカス近傍のインクに生じた粘度の不均一を、上記微小振動によってある程度、低減した状態で、フラッシングを行うことができるため、フラッシング時に、上で述べた種々の問題が生じるのを抑制することができると共に、フラッシングの回数を減らして、インクの消費量が増加するのを抑制することもできる。さらに、特許文献３記載の発明においては、インクを微小振動させる振動周波数を、可聴周波数域よりも高い周波数に設定しており、微小振動時の動作音を低減することもできる。
特開２０００−１１７９９３号公報（請求項１、２、第００１３欄〜第００１６欄） 特開２００４−４２３１４号公報（請求項１、第００１７欄〜第００１８欄） 特開２００４−８２７１８号公報（請求項１、第０００５欄〜第０００７欄）

特許文献１〜３に記載の発明によれば、インクを微小振動させてかく拌することにより、メニスカス近傍でのインクの不均一を低減することはできる。しかし、この操作を繰り返し行った場合には、メニスカスの近傍に、粘度はほぼ均一であるものの、通常より粘度の高いインクが多量に滞留することになるため、フラッシング時に、より多量のインクを除去する必要が生じ、インクの消費量が増加するという問題がある。

また、ノズルの開口周辺の微小なごみが、メニスカスと共にノズル内に引き込まれて、振動を繰り返すうちにノズル内部まで到達してメニスカスの形成を阻害し、インク滴が吐出されなくなるという問題も生じる。
本発明の目的は、待機時に、ノズル内の液体が不均一に粘度上昇したり、ノズル内に空気や微小なごみが侵入したりするのを防止して、液滴の吐出時に、その吐出性能を安定させることができるため、例えばインクジェットヘッドの場合は記録画像の画質が悪化するのを防止することができると共に、フラッシング時に前述した種々の問題が生じるのを防止することができ、しかも、フラッシングの回数を減らして、液体の消費量が増加するのを抑制することもできる液体吐出装置の駆動方法と、かかる駆動方法によって駆動される液体吐出装置とを提供することにある。

請求項１記載の発明は、ノズルを有する流路部材を備え、液体を、このノズルを通して、流路部材の表面に設けたノズルの開口から液滴として吐出させる液体吐出装置を駆動するための駆動方法であって、液滴を吐出させる動作間の待機時に、液体を、ノズルの開口を通して、上記流路部材の表面に押し出して、当該表面に、ノズルの開口を覆う液溜りを形成させることを特徴とする液体吐出装置の駆動方法である。

請求項２記載の発明は、流路部材の表面に、ノズルの開口より大きい略半球状の液溜りを形成させる請求項１記載の液体吐出装置の駆動方法である。
請求項３記載の発明は、待機時の液溜りに微小振動を与える請求項１記載の液体吐出装置の駆動方法である。
請求項４記載の発明は、液滴を吐出させる動作を再開させるに先立って、液溜りを形成する液体が流路部材の表面に残らないように、一旦、ノズルの内部に引き込んで、ノズル内に液面のメニスカスを形成させた後、このメニスカスを振動させて液滴を発生させて、開口から吐出させる請求項１記載の液体吐出装置の駆動方法である。

請求項５記載の発明は、液体吐出装置が、
(a) 内部に液面のメニスカスが形成されるノズルと、
(b) このノズルと連通する、内部に液体が充填される加圧室と、
(c) 圧電素子および振動板を含み、圧電素子が変形して振動板が撓むことによって加圧室の容積を増減させることで、ノズル内のメニスカスを振動させて液滴を発生させて、開口から吐出させるための圧電アクチュエータと、
を備えると共に、待機時に、圧電アクチュエータを動作させて、ノズル内のメニスカスを、液滴が吐出されないタイミングでノズルの外方へ向けて振動させることによって、ノズルから流路部材の表面に押し出させて液溜りを形成させる請求項１記載の液体吐出装置の駆動方法である。

