JP2015223762A - 液体噴射装置、液体噴射ヘッドの制御方法、および、液体噴射装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の無駄な消費を低減しつつ、ノズル内の気泡を効率よく排出することが可能な液体噴射装置、液体噴射ヘッドの制御方法、および、液体噴射装置の制御方法を提供する。【解決手段】 ノズル異常検出機構により異常が検出された場合、当該ノズルに対応するアクチュエーターに駆動パルスを複数印加して噴射動作を行わせるメンテナンス処理において、少なくとも最初に印加される駆動パルスは、ノズルにおけるメニスカスを初期位置から圧力室側に積極的に引き込むことなく噴射側に押し出して当該ノズルからインクを噴射させるフラッシングパルスＰｆである。【選択図】図６

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、これに搭載される液体噴射ヘッドの制御方法、および、液体噴射装置の制御方法に関し、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、液体噴射ヘッドの制御方法、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、液体噴射ヘッドにおいてノズル内の液体に気泡が混入する場合がある。具体的には、例えば、体噴射ヘッドのノズルが形成された面に対して払拭部材（弾性部材からなるワイパー等）を摺動させて当該ノズル面を払拭して清浄化する際に、ノズル内の液体に気泡が入り込むことがある。また、記録媒体としての記録用紙から生じてノズル面に付着した微細な紙粉がノズル内に進入し、この紙粉を介してノズル内の液体に気泡が入り込む場合もある。さらに、ノズル付近の増粘した液体を噴射する際に気泡を液体内に巻き込む場合もある。

この種の液体噴射ヘッドを搭載する液体噴射装置では、液体噴射ヘッドのノズル内や圧力室内の気泡あるいは増粘液体を排出するために、記録媒体等の着弾対象に対する液体の噴射処理、すなわち、液体噴射装置が本来目的とする噴射処理とは別に、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（例えば、特許文献１）。このフラッシング処理では、駆動波形をアクチュエーターに印加して当該アクチュエーターを駆動することで、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（捨て撃ち或は空吐出ともいう）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。

特開２００９−０７３０７６号公報

しかしながら、上記の従来のフラッシング処理では、ノズルにおける液体内の気泡を排出することが困難であった。すなわち、従来のフラッシング処理における最初の圧力室内の減圧時に気泡が圧力室側に移動してしまい、これにより、フラッシング処理を繰り返しても当該気泡を排出することが困難となっていた。

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、液体の無駄な消費を低減しつつ、ノズル内の液体における気泡を効率よく排出することが可能な液体噴射装置、液体噴射ヘッドの制御方法、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アクチュエーターを有し、当該アクチュエーター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と、
前記ノズルについて液体の噴射の異常を検出する検出機構と、
を備え、駆動波形によりアクチュエーターを駆動してメンテナンス処理を行うことが可能な液体噴射装置であって、
前記検出機構により異常が検出されたノズルに対応する前記アクチュエーターに前記駆動波形を複数回印加して噴射動作を行わせるメンテナンス処理において、少なくとも最初にアクチュエーターに印加される駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを初期位置から前記圧力室側に積極的に引き込むことなく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メンテナンス駆動波形であることを特徴とする。

本発明によれば、液体の無駄な消費を抑えつつノズル内部の液体内の気泡を排出することが可能となる。すなわち、異常が検出されたノズルに対してメンテナンス処理が行われることで、無駄なメンテナンス処理が行われることが抑制される。また、少なくとも最初に印加されるメンテナンス駆動波形による噴射動作においては、ノズルにおける液体内の気泡を圧力室側に浮上させにくいため、気泡をノズル内の液体と共に効率よく排出させることができる。これにより、従来のメンテナンス処理と比較して液体の消費を大幅に抑えることが可能となる。
なお、噴射動作とは、結果としてノズルから液体が実際に噴射されるか否かに拘わらず、駆動波形によりアクチュエーターを駆動して圧力室内にノズルから液体を噴射させる得る程度の圧力変動を生じさせるアクチュエーターの動作を意味する。

