JP2020075373A - 液体吐出装置、及びインクジェットプリンタ - Google Patents

Abstract

【課題】液体を吐出する複数のノズルを配列したノズルプレートのクリーニング時など、外的要因により応力が与えられるときに駆動回路を保護することのできる液体吐出装置を提供する。【解決手段】液体吐出装置は、複数のノズルを配列したノズルプレート５と、液体供給部４と、アクチュエータと、駆動回路７と、低インピーダンス回路を備える。ノズルプレートに配列したノズルは、液体を吐出する。液体供給部は、ノズルに連通する。アクチュエータは、ノズルプレートにノズル毎に設けている。アクチュエータは、圧電素子を含む。駆動回路は、アクチュエータの圧電素子に駆動信号を供給し、アクチュエータを駆動させてノズルから液体を吐出させる。低インピーダンス回路は、ノズルプレートに外的要因により応力が与えられる間、アクチュエータの圧電素子に接続させる。【選択図】図１３

Description

本発明の実施形態は、液体吐出装置、及びインクジェットプリンタに関する。

所定量の液体を所定の位置に供給する液体吐出装置が知られている。液体吐出装置は、例えばインクジェットプリンタ、３Ｄプリンタ、分注装置などに搭載する。インクジェットプリンタは、インクの液滴をインクジェットヘッドから吐出して、記録媒体の表面に画像等を形成する。３Ｄプリンタは、造形材の液滴を造形材吐出ヘッドから吐出し、硬化させて、三次元造形物を形成する。分注装置は、試料の液滴を複数の容器等へ所定量供給する。

液体吐出装置は、アクチュエータを駆動させて、ノズルプレートに形成したノズルから液体を吐出する。圧電体を備えたアクチュエータは、駆動回路から駆動信号が供給されると、圧電効果で圧電体が変形することによって駆動する。ノズルから液体を吐出すると、ノズルプレートに液体が付着してしまう場合がある。ノズルプレートに付着した液体は、クリーニング装置で除去する。

しかしながら、ワイパーブレードなどのクリーニング部材でノズルプレートを払拭すると、押圧力や摩擦力などの応力によってノズルプレートが変形し、さらにアクチュエータの圧電体が変形して圧電効果の作用で電荷が発生する場合がある。アクチュエータの圧電体に電荷が発生すると、駆動回路に電圧が印加されて悪影響を及ぼすおそれがある。場合によっては、駆動回路の素子等が破壊してしまうおそれがある。

特開２００６−１５８１２７号公報 特開２０１１−２４０６９９号公報 特開平１０−２３５８６１号公報

本発明が解決しようとする課題は、液体を吐出する複数のノズルを配列したノズルプレートのクリーニング時など、外的要因により応力が与えられるときに駆動回路を保護することのできる液体吐出装置、及びインクジェットプリンタを提供することにある。

本発明の実施形態の液体吐出装置は、複数のノズルを配列したノズルプレートと、液体供給部と、アクチュエータと、駆動回路と、低インピーダンス回路を備える。ノズルプレートに配列したノズルは、液体を吐出する。液体供給部は、ノズルに連通する。アクチュエータは、ノズルプレートにノズル毎に設けている。アクチュエータは、圧電素子を含む。駆動回路は、アクチュエータの圧電素子に駆動信号を供給し、アクチュエータを駆動させてノズルから液体を吐出させる。低インピーダンス回路は、前記ノズルプレートに外的要因により応力が与えられる間、アクチュエータの圧電素子に接続させる。

第１実施形態に従うインクジェットプリンタの全体構成図である。 上記インクジェットプリンタのインクジェットヘッドの斜視図である。 上記インクジェットヘッドのノズルプレートの平面図である。 上記インクジェットヘッドの縦断面図である。 上記インクジェットヘッドのノズルプレートの縦断面図である。 上記インクジェットヘッドのクリーニング装置の斜視図である。 上記インクジェットプリンタの制御系のブロック構成図である。 上記インクジェットヘッドのアクチュエータを駆動させる駆動回路の回路図である。 上記アクチュエータに供給する駆動信号の波形図である。 上記駆動信号を供給したアクチュエータの動作を示す説明図である。 上記インクジェットヘッドのノズル面をクリーニングする手順を示すフローチャートである。 上記クリーニングを実行するときの駆動回路の状態を示す回路図である。 上記クリーニングを実行するときのクリーニング装置の動作を示す説明図である。 上記クリーニングを実行するときのクリーニング装置の作用を示す説明図である。 上記クリーニングを実行するときの駆動回路の状態を示す回路図である。 第２実施形態に従うインクジェットヘッドのアクチュエータを駆動させる駆動回路の回路図である。 第３実施形態に従うインクジェットヘッドのクリーニング装置を説明する縦断面図である。 第４実施形態に従うインクジェットヘッドのクリーニング装置を説明する縦断面図である。 インクジェットヘッドの変形例を示す縦断面図である。