請求項６記載の発明は、待機時に、圧電アクチュエータを動作させて、液溜りに微小振動を与える請求項５記載の液体吐出装置の駆動方法である。
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の駆動方法に用いる液体吐出装置であって、
(a) 内部に液面のメニスカスが形成されるノズルを有する流路部材と、
(b) このノズルと連通する、内部に液体が充填される加圧室と、
(c) 圧電素子および振動板を含み、圧電素子が変形して振動板が撓むことによって加圧室の容積を増減させることで、ノズル内のメニスカスを振動させて液滴を発生させて、開口から吐出させるための圧電アクチュエータと、
を備えると共に、圧電アクチュエータの動作を制御する制御手段を有し、この制御手段が、待機時に、ノズル内のメニスカスを、液滴が吐出されないタイミングでノズルの外方へ向けて振動させることによって、ノズルから流路部材の表面に押し出させて液溜りを形成させるべく、圧電アクチュエータを動作させる液溜り制御機能を有することを特徴とする液体吐出装置である。

請求項８記載の発明は、制御手段は、待機時に、圧電アクチュエータを動作させて、液溜りに微小振動を与える振動制御機能を有する請求項７記載の液体吐出装置である。
請求項９記載の発明は、流路部材の表面の、ノズルの開口の周囲が撥水処理される請求項７記載の液体吐出装置である。

請求項１記載の発明よれば、液体吐出装置の待機時に、流路部材の表面に設けたノズルの開口を、当該開口から押し出した液体によって形成される液溜りで覆うことによって、ノズル内部における液体の不均一な粘度上昇を抑制すると共に、ノズル内に微小なごみ等が侵入するのを防止することができる。
すなわち、液溜りの表面の近傍でも粘度上昇は生じるが、それがノズル内部まで到達するためには極めて長い時間を要することから、例えば液滴の吐出に際して液溜りの液を除去すれば、ノズル内部における、液体の不均一な粘度上昇を抑制することができる。そして、それに伴って、液滴の吐出時に、メニスカスの挙動が不安定となったり、液滴が適切な方向へ吐出されずに装置の内部を汚したり、ノズル内に空気が巻き込まれたりするのを防止することができる。また、液溜りによって開口を覆っておけば、この液溜りに微小なごみ等が付着しても、そのごみ等を、例えば液滴の吐出に際して液溜りの液と共に除去することによって、ノズル内部に侵入するのを防止することもできる。

請求項２記載の発明によれば、液溜りを、ノズルの開口より大きい略半球状に形成することによって、ノズルの開口を、上記液溜りによって、さらに確実に覆うことができるため、上で述べた、ノズル内部における液体の不均一な粘度上昇を抑制すると共に、ノズル内に微小なごみ等が侵入するのを防止する効果をより一層、向上することができる。
請求項３記載の発明によれば、待機時の液溜りに微小振動を与えて、液溜りを形成する液体をかく拌することによって、当該液溜りの、そしてノズル内の粘度上昇を抑制することができる。そのため、ノズル内部における液体の不均一な粘度上昇をさらに確実に抑制することができる。

また、請求項４記載の発明によれば、上記のように、液溜りを形成する液体を、一旦、ノズルの内部に引き込み、引き続いて、液滴として吐出させる、いわゆるフラッシングを行うことにより、液溜りの表面近傍で粘度上昇した液体や、液溜りの表面に付着した微小なごみ等を除去することができる。
また、その際や、その後、引き続いて液滴を吐出させる際には、流路部材の表面に液体が残っていないことから、表面に残った液体が液滴の吐出を阻害するのを防止して、液滴の吐出を安定させることができる。そのため、フラッシングを確実に行うことができると共に、インクジェットヘッドでは、記録画像の画質が悪化するのを防止することもできる。さらに、液体の消費量を低減することもできる。

請求項５、６記載の発明によれば、液滴の吐出に用いる圧電アクチュエータを動作させることによって、待機時に、流路部材の表面に液溜りを形成したり、形成した液溜りを微小振動させたりすることができるため、装置の構成を簡略化することができる。
また、請求項７、８記載の発明によれば、制御手段を用いて圧電アクチュエータの動作を制御することにより、待機時に、流路部材の表面に液溜りを形成したり、形成した液溜りを微小振動させたりすることができるため、ノズル内部における液体の不均一な粘度上昇を抑制すると共に、ノズル内に微小なごみ等が侵入するのを防止する効果をより一層、向上することができる。