上記構成において、前記メンテナンス処理において前記アクチュエーターに３回以上印加する駆動波形のうち、少なくとも１回目乃至３回目の駆動波形は、前記メンテナンス駆動波形である構成を採用することが望ましい。

上記構成によれば、メンテナンス駆動波形を３回印加して噴射動作を行わせることで、ノズル内の気泡をより確実に排出させることができる。

上記構成において、前記メンテナンス駆動波形は、前記液体噴射ヘッドにおいて噴射可能な最大の液量を噴射させる駆動波形である構成を採用することが望ましい。

上記構成によれば、一度により多くの液体をノズルから噴射させることができるとともに、微小な液滴を噴射させる駆動波形と比較して噴射動作時の圧力室内の圧力変化が穏やかであるため、圧力室内に不必要な振動を生じさせにくく、ノズルから気泡をより効率よく排出させることができる。

また、本発明は、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アクチュエーターを有し、駆動波形によりアクチュエーターを駆動させること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の制御方法であって、
液体の噴射の異常が検出されたノズルに対応する前記アクチュエーターに前記駆動波形を複数回印加して噴射動作を行わせるメンテナンス処理において、前記ノズルにおけるメニスカスを初期位置から前記圧力室側に積極的に引き込むことなく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メンテナンス駆動波形を前記アクチュエーターに少なくとも最初に印加することを特徴とする。

さらに、本発明は、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アクチュエーターを有し、当該アクチュエーター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と、前記ノズルについて液体の噴射の異常を検出する検出機構と、を備え、駆動波形によりアクチュエーターを駆動させることによってメンテナンス処理を行うことが可能な液体噴射装置の制御方法であって、
液体の噴射の異常が検出されたノズルに対応する前記アクチュエーターに前記駆動波形を複数回印加して噴射動作を行わせるメンテナンス処理において、前記ノズルにおけるメニスカスを初期位置から前記圧力室側に積極的に引き込むことなく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メンテナンス駆動波形を前記アクチュエーターに少なくとも最初に印加することを特徴する。

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。 プリンターの制御の流れを説明するフローチャートである。 ノズル異常検出機構によるノズルの噴射状態の検査の原理を説明する模式図である。 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。 フラッシングパルスの構成を説明する波形図である。 従来のフラッシングパルスの構成を説明する波形図である。 フラッシング処理においてノズルからインクが噴射される様子を説明する模式図である。 従来のフラッシング処理においてノズルからインクが噴射される様子を説明する模式図である。

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。本実施形態におけるプリンター１は、例えばコンピューター等の電子機器等の外部装置２と無線又は有線で電気的に接続されており、この外部装置２から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受信する。このプリンター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および図９参照）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。

上記インクとしては、染料インクや顔料インク等種々のものを用いることができる。本実施形態においては、常温（例えば、２５℃）の粘度η１が４．１２〔ｍＰａ・ｓ〕程度のインクが用いられる。また、常温の粘度η２が５．０〔ｍＰａ・ｓ〕程度のインクを用いることもできる。いずれも密度については、１０５０〔ｇ／ｃｍ^３〕以上１１００〔ｇ／ｃｍ^３〕以下の範囲であることが望ましく、粘度については、３〔ｍＰａ・ｓ〕以上６〔ｍＰａ・ｓ〕以下の範囲内にあるものが好適である。

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および、ワイピング機構２２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。そして、ノズル面に対してキャッピングした状態でキャップ内の空間を負圧化（吸引）することで、ノズルからインクをキャップ内に排出させるクリーニング処理を行うことができる。

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。上記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部２７を有する。このインク受部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Ｐｆ）を含むメンテナンス用駆動信号（フラッシング用駆動信号ＣＯＭ）を発生可能に構成されている。フラッシング用駆動信号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、ノズル異常検出機構１４、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。ノズル異常検出機構１４は、記録ヘッド６のノズル３７からインクが正常に噴射されているか否かを検査する機構である。このノズル異常検出機構１４によるノズル検査処理の詳細については後述する。