以下、実施形態に従う液体吐出装置について、添付図面を参照しながら詳述する。なお、各図において、同一構成は同一の符号を付している。

実施形態の液体吐出装置１を搭載した画像形成装置の一例として、記録媒体に画像を印刷するインクジェットプリンタ１０を説明する。図１は、インクジェットプリンタ１０の概略構成を示す。インクジェットプリンタ１０は、例えば外装体である箱型の筐体１１を備えている。筐体１１の内部には、記録媒体の一例であるシートＳを収納するカセット１２、シートＳの上流搬送路１３、カセット１２内から取り出したシートＳを搬送する搬送ベルト１４、搬送ベルト１４上のシートＳに向けてインクの液滴を吐出するインクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄ、シートＳの下流搬送路１５、排出トレイ１６、及び制御部１７としての制御基板を配置している。ユーザーインターフェイスである操作部１８は、筐体１１の上部側に配置している。

シートＳに印刷する画像のデータは、例えば外部接続機器であるコンピュータ２で生成する。コンピュータ２で生成した画像データは、ケーブル２１、コネクタ２２Ｂ，２２Ａを通してインクジェットプリンタ１０の制御部１７に送られる。

ピックアップローラ２３は、カセット１２からシートＳを一枚ずつ上流搬送路１３へ供給する。上流搬送路１３は、送りローラ対１３ａ、１３ｂと、シート案内板１３ｃ、１３ｄで構成する。シートＳは、上流搬送路１３を経由して、搬送ベルト１４の上面へ送られる。図中の矢印Ａ１は、カセット１２から搬送ベルト１４へのシートＳの搬送経路を示す。

搬送ベルト１４は、表面に多数の貫通孔が形成された網状の無端ベルトである。駆動ローラ１４ａ、従動ローラ１４ｂ、１４ｃの３本のローラは、搬送ベルト１４を回転自在に支持している。モーター２４は、駆動ローラ１４ａを回転させることによって搬送ベルト１４を回転させる。モーター２４は、駆動装置の一例である。図中Ａ２は、搬送ベルト１４の回転方向を示す。搬送ベルト１４の裏面側には、負圧容器２５を配置している。負圧容器２５は、減圧用のファン２６と連結しており、ファン２６が形成する気流によって容器内が負圧になる。シートＳは、負圧容器２５内が負圧になることによって搬送ベルト１４の上面に吸着保持される。図中Ａ３は、気流の流れを示している。搬送ベルト１４は、記録媒体搬送装置の一例である。

インクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄは、搬送ベルト１４上に吸着保持したシートＳに対して、例えば１ｍｍの僅かな隙間を介して対向するように配置している。インクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄは、シートＳに向けてインクの液滴を夫々吐出する。シートＳは、インクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄの下方を通過する際に画像が形成される。インクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄは、吐出するインクの色が異なることを除けば、同じ構造になっている。インクの色は、例えば、シアン，マゼンタ，イエロー，ブラックである。

各インクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄは、インク流路３１Ａ〜３１Ｄを介してインクタンク３Ａ〜３Ｄ及びインク供給圧力調整装置３２Ａ〜３２Ｄと夫々連結している。インク流路３１Ａ〜３１Ｄは、例えば樹脂製チューブである。インクタンク３Ａ〜３Ｄは、インクを貯留した容器である。各インクタンク３Ａ〜３Ｄは、各インクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄの上方に配置している。待機時に、インクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄのノズル５１（図２参照）からインクが漏れ出ないように、各インク供給圧力調整装置３２Ａ〜３２Ｄは、各インクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄ内を大気圧に対して負圧、例えば−１ｋＰａに調整している。画像形成時、各インクタンク３Ａ〜３Ｄ内のインクは、インク供給圧力調整装置３２Ａ〜３２Ｄによって各インクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄに供給される。

各インクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄは、メンテナンスユニットを備えている。各メンテナンスユニットは、夫々、インクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄをクリーニングするクリーニング装置３３Ａ〜３３Ｄ、インクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄのノズル面を保護するキャップ３４Ａ〜３４Ｄを備えている。クリーニング装置３３Ａ〜３３Ｄは、夫々、インクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄのノズル面に付いた付着物を除去する。付着物は、例えばインクである。その他にも、例えば埃やシート屑などが付着している場合もある。インクジェットヘッド１Ａ〜１Ｄは、夫々、ヘッド移動装置３５Ａ〜３５Ｄ（図１は不図示、図７参照）によってクリーニング装置３３Ａ〜３３Ｄ上方のクリーニング実行位置に移動できるようになっている。なお、クリーニング装置３３Ａ〜３３Ｄの詳しい構成は、後述する。

画像形成後、シートＳは、搬送ベルト１４から下流搬送路１５へ送られる。下流搬送路１５は、送りローラ対１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄと、シートＳの搬送経路を規定するシート案内板１５ｅ、１５ｆで構成している。シートＳは、下流搬送路１５を経由し、排出口２７から排出トレイ１６へ送られる。図中矢印Ａ４は、シートＳの搬送経路を示す。

続いて、図２〜図７を参照しながら、インクジェットヘッド１Ａの構成について説明する。なお、インクジェットヘッド１Ｂ〜１Ｄは、インクジェットヘッド１Ａと同じ構造であるので詳しい説明は省略する。

図２は、インクジェットヘッド１Ａの外観斜視図である。インクジェットヘッド１Ａは、液体供給部としてのインク供給部４、基板４０、ノズルプレート５、フレキシブル基板６、駆動回路７を備えている。インクを吐出する複数のノズル５１は、ノズルプレート５に配列している。各ノズル５１から吐出するインクは、ノズル５１に連通するインク供給部４から供給する。インク供給圧力調整装置３２Ａからのインク流路３１Ａは、インク供給部４の上部側に接続している。矢印Ａ２は、既述の搬送ベルト１４の回転方向を示している（図１参照）。

図３は、ノズルプレート５の部分拡大平面図である。ノズル５１は、列方向（Ｘ軸方向）及び行方向（Ｙ軸方向）に２次元配列している。但し、行方向（Ｙ軸方向）に並ぶノズル５１は、Ｙ軸の軸線上にノズル５１が重ならないように斜めに配列している。各ノズル５１は、Ｘ軸方向に距離Ｘ１、Ｙ軸方向に距離Ｙ１の間隔で配置している。一例として、距離Ｘ１は、４２．３μｍ、距離Ｙ１は、２５４μｍとする。ノズル５１は、Ｙ軸方向に配列した８個のノズル５１を１組としてＸ軸方向に複数配列していく。図示は省略するが、Ｘ軸方向に例えば７５組配列し、さらに７５組のノズルを１群としてＹ軸方向に２群配列することで、総数１２００個のノズル５１を配列している。

インクを吐出する動作の駆動源となるアクチュエータ８は、ノズル５１毎に設けている。各アクチュエータ８は、円環状に形成し、その中央にノズル５１が位置するように配列している。アクチュエータ８のサイズは、例えば、内径３０μｍ、外径１４０μｍである。各アクチュエータ８は、個別電極８１と夫々電気的に接続している。さらに、各アクチュエータ８は、Ｙ軸方向に並ぶ８個のアクチュエータ８を共通電極８２で電気的に接続している。各個別電極８１及び各共通電極８２は、さらに実装パッド９と夫々電気的に接続している。実装パッド９は、アクチュエータ８に駆動信号（電気信号）を供給する入力ポートになっている。各個別電極８１は、各アクチュエータ８に駆動信号を夫々供給し、各アクチュエータ８は、駆動信号に応じて駆動する。なお、図３は、説明の便宜上、アクチュエータ８、個別電極８１、共通電極８２及び実装パッド９を実線で記載しているが、これらはノズルプレート５の内部に配置している（図５の縦断面図参照）。勿論、アクチュエータ８の位置は、ノズルプレート５の内部に限らない。

実装パッド９は、フレキシブル基板６に形成した配線パターンと例えば異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Contact Film）を介して電気的に接続している。さらに、フレキシブル基板６の配線パターンは、駆動回路７と電気的に接続している。駆動回路７は、例えばＩＣ（Integrated Circuit）である。駆動回路７は、アクチュエータ８に与える駆動信号を生成する。