さらに、請求項９記載の発明によれば、例えばインクジェットインクなどの水性の液体を使用する場合に、流路部材の表面の、ノズルの開口の周囲を撥水処理することによって、前記のように、液溜りを形成する液体をノズルの内部に引き込む際に、流路部材の表面に、より確実に、液体を残さないようにすることができ、液滴の吐出を安定させることができる。

以下に、本発明を、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタ等の記録装置に組み込まれるインクジェットヘッドに適用した場合を例に挙げて説明する。
〈インクジェットヘッド〉
図１は、この例のインクジェットヘッドの一部を拡大した断面図である。また、図２(a)〜(c)は、上記例のインクジェットヘッドを用いて本発明の駆動方法を実施する過程を示す、インクジェットヘッドのノズルの部分をさらに拡大した断面図である。

図１を参照して、この例のインクジェットヘッドは、図においてその上面側に、インクを充てんするための加圧室１１が面方向に複数個、所定のドットピッチで配列された、流路部材としての基板１と、この基板１の上面に、加圧室１１を閉じるように積層された圧電アクチュエータ２と、圧電アクチュエータ２を動作させるための駆動回路３と、駆動回路３を制御して圧電アクチュエータ２を動作させるための制御手段４とを備えている。

また、圧電アクチュエータ２は、基板１上に、この順に積層された、いずれも複数個の加圧室１１を覆う大きさを有する振動板２１と、共通電極２２と、平板状の圧電セラミック層２３（圧電素子）と、そして、それぞれの加圧室１１に対応して分離形成した複数個の個別電極２４とを備えている。
各加圧室１１には、それぞれ、基板１の、圧電アクチュエータ２を積層した側と反対側である、図において下側の面に達する、インク滴吐出のためのノズル１２が連通されている。また図示していないが、各加圧室１１には、それぞれ、インクジェットプリンタのインク補給部からインクを供給するための共通供給路が、供給口を介して連通されている。

そして、インク補給部から、共通供給路と供給口とを介してインクを各加圧室１１に充てんした状態で、共通電極２２と、複数個の個別電極２４のうち、インク滴を吐出させるノズル１２に対応した個別電極２４との間に、駆動回路３から、所定のパルス波形を有する駆動電圧を印加すると、それに応じて、圧電セラミック層２３のうち、駆動電圧を印加した領域が変形することで、圧電アクチュエータ２の同領域が動作して、加圧室１１の容積が所定のタイミングで増減される。そして、それに伴って、ノズル１２内に形成されるインクの液面のメニスカスが振動して、ノズル１２から、インク滴が吐出されて記録が行われる。

上記のうち基板１は、金属製の板材や、セラミック製の板材等を用いて形成される。例えば金属製の基板１は、圧延法等によって所定の厚みに形成された板材をエッチング加工して、加圧室１１とノズル１２とを形成することによって作製される。かかる基板１を形成する金属材料としては、例えば、Ｆｅ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、ＷＣ−ＴｉＣ計合金等が挙げられ、中でもインクに対する耐食性と、加工性とを考慮すると、Ｆｅ−Ｎｉ系合金が好ましい。なお基板１は、図示していないが、複数枚の基板を積層して形成しても良い。

また、上記基板１の、ノズル１２の開口が形成された表面１ａは、撥水処理されているのが好ましい。これにより、前記のように、表面１ａにインク溜りを形成する、通常は水性であるインクジェット記録方式用のインクをノズル１２の内部に引き込む際に、上記表面１ａに、より確実に、インクを残さないようにすることができ、インク滴の吐出を安定させることができる。