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シリコン単結晶基板からなる部材である。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。

上記ノズル３７は、ドライエッチングにより内径が異なる複数段の円筒状に形成されている。本実施形態におけるノズル３７は、後述する圧力室３８側の第１のノズル部３７ａと、噴射側の第２のノズル部３７ｂとにより２段構造となっている（図９参照）。そして、第１のノズル部３７ａの内径は、第２のノズル部３７ｂの内径よりも大きく設定されている。より具体的には、第２のノズル部３７ｂの内径が２０〔μｍ〕であるのに対し、第１のノズル部３７ａの内径は４５〔μｍ〕となっている。また、第２のノズル部３７ｂの軸方向の長さが３０〔μｍ〕、第１のノズル部３７ａの軸方向の長さは４０〔μｍ〕となっている。なお、ノズルプレート３１としては、シリコン単結晶基板に限られず、例えばステンレス鋼等の金属板より構成することもできる。また、ノズル３７としては、内径が一定な円筒状のストレート部を噴射側に少なくとも有するものであればよく、ノズル全体の内径が一定のもの（円筒状のノズル）や、第１のノズル部３７ａに対応する部分の内径が噴射側から圧力室側に向けて拡大するテーパー形状のもの等を採用することもできる。

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（アクチュエーターの一種）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。

本発明に係るプリンター１では、例えば、記録ヘッド６が記録媒体に対する記録処理中において定期的に、あるいは、記録ヘッド６のノズル面（ノズルプレート３１）をワイピング機構２２により払拭した後に、ノズル３７からインクが正常に噴射されているか否かの検査（ノズル検査処理）を行い、検査結果に応じてノズル３７内の気泡を除去する目的とするフラッシング処理を行う点に特徴を有している。以下、この点について説明する。

図４は、上記プリンター１の制御の流れを説明するフローチャートである。また、図５は、ノズル異常検出機構１４によるノズル３７の噴射状態の検査の原理を説明する模式図である。上述したように、記録処理中の一定間隔毎あるいはワイピング処理後に、記録ヘッド６をホームポジションのキャッピング機構２０の上方まで移動させてノズル検査処理が行われる（ステップＳ１）。ノズル異常検出機構１４は、ホームポジションのキャッピング機構２０に設けられた液体受部としてのキャップ２５に対して記録ヘッド６のノズル３７からインクを噴射させた際のインクの飛翔速度や重量を検出する。キャッピング機構２０におけるキャップ２５の内部には、導電性を有するインク吸収体２８と共にメッシュ状の電極部材２９が配設されている。そして、例えば、電極部材２９が正極、記録ヘッド６のノズルプレート３１が負極となるように電界が付与される。ここで、電極部材２９は、導電性を有するインク吸収材２８と接触しているため、インク吸収材２８の表面も電極部材２９と同電位となる。そして、ノズル異常検出機構１４は、ノズル３７からインクが噴射されてキャップ２５内のインク吸収材２８の表面に着弾するまでの電圧変化を検出し、検出信号としてプリンターコントローラー７の制御部９に出力する。