図４は、インクジェットヘッド１Ａの縦断面図である。図４に示すように、ノズル５１は、ノズルプレート５をＺ軸方向に貫通している。ノズル５１のサイズは、例えば、直径２０μｍ、長さ８μｍである。複数の圧力室（個別圧力室）４１は、基板４０の内部にノズル５１毎に設けている。各圧力室４１は、各ノズル５１に夫々連通する。圧力室４１は、例えば上部を開放した円柱形の空間である。各圧力室４１の上部は開口しており、インク供給部４内の共通インク室４２と連通している。インク流路３１Ａは、インク供給口４３を介して共通インク室４２と連通している。各圧力室４１及び共通インク室４２内は、インクで満たされている。共通インク室４２は、例えばインクを循環させる流路状に形成する場合もある。圧力室４１は、例えば厚さ５００μｍの単結晶シリコンウエハからなる基板４０に、例えば直径２００μｍの円柱形の穴を形成した構成である。インク供給部４は、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）に共通インク室４２に対応する空間を形成した構成である。

図５は、ノズルプレート５の部分拡大図である。ノズルプレート５は、底面側から保護層５２、アクチュエータ８及び振動板５３を順に積層した構造である。アクチュエータ８は、上部電極８４、薄板状の圧電体８５及び下部電極８６を積層した構造である。薄板状の圧電体８５は、アクチュエータ８を駆動させる圧電素子の一例である。下部電極８６は、個別電極８１と電気的に接続し、上部電極８４は、共通電極８２と電気的に接続している。保護層５２と振動板５３の境界には、個別電極８１と共通電極８２の短絡を防ぐ絶縁層５４を介在させている。絶縁層５４は、例えば厚さ０．５μｍの二酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２）で形成する。上部電極８４と共通電極８２は、絶縁層５４に形成したコンタクトホール５５によって電気的に接続している。圧電体８５は、圧電特性と絶縁破壊電圧を考慮して、例えば厚さ５μｍ以下のＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で形成している。下部電極８６及び上部電極８４は、例えば厚さ０．１５μｍの白金で形成している。個別電極８１と共通電極８２は、例えば厚さ０．３μｍの金（Ａｕ）で形成している。

振動板５３は、絶縁性無機材料で形成している。絶縁性無機材料は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）である。振動板５３の厚みは、例えば２〜１０μｍ、好ましくは４〜６μｍである。詳しくは後述するが、振動板５３及び保護層５２は、電圧を印加した圧電体８５がｄ_３１モード変形することに伴って内側に湾曲する。そして圧電体８５への電圧の印加を止めると元に戻る。この可逆的な変形によって、圧力室（個別圧力室）４１の容積は、拡張及び収縮する。圧力室４１の容積を変えると、圧力室４１内のインク圧が変わる。

保護層５２は、例えば厚さ４μｍのポリイミドで形成している。保護層５２は、ノズルプレート５の底面側の一面を覆い、さらにノズル５１の孔の内周面を覆っている。

図６は、クリーニング装置３３Ａの斜視図である。図中の点線は、クリーニングを実行する位置にあるインクジェットヘッド１Ａの外形を示している。すなわち、インクジェットヘッド１Ａは、クリーニング装置３３Ａの例えば真上に位置している。クリーニング装置３３Ａは、インクジェットヘッド１Ａの長尺方向（Ｘ軸方向）に沿って配置した無端の回転ベルト１００を備える。駆動プーリー１０１と従動プーリー１０２は、回転ベルト１００を回転自在に支持している。モーター１０３は、駆動プーリー１０１を回転させることによって、回転ベルト１００を回転させる。モーター１０３は、駆動装置の一例である。

ワイパーブレード１０４は、回転ベルト１００上に設けた支持台１０５に取り付けている。ワイパーブレード１０４と支持台１０５は、回転ベルト１００と一体的に回転する。ワイパーブレード１０４は、その上部が、インクジェットヘッド１Ａの底面、すなわちノズルプレート５の表面と接する高さに配置している。ワイパーブレード１０４は、ノズルプレート５のノズル面を払拭するクリーニング部材の一例である。ワイパーブレード１０４は、その長尺方向（Ｙ軸方向）の辺が、インクジェットヘッド１Ａの長尺方向（Ｘ軸方向）と交差するように配置している。さらに、ワイパーブレード１０４は、例えばその長尺方向（Ｙ軸方向）の辺の長さが、インクジェットヘッド１Ａの短尺方向（Ｙ軸方向）の幅以上を有している。Ｘ軸方向の厚み、Ｚ軸方向の高さは、インクジェットヘッド１Ａのサイズなどに合わせて適宜決めることができる。