表面１ａを撥水処理するためには、当該表面１ａを、例えば図３に示すように、撥水層５で被覆すればよく、撥水層５の例としては、共析めっきによる撥水層や、ゾル−ゲル法による撥水層等が挙げられる。また、例えばフッ素含有ガラスからなる撥水層を用いることもできる。このうち、共析メッキによる撥水層は、例えばニッケル等の金属と、フッ素樹脂等の撥水性樹脂とを、第２の板材１ｂの表面に共析メッキ処理（分散メッキ処理）することによって形成される。また、ゾル−ゲル法による撥水層は、例えばケイ素酸化物の前駆体であるアルコキシシラン化合物（メトキシシラン、エトキシシラン等）と、フッ化炭素鎖を含むアルコキシシラン化合物とを含有する塗布液を塗布し、乾燥後、加熱してゾル−ゲル反応させて、ケイ素酸化物を生成させることによって形成される。

圧電アクチュエータ２のうち、圧電セラミック層２３は、例えば、圧電体グリーンシートを焼成したり、圧電材料の焼結体を薄板状に研磨したりして形成される。圧電セラミック層２３を構成する圧電セラミックとしては、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）や、当該ＰＺＴにランタン、バリウム、ニオブ、亜鉛、ニッケル、マンガンなどの酸化物の１種または２種以上を添加したもの、例えばＰＬＺＴなどの、ＰＺＴ系の圧電材料を挙げることができる。また、マグネシウムニオブ酸鉛（ＰＭＮ）、ニッケルニオブ酸鉛（ＰＮＮ）、亜鉛ニオブ酸鉛、マンガンニオブ酸鉛、アンチモンスズ酸鉛、チタン酸鉛、チタン酸バリウムなどを主要成分とするものを挙げることもできる。圧電体グリーンシートは、焼成によって上記いずれかの圧電材料となる化合物を含んでいる。

また、振動板２１は、例えば、モリブデン、タングステン、タンタル、チタン、白金、鉄、ニッケルなどの単体金属や、これら金属の合金、あるいはステンレス鋼などの金属材料によって形成することもできるが、特に、上で説明した圧電セラミック層２３と同じ圧電セラミックによって形成されるのが好ましい。
また、振動板２１と、共通電極２２と、圧電セラミック層２３とは、振動板２１および圧電セラミック層２３のもとになるセラミックグリーンシートと、共通電極のもとになる導電ペーストの層との積層体を、同時に焼結して形成されるのが好ましい。これにより、圧電セラミック層２３の反り変形を矯正することができる。

共通電極２２を形成する金属としては、例えば、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｎｉ等の金属単体、もしくはこれらの金属を含む合金が挙げられ、特にＡｇ−Ｐｄ系合金が好ましい。共通電極２２は、上で説明したように、上記金属や合金の粉末を含む導電性のペーストを、振動板２１および圧電セラミック層２３のもとになるセラミックグリーンシートと同時に焼結して形成されるのが好ましく、その厚みは、十分な導電性を確保しつつ、圧電アクチュエータ２の変形を妨げない範囲として０．５〜８μｍであるのが好ましく、１〜３μｍであるのがさらに好ましい。

個別電極２４を形成する金属としては、上記と同様の金属または合金が挙げられ、特に電気抵抗および耐食性等を考慮するとＡｕが好ましい。個別電極の厚みは０．５〜５μｍであるのが好ましく、０．５〜２μｍであるのがさらに好ましい。個別電極２４は、例えば上記Ａｕ等の導電性に優れた金属の粉末を含む導電性のペーストを、圧電セラミック層２３の表面に、スクリーン印刷法などの印刷法によって所定の形状に印刷して形成したり、上記金属からなる薄板を、圧電セラミック層２３の表面に、例えば接着剤を用いて接着して一体化したのち、フォトリソグラフ法を利用したエッチングなどによって所定の形状に形成したり、あるいは圧電セラミック層２３の表面に、フォトリソグラフ法などを利用して、所定の形状の開口部を有するめっきレジスト層を形成し、上記金属をめっきしたのちレジスト層を除去して所定の形状に形成したりすることができる。

圧電アクチュエータ２の総厚みは、駆動回路３から駆動電圧が印加された際に良好に変形させることを考慮すると、１００μｍ以下、好ましくは８０μｍ以下、より好ましくは６５μｍ以下、特に５０μｍ以下であるのが良い。また、十分な機械的強度を付与し、取り扱い時および動作時に破損するの防止することを考慮すると、３μｍ以上、好ましくは５μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上であるのが良い。