制御部９は、キャリッジ１６をホームポジションのキャッピング機構２０まで移動させて記録ヘッド６のノズル面をキャップ２５と対峙させ、この状態で各ノズル３７に対して噴射動作を行わせてノズル異常検出機構１４によるノズル検査処理を実行する。ノズル３７から噴射されるインクの飛翔方向が本来目標とする方向から著しく曲がっていたり、噴射されたインクの量（重量・体積）が目標とする値から著しく逸脱していたり、或いは、ノズル３７からインクが噴射されなかったりする等の噴射異常が生じた場合、ノズル異常検出機構１４からの検出信号の値が正常時の値から変化する。このような噴射異常が生じる原因の一つとして、ノズル３７内の液体に混入した気泡が挙げられる。制御部９は、検出信号の値が正常時の値から変化した場合に当該ノズル３７について噴射異常が生じていると判断する。そして、ノズル検査処理の後、制御部９は検査結果に基づいて噴射に異常のあるノズル３７があったか否かを判定する（ステップＳ２）。噴射異常が生じているノズル３７が無い、つまり、全てのノズル３７はインクを正常に噴射することができる（Ｎｏ）と判定された場合、ステップＳ３以降の処理が行われることなく処理が終了する。一方、ステップＳ２において、噴射異常が生じているノズル３７がある（Ｙｅｓ）と判定すると、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上まで移動させて記録ヘッド６のノズル面をインク受部２７と対峙させ（図１参照）、この状態で、インクを正常に噴射することができなかったノズル３７に対してフラッシング処理を実行する（ステップＳ３）。

本実施形態におけるフラッシング処理は、ノズル３７からインクを噴射させる動作を行い、主にノズル３７の内部（メニスカス近傍）に存在する気泡を排出することを目的とするメンテナンス処理であり、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ノズル３７内や圧力室３８内の増粘したインクや気泡を排出するために行われるフラッシング処理とは異なるものである。ここで、フラッシング処理における噴射動作は、ノズル３７からインクが実際に噴射されるか否かに拘わらず、後述するフラッシングパルスＰｆにより圧電素子３３を駆動して圧力室３８内に圧力変動を生じさせる動作を意味する。

図６は、ステップＳ３の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る。また、図７は、フラッシングパルスＰｆの構成を説明する波形図である。本実施形態におけるフラッシング用駆動信号ＣＯＭｆは、一定の間隔で発生される合計３つのフラッシングパルスＰｆを発生する。このフラッシングパルスＰｆは、ノズル３７におけるメニスカスを初期位置（圧電素子３３）から圧力室３８側に積極的にメニスカスを引き込むことなく噴射側に押し出してインクを噴射させるメンテナンス駆動波形の一種である。より具体的に説明すると、本実施形態におけるフラッシングパルスＰｆは、収縮要素ｐ１と、収縮維持要素ｐ２と、膨張要素ｐ３と、からなる。収縮要素ｐ１は、基準電位Ｖｂから収縮電位ＶＨ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要素である。ここで、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（基準状態）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初期位置に相当する。この初期位置にあるメニスカスは、ノズル３７における噴射側（圧力室３８とは反対側）の開口付近（やや圧力室３８寄り）に位置する。基準電位Ｖｂから収縮電位ＶＨまでの電位差Ｖｄおよび収縮要素ｐ１の電位変化の勾配は、上記構成の記録ヘッド６で噴射可能な最大量のインクをノズル３７から噴射させ得るように設定されている。収縮維持要素ｐ２は、収縮電位ＶＨを所定時間維持する波形要素である。そして、膨張要素ｐ３は、収縮電位ＶＨ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要素である。なお、メニスカスを圧力室側に積極的に引き込まないとは、基本的には、フラッシングパルスＰｆにおいて収縮要素ｐ１の前に、圧力室３８を膨張させてメニスカスを圧力室側に引き込む波形要素が無いことを意味する。ただし、収縮要素ｐ１の前にこのような他の波形要素があったとしても、収縮要素ｐ１が圧電素子３３に印加される時点で気泡が元の状態（圧力室を膨張させる波形要素によって圧力室が膨張される前の状態）に概ね戻っていれば、このような他の波形要素が収縮要素ｐ１の前にあってもよい。

図９は、フラッシング処理においてノズル３７からインクが噴射される様子を説明する模式図（ノズル３７の断面図）である。図９（ａ）は、上記の初期状態を示している。この状態において、ノズル３７における第２のノズル部３７ｂの内部のインクには気泡Ｂが滞留している。このノズル３７は、気泡Ｂにより噴射異常が生じている噴射異常ノズルである。上記のように構成されたフラッシングパルスＰｆがこのノズル３７に対応する圧電素子３３に印加されると、収縮要素ｐ１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収縮電位ＶＨ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、初期位置にあるメニスカスがノズル中心軸方向に沿って噴射側に急激に押し出され、液柱のように伸びる（図９（ｂ））。この際、メニスカス近傍の気泡Ｂは、ノズル内のインクに追従して噴射側に押し出される。このとき、気泡Ｂは、圧力室３８内の内圧の上昇に伴って収縮する。

圧力室３８の収縮状態は、収縮維持要素ｐ２によって一定時間維持される。この間には、噴射側に押し出された液柱の後端部分がメニスカスと分離して、気泡Ｂを含んだ状態で、フラッシングボックス２３のインク受部２７に向けて飛翔する（図９（ｃ））。収縮維持要素ｐ２の後、続いて膨張要素ｐ３が印加されることにより、圧電素子３３が基準電位Ｖｂに対応する状態まで収縮する。これに伴い、圧力室３８は、収縮容積から基準電位Ｖｂ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。このフラッシングパルスＰｆ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１０〔ｎｇ〕である。これに対し、記録媒体に対して画像等を記録する際にノズル３７から噴射されるインク１滴あたりの重量は、約７〔ｎｇ〕である。フラッシングパルスＰｆにおいて、膨張要素ｐ３は、収縮要素ｐ１と比較して電位の変化が緩やかであるため、この膨張要素ｐ３により圧電素子３３が駆動して圧力室３８内に生じる圧力変化も比較的緩やかである。このため、噴射動作後の残留振動も比較的低く抑えることができる。

本実施形態においては、１回のフラッシング処理において、１つのノズル３７に対応する圧電素子３３に対して上記フラッシングパルスＰｆが一定の間隔で３回印加されて、噴射動作が行われる。気泡Ｂにより噴射異常が生じているノズル３７では、最初の噴射動作ではインクが噴射されない可能性もあるが、フラッシングパルスＰｆによる噴射動作を３回行うことでより、ノズル３７からインクを噴射させて気泡を排出することができる。このときのパルスＰｆの印加間隔は、前の噴射動作により圧力室３８およびノズル３７内のインクに生じた残留振動が次の噴射動作が行われるタイミングまでに概ね収束している程度の時間に設定されている。これにより、フラッシング処理におけるメニスカス近傍の気泡Ｂの排出性が高められる。すなわち、前の噴射動作で生じた残留振動が収まっていない状態で次の噴射動作が行われると、残留振動を励振してしまう場合がある。そして、残留振動が大きくなってしまうと、これに応じてノズル３７内の気泡Ｂの膨張・収縮の度合も大きくなってしまう。そして、気泡Ｂが膨張すると、浮力によって圧力室側に移動してしまうため、フラッシング処理における気泡排出性が低下する虞がある。例えば、ノズル３７の軸方向においてメニスカスから圧力室側に３５〔μｍ〕の範囲に気泡Ｂが位置していれば、フラッシングパルスＰｆによるフラッシング処理によって当該気泡Ｂを排出することができる。しかしながら、ノズル３７の中心軸方向においてメニスカスから３５〔μｍ〕の範囲を超えて気泡Ｂが遠ざかってしまうと、フラッシング処理によっても気泡Ｂを排出することが困難となってしまう。