基板１と圧電アクチュエータ２とは、例えば接着剤の層（図示せず）を介して接着して一体化することができる。接着剤としては、従来公知の種々の接着剤が挙げられるが、インクジェットヘッドの耐熱性や、インクに対する耐性を向上することを考慮すると、熱硬化温度が１００〜２５０℃であるエポキシ樹脂系、フェノール樹脂系、ポリフェニレンエーテル樹脂系等の、熱硬化性の接着剤を使用するのが好ましい。これら接着剤の層を介して、基板１と圧電アクチュエータ２とを積層して、接着剤の熱硬化温度まで加熱することによって、インクジェットヘッドが製造される。

上記インクジェットヘッドの圧電アクチュエータ２のうち、共通電極２２と、個別電極２４とは、それぞれ駆動回路３に接続されており、駆動回路３は、制御手段４に接続されている。
制御手段４は、記録時には、例えば、ホストコンピュータから送信された文字や画像等の記録情報をもとに駆動回路３を制御して、当該駆動回路３により、共通電極２２と、任意の個別電極２４との間に、所定のパルス波形を有する駆動電圧を印加させる。そうすると、圧電アクチュエータ２の、駆動電圧が印加された領域が動作して、その領域に対応する加圧室１１に連通したノズル１２から、インク滴が吐出されて記録が行われる。

詳しくは、図２(b)に示すように、ノズル１２内にインクの液面のメニスカスＭｎが形成された状態で、圧電アクチュエータ２を動作させて、加圧室１１の容積を所定のタイミングで増減させる。そうすると、供給口、加圧室１１、およびノズル１２内のインクＩｋが振動を起こし、それに伴ってメニスカスＭｎが振動する。そして、振動の速度が結果的にノズル１２の外方へ向かうことによって、メニスカスＭｎが外部へと柱状に押し出される。この押し出されたインクは、その形状からインク柱と呼ばれる。

振動の速度は、やがてノズル１２の内方向へ向かうが、インク柱はそのまま外方向に運動を続けるため、図２(c)に示すようにメニスカスＭｎから切り離される。そして、切り離されたインク柱は１〜２滴程度のインク滴Ｄｐにまとまり、それが記録紙等の方向に飛翔して、当該記録紙等の表面にドットを形成する。そして、このドットの集合によって、記録紙等の表面に、文字や画像等が記録される。

〈インクジェットヘッドの駆動方法〉
本発明の駆動方法において、制御手段４は、上で説明した、インク滴Ｄｐを吐出させて記録を行う動作と動作の間の待機時、すなわち、プリンタ等の停止時や、あるいは断続的に記録を行っている途中の休止時に、インクＩｋを、ノズル１２の開口１２ａを通して、流路部材としての基板１の表面１ａに押し出させることにより、図２(a)に示すように、当該表面１ａに、上記開口１２ａを覆う液溜りＬｈを形成させる液溜り制御機能を有している。

すなわち、制御手段４は、駆動回路３を制御して圧電アクチュエータ２を動作させて、ノズル１２内のメニスカスＭｎを、インク滴Ｄｐが吐出されないタイミングでノズル１２の外方へ向けて振動させる。詳しくは、加圧室１１にインクＩｋが充填された状態での、圧電アクチュエータ２の固有振動周期によって規定される、メニスカスＭｎの固有振動周期に合致するようなタイミングで、当該メニスカスＭｎを振動させることができるパルス波形を有する駆動電圧を、圧電アクチュエータ２に印加する。そうすると、当該メニスカスＭｎを形成するインクＩｋが徐々に基板１の表面１ａに押し出されて、表面張力により、当該表面１ａに液溜りＬｈが形成される。

そして、先に説明したように、形成された液溜りＬｈによってノズル１２の開口１２ａが覆われることで、待機時に、ノズル１２内のインクＩｋが不均一に粘度上昇したり、ノズル１２内に空気や微小なごみが侵入したりするのが防止されて、次のインク滴Ｄｐの吐出時に、その吐出性能を安定させることができるため、記録画像の画質が悪化するのを防止することができる。また、フラッシング時に種々の問題が生じるのを防止することができる上、フラッシングの回数を減らして、インクＩｋの消費量が増加するのを抑制することも可能となる。