ここで、ノズル内の気泡Ｂに働く浮力は、気泡Ｂの直径をｒ、インクの密度をρ、重力加速度をｇとして、アルキメデスの定理より、以下の式（１）で表される。
Ｆ＝４πｒ^３ρｇ／３ …（１）
次に、気泡Ｂに働く抵抗力は、インクの粘度をη、気泡Ｂの速度（ノズル内壁による流路抵抗を無視した場合の速度（無限液中速度））をＵとして、以下の式（２）で表される。
Ｆ＝６πηｒＶ …（２）
式（１）および式（２）より、インク内の気泡Ｂの浮上速度Ｕは、以下の式（３）で表される。
Ｕ＝４．５ｒ^２ρｇ／η …（３）
すなわち、上記式（３）より、気泡Ｂが大きいほど、その浮上速度が上昇することがわかる。
なお、ノズル３７内における気泡Ｂの浮上速度ｕは、ノズル３７の内径をｄ、λ＝ｒ／ｄとして、以下のCliftら提案の式（４）またはWallis提案の式（５）で表すことができる。
ｕ／Ｕ＝（１−λ^２）^３／２ for λ＜０．６ …（４）
ｕ／Ｕ＝（１．１３ｅｘｐ（−λ） for λ＜０．６ …（５）
例えば、ｄ＝２０〔μｍ〕、ｒ＝１０〔μｍ〕とすると、λ＝０．５となり、第２のノズル部３７ｂにおける気泡Ｂの浮上速度ｕは、
式（４）より ｕ＝０．６５０×Ｕ＝９．４２〔μｍ／ｓ〕
式（５）より ｕ＝０．６８５×Ｕ＝９．９４〔μｍ／ｓ〕
となる。
したがって、フラッシング処理においては、気泡Ｂをできるだけ膨張させないことが肝要となる。このため、圧力室３８の内圧の変化、特に急激な減圧を避け、なおかつ、気泡Ｂの大きさを変化させる原因となる残留振動を可及的に抑えることが望ましい。

本実施形態においては、ノズル３７におけるメニスカスを初期位置（圧電素子３３）から圧力室３８側には実質的に変化させずにインクを噴射させるフラッシングパルスＰｆをフラッシング処理における噴射動作用の駆動波形として採用することで、フラッシング処理において圧力室内の急激な減圧を避けて気泡Ｂが膨張することによる浮上を抑制している。また、前のフラッシングパルスＰｆの終端（膨張要素ｐ３の終端）から次のフラッシングパルスＰｆの始端（収縮要素ｐ１の始端）までの時間Δｔが、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）Ｔｃ以上となるように設定されている。これにより、前の噴射動作により生じた残留振動が概ね収束している状態で次の噴射動作が行われるので、気泡Ｂが不必要に膨張・収縮することが低減される。このため、気泡Ｂが浮力により圧力室３８側に移動することが抑制され、気泡排出性を高めることができる。また、１回のフラッシング処理において上記間隔で噴射動作を３回行うことで、ノズル３７内の気泡を概ね排出することができる。例えば、ノズル３７の内壁に気泡が付着していて、１回目の噴射動作によりノズル３７からインクを噴射させなかったとしても、１回目の噴射動作でインクが噴射側に押し出されるので、このインクの動きにより気泡がノズル内壁から離れて動きやすくなり、２回目、３回目の噴射動作により、気泡Ｂをインクと共にノズル３７から排出させることができる。なお、ノズル３７内のインクの気泡をより効果的に排出するには、本実施形態のようにフラッシングパルスＰｆにより３回噴射動作を行うことが望ましいが、ノズル３７内の気泡Ｂを排出することができれば、例えば、３回の噴射動作のうち少なくとも最初の噴射動作をフラッシングパルスＰｆで行い、残りを他の駆動パルス、具体的には後述する一般的なフラッシングパルスＰｆ′あるいは通常の記録動作で使用される駆動パルス等を用いて行う構成を採用することもできる。また、フラッシング動作においては、３回の噴射動作には限られず、４回以上とすることも可能である。この場合、４回目以降の駆動パルスは、フラッシングパルスＰｆでも他の駆動パルスでも良い。

ここで、上記Ｔｃは、ノズル３７、圧力室３８、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］ …（６）
但し、式（４）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３８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（６）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（７）で近似して表すことができる。
Ｍ＝（ρ×Ｌ）／Ｓ …（７）
なお、上記Ｔｃは、上記式（６）で規定されるものに限られず、記録ヘッド６の圧力室３８が有している振動周期であればよい。

このようにして、フラッシング処理が実行された後、続いてステップＳ４においてノズル異常検出機構１４によるノズル検査処理が再度実行される。そして、ノズル検査処理の後、制御部９は検査結果に基づいてノズル３７から正常にインクが噴射されたか（仕様上目標とする量および飛翔速度でインクが噴射されているか）否かを判定する（ステップＳ５）。この際、噴射異常が生じているノズル３７が無い、つまり、全てのノズル３７はインクを正常に噴射することができる（Ｙｅｓ）と判定された場合、処理が終了する。一方、ステップＳ５において、インクが正常に噴射されていない（Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ３に戻り、以降の処理が実行される。なお、インクが正常に噴射されていないと判定された場合にステップＳ３で再度上記のフラッシング処理を実行することに替えて、例えば、キャッピング機構２０によりノズル面をキャッピングした状態でノズル３７からインクを吸引する所謂クリーニング処理等、プリンターにおいて一般的に行われるメンテナンス処理を行うようにすることもできる。

ここで、比較のため、従来の一般的なフラッシング処理に用いられるフラッシングパルスＰｆ′について説明する。
図８は、フラッシングパルスＰｆ′の構成を説明する波形図である。また、図１０は、フラッシングパルスＰｆ′によりノズル３７からインクが噴射される様子を説明する模式図である。このフラッシングパルスＰｆ′は、予備膨張要素ｐ１１と、膨張維持要素ｐ１２と、収縮要素ｐ１３と、収縮維持要素ｐ１４と、膨張要素ｐ１５と、からなる。すなわち、このフラッシングパルスＰｆ′は、ノズル３７からインクを噴射させる前に、まず、予備膨張要素ｐ１１により圧力室３８を膨張させて、メニスカスを圧力室側に大きく引き込む（図１０（ａ））。これにより、メニスカス近傍の気泡Ｂも圧力室側に移動する。また、このときの圧力室３８内の内圧の減少に伴って気泡Ｂは膨張するので、上述したように浮上してメニスカスから圧力室３８側に離れてしまう。このため、その後収縮要素ｐ１３により圧力室３８が収縮されてメニスカスが噴射側に急激に押し出されても、気泡Ｂはメニスカスに追従できない（図１０（ｂ））。その結果、ノズル３７からインクが噴射されても気泡Ｂは排出されずノズル３７に残ったままとなってしまう（図１０（ｃ））。

これに対し、本発明に係るフラッシングパルスＰｆは、メニスカスを初期位置から圧力室側に実質的に変位させることなく、つまり、インクの撹拌は抑えつつ、初期位置からインクを押し出してノズル３７から噴射させるので、メニスカス近傍の気泡Ｂが不必要に膨張することが抑制され、これにより当該気泡Ｂが圧力室側に浮上することを抑えつつ、より少ない噴射量で効率よく気泡Ｂを排出することができる。

また、１回の噴射動作で噴射されるインクの量が比較的少ない駆動波形、例えば、プリンター１において最も小さい液滴を噴射させる小ドット用の駆動パルスに関し、噴射動作においては、メニスカスを引き込んだり押し込んだりを繰り返して微小な液滴を噴射するように構成されているため、インクの振動が複雑化しやすく、また、ノズル内の気泡もそれに応じて膨張・収縮を繰り返すため、気泡がメニスカスから離れてしまい、ノズル内の気泡排出性に劣る問題がある。これに対し、本実施形態においては、プリンター１において噴射可能な最大の液量を噴射させる駆動波形であるフラッシングパルスＰｆを採用しているため、フラッシング処理において一度により多くのインクをノズル３７から噴射させることができるとともに、上記のような微小なインク滴を噴射させる駆動波形と比較して噴射動作時の圧力室３８内の圧力変化が穏やかであるため、圧力室３８内に不必要な振動を生じさせにくく、ノズル内のインクと共に気泡をより効率よく排出させることができる。