液溜りＬｈは、図に示すように、ノズル１２の開口１２ａより大きい略半球状に形成されるのが好ましい。これにより、ノズル１２の開口１２ａを、液溜りＬｈによって、さらに確実に覆うことができるため、ノズル１２内のインクＩｋが不均一に粘度上昇するのを抑制したり、ノズル１２内に微小なごみ等が侵入するのを防止したりする効果をより一層、向上することができる。

また、制御手段４は、図２(a)に示す、ノズル１２の開口１２ａを覆う液溜りＬｈを形成した状態において、さらに圧電アクチュエータ２を動作させて、当該液溜りＬｈに微小振動を与える振動制御機能を有していてもよい。これにより、液溜りＬｈを形成するインクＩｋをかく拌することによって、当該液溜りＬｈの、そしてノズル１２内のインクＩｋの粘度上昇を抑制して、ノズル１２内におけるインクＩｋの不均一な粘度上昇をさらに確実に抑制することができる。

液溜りＬｈに微小振動を与えるためには、上記のようにして液溜りＬｈを形成させた後、インクＩｋの押し出しは停止しながら、振動のみを与え続けられるように、圧電アクチュエータ２の動作を制御しなければならない。その具体的な制御の方法としては、例えば、インクＩｋに加えられる、ノズルの外方へ向かう振動の周期を押し出し時よりも長くして、インクＩｋを押し出す押し出し力をほぼ０まで弱めながら、なおかつ振動させ続ける方法や、周期はそのままとして、ノズルの外方へ向かう振動の直後に、逆にインクＩｋをノズル１２の内方に引き込む振動を重畳させて、実質的に、インクＩｋを押し出す押し出し力を０としながら、なおかつ振動させ続ける方法、あるいは、インクＩｋの押し出しと引き込みとを繰り返す方法等が挙げられる。

待機状態を解除して次の記録を開始するためには、例えば、開口１２ａを覆っていた液溜りＬｈを、プリンタの、クリーニング機構（吸引ポンプやワイパー等）を利用して除去すればよい。これにより、液溜りＬｈの表面近傍の、粘度上昇したインクＩｋや、液溜りＬｈに付着した微小なごみ等を除去して、ノズル内部に侵入するのを防止することができる。

また、液溜りＬｈを形成するインクＩｋが基板１の表面１ａに残らないように、一旦、ノズル１２の内部に引き込んで、ノズル１２内にメニスカスＭｎを形成させた後、このメニスカスＭｎを振動させてインク滴Ｄｐを発生させて、開口１２ａから吐出させるフラッシングを行っても良い。液溜りＬｈを形成するインクＩｋをノズル１２の内部に引き込むためには、駆動回路３を制御して圧電アクチュエータ２を動作させて、加圧室１１の容積を増加させればよい。

フラッシングを行うことにより、液溜りＬｈの表面近傍で粘度上昇したインクＩｋや、液溜りＬｈの表面に付着した微小なごみ等を除去することができる。また、フラッシングを行う際や、その後、引き続いて、インク滴Ｄｐを吐出させて記録を行う際には、基板１の表面１ａにインクＩｋが残っていないことから、表面１ａに残ったインクＩｋがインク滴Ｄｐの吐出を阻害するのを防止して、その吐出を安定させることができる。そのため、フラッシングを確実に行うことができると共に、記録画像の画質が悪化するのを防止することもできる。さらに、インクＩｋの消費量を低減することもできる。

なお、本発明の用途は、以上で説明したインクジェットヘッドには限定されず、例えばマイクロポンプ等にも適用することが可能である。
本発明によれば、以上で説明したように、ノズル内の液体が不均一に粘度上昇したり、ノズル内に空気や微小なごみが侵入したりするのを確実に防止することができる。そのため、長期間に亘ってメンテナンスを行わなくても、液体を安定して吐出させることが可能である。したがって、メンテナンス動作の回数を減少させることができるので、例えば工業用、産業用の大型の印刷装置等に本発明の構成を採用することにより、装置のメンテナンスフリー化をはかって、そのランニングコストを低減することが可能である。また、コンシューマ向けの小型のプリンタ等に本発明の構成を採用すれば、前述したようにフラッシングの回数を減らして、その動作時の音を低減しつつ、形成画像の画質を向上することも可能である。