このように、本発明に係るプリンター１においては、インクの無駄な消費を抑えつつノズル３７内部の気泡をインクと共に排出することが可能となる。すなわち、ノズル検査処理においてインクを正常に噴射することができなかったノズル３７に対して少なくとも最初にフラッシングパルスＰｆを用いてフラッシング処理が行われることで、無駄なフラッシング処理が行われることなく、しかも、１回のフラッシング処理においては噴射動作を１乃至３回行うだけでノズル内の気泡が排出されるので、従来のフラッシング処理や吸引によるクリーニング処理等のメンテナンス処理と比較してインクの消費を大幅に抑えることが可能となる。

なお、上記実施形態では、アクチュエーターとして、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フラッシングパルスＰｆ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、アクチュエーター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アクチュエーターを用いる場合にも本発明を適用することができる。

さらに、ノズル異常検出機構１４に関し、上記実施形態においてはインク滴を帯電させてこれを検出することで、ノズル３７の噴射異常を検出するように構成を例示したが、これには限られない。例えば、記録媒体に検査パターン等を印刷し、このパターンを光学的なセンサーで検査して、噴射異常の有無を検出するようにしてもよい。また、インク滴噴射後の残留振動によって圧電素子に生じる逆起電力信号に基づいて、噴射異常の有無を検出するようにしてもよい。その他、レーザーを照射する照射部とこのレーザーを検出する検出部とを備え、飛翔するインク滴がレーザーを遮蔽するか否かを検出したり、噴射されたインク滴の重量を検出したりすることで、噴射異常の有無を検出することもできる。

そして、本発明は、ノズル内の気泡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，１４…ノズル異常検出機構，２０…キャッピング機構，２２…ワイピング機構，２５…キャップ，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

Claims (5)

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アクチュエーターを有し、当該アクチュエーター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と、
   前記ノズルについて液体の噴射の異常を検出する検出機構と、
   を備え、駆動波形によりアクチュエーターを駆動してメンテナンス処理を行うことが可能な液体噴射装置であって、
   前記検出機構により異常が検出されたノズルに対応する前記アクチュエーターに前記駆動波形を複数回印加して噴射動作を行わせるメンテナンス処理において、少なくとも最初にアクチュエーターに印加される駆動波形は、前記ノズルにおけるメニスカスを初期位置から前記圧力室側に積極的に引き込むことなく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メンテナンス駆動波形であることを特徴とする液体噴射装置。
2. 前記メンテナンス処理において３回以上印加する駆動波形のうち、少なくとも１回目乃至３回目の駆動波形は、前記メンテナンス駆動波形であることを特徴とする請求項１に記載の液体噴射装置。
3. 前記メンテナンス駆動波形は、前記液体噴射ヘッドにおいて噴射可能な最大の液量を噴射させる駆動波形であることを特徴とする請求項１または請求項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アクチュエーターを有し、駆動波形によりアクチュエーターを駆動させること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の制御方法であって、
   液体の噴射の異常が検出されたノズルに対応する前記アクチュエーターに前記駆動波形を複数回印加して噴射動作を行わせるメンテナンス処理において、前記ノズルにおけるメニスカスを初期位置から前記圧力室側に積極的に引き込むことなく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メンテナンス駆動波形を前記アクチュエーターに少なくとも最初に印加することを特徴とする液体噴射ヘッドの制御方法。
5. 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アクチュエーターを有し、当該アクチュエーター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と、前記ノズルについて液体の噴射の異常を検出する検出機構と、を備え、駆動波形によりアクチュエーターを駆動させることによってメンテナンス処理を行うことが可能な液体噴射装置の制御方法であって、
   液体の噴射の異常が検出されたノズルに対応する前記アクチュエーターに前記駆動波形を複数回印加して噴射動作を行わせるメンテナンス処理において、前記ノズルにおけるメニスカスを初期位置から前記圧力室側に積極的に引き込むことなく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メンテナンス駆動波形を前記アクチュエーターに少なくとも最初に印加する液体噴射装置の制御方法。
   

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