本発明の駆動方法が適用される液体吐出装置としての、インクジェットヘッドの一部を拡大した断面図である。 同図(a)〜(c)は、それぞれ、図１のインクジェットヘッドを用いて本発明の駆動方法を実施する過程を示す、インクジェットヘッドのノズルの部分をさらに拡大した断面図である。 インクジェットヘッドのノズル部分の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１ 基板（流路部材）
１ａ 表面
１１ 加圧室
１２ ノズル
１２ａ 開口
２１ 振動板
２３ 圧電セラミック層（圧電素子）
４ 制御手段
Ｉｋ インク（液体）
Ｍｎ メニスカス
Ｄｐ インク滴（液滴）
Ｌｈ 液溜り

Claims (9)

1. ノズルを有する流路部材を備え、液体を、このノズルを通して、流路部材の表面に設けたノズルの開口から液滴として吐出させる液体吐出装置を駆動するための駆動方法であって、液滴を吐出させる動作間の待機時に、液体を、ノズルの開口を通して、上記流路部材の表面に押し出して、当該表面に、ノズルの開口を覆う液溜りを形成させることを特徴とする液体吐出装置の駆動方法。
2. 流路部材の表面に、ノズルの開口より大きい略半球状の液溜りを形成させる請求項１記載の液体吐出装置の駆動方法。
3. 待機時の液溜りに微小振動を与える請求項１記載の液体吐出装置の駆動方法。
4. 液滴を吐出させる動作を再開させるに先立って、液溜りを形成する液体が流路部材の表面に残らないように、一旦、ノズルの内部に引き込んで、ノズル内に液面のメニスカスを形成させた後、このメニスカスを振動させて液滴を発生させて、開口から吐出させる請求項１記載の液体吐出装置の駆動方法。
5. 液体吐出装置が、
   (a) 内部に液面のメニスカスが形成されるノズルと、
   (b) このノズルと連通する、内部に液体が充填される加圧室と、
   (c) 圧電素子および振動板を含み、圧電素子が変形して振動板が撓むことによって加圧室の容積を増減させることで、ノズル内のメニスカスを振動させて液滴を発生させて、開口から吐出させるための圧電アクチュエータと、
   を備えると共に、待機時に、圧電アクチュエータを動作させて、ノズル内のメニスカスを、液滴が吐出されないタイミングでノズルの外方へ向けて振動させることによって、ノズルから流路部材の表面に押し出させて液溜りを形成させる請求項１記載の液体吐出装置の駆動方法。
6. 待機時に、圧電アクチュエータを動作させて、液溜りに微小振動を与える請求項５記載の液体吐出装置の駆動方法。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の駆動方法に用いる液体吐出装置であって、
   (a) 内部に液面のメニスカスが形成されるノズルを有する流路部材と、
   (b) このノズルと連通する、内部に液体が充填される加圧室と、
   (c) 圧電素子および振動板を含み、圧電素子が変形して振動板が撓むことによって加圧室の容積を増減させることで、ノズル内のメニスカスを振動させて液滴を発生させて、開口から吐出させるための圧電アクチュエータと、
   を備えると共に、圧電アクチュエータの動作を制御する制御手段を有し、この制御手段が、待機時に、ノズル内のメニスカスを、液滴が吐出されないタイミングでノズルの外方へ向けて振動させることによって、ノズルから流路部材の表面に押し出させて液溜りを形成させるべく、圧電アクチュエータを動作させる液溜り制御機能を有することを特徴とする液体吐出装置。
8. 制御手段は、待機時に、圧電アクチュエータを動作させて、液溜りに微小振動を与える振動制御機能を有する請求項７記載の液体吐出装置。
9. 流路部材の表面の、ノズルの開口の周囲が撥水処理される請求項７記載の液体吐出装置。

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