ワイパーブレード１０４は、例えば可撓性を有する弾性部材で形成している。弾性部材は、例えばゴム、フッ素系樹脂などである。インクに対して撥液性を有する材質、反対に親液性を有する材質を選定してもよい。

支持台１０５は、例えばプラスチックなどの樹脂材で形成している。ワイパーブレード１０４は、例えば支持台１０５の上部開口に嵌合させて着脱可能になっている。ワイパーブレード１０４は、継続使用による劣化が進むと交換する。ガイドレール１０６は、回転ベルト１００の上方側に、インクジェットヘッド１Ａの長尺方向（Ｘ軸方向）に沿って配置している。ガイドレール１０６は、例えば支持台１０５の側面に形成した凹部と係合している。クリーニング実行時、モーター１０３は、例えば駆動プーリー１０１を正転及び逆転させてワイパーブレード１０４と支持台１０５をＸ軸方向及び−Ｘ軸方向に往復移動させる。ガイドレール１０６は、ワイパーブレード１０４上部が一定の高さを維持して移動するように支持台１０５をガイドする。往復移動に代えて、ワイパーブレード１０４を一方向に周回させるようにしてもよい。また、ワイパーブレード１０４が払拭したインク等を回収する容器を設けてもよい。

クリーニングを実行する場合、インクジェットヘッド１Ａは、図１に示したインク吐出位置から、ヘッド移動装置３５Ａによって図６に示したクリーニング実行位置に移動する。ワイパーブレード１０４は、移動してくるインクジェットヘッド１Ａと衝突しない位置で待機している（例えば、図６に示した位置）。ワイパーブレード１０４は、インクジェットヘッド１Ａがクリーニング実行位置に移動した後、Ｘ軸方向に移動してノズルプレート５のノズル面を払拭する。

図７は、インクジェットプリンタ１０の制御系のブロック図である。制御部１７は、ＣＰＵ９０、ＲＯＭ９１、ＲＡＭ９２、入出力ポートであるＩ／Ｏポート９３、画像メモリ９４を搭載している。ＣＰＵ９０は、Ｉ／Ｏポート９３を通して、モーター２４、インク供給圧力調整装置３２Ａ〜３２Ｄ、操作部１８、モーター１０３、ヘッド移動装置３５Ａ〜３５Ｄ、及び各種センサーを制御する。また、ＣＰＵ９０は、例えばＲＯＭ９１に格納されている各種プログラムを読み出して実行する。各種プログラムは、クリーニングを実行するプログラムを含む。外部接続機器であるコンピュータ２からの画像データは、Ｉ／Ｏポート９３を通じて制御部１７へ送られ、画像メモリ９４に保存される。ＣＰＵ９０は、画像メモリ９４に保存した画像データを、描画順に駆動回路７に送信する。

駆動回路７は、データバッファ７１、デコーダ７２、ドライバ７３を備えている。データバッファ７１は、画像データをアクチュエータ８毎に時系列に保存する。デコーダ７２は、アクチュエータ８毎に、データバッファ７１に保存された画像データに基づいてドライバ７３を制御する。ドライバ７３は、デコーダ７２の制御に基づき、各アクチュエータ８を動作させる駆動信号を出力する。駆動信号は、各アクチュエータ８に印加する電圧である。

図８は、駆動信号をアクチュエータ８に供給する駆動信号供給回路２００の回路図である。本実施形態における駆動信号供給回路２００は、詳しくは後述するように、インクジェットヘッド１Ａのクリーニング実行中にアクチュエータ８の圧電体８５を接地又は電源に接続する低インピーダンス回路を兼ねている。駆動信号供給回路２００は、駆動回路７内にアクチュエータ８毎に形成する。勿論、駆動信号供給回路２００は、駆動回路７とは別に設けてもよい。図８に示すように、アクチュエータ８の下部電極８６は、個別電極８１を介して駆動信号供給回路２００に接続している。一方、アクチュエータ８の上部電極８４は、共通電極８２を介して接地している。

駆動信号供給回路２００は、３個のスイッチ２０１、２０２、２０３を並列に配置している。スイッチ２０１、２０２、２０３は、駆動回路素子である。第１のスイッチ２０１は、駆動電圧電源と電気的に接続している。第２のスイッチ２０２は、中間電圧電源と電気的に接続している。第３のスイッチ２０３は、接地している。駆動信号供給回路２００は、各スイッチ２０１、２０２、２０３に制御信号１〜３を夫々供給することによって、各スイッチ２０１、２０２、２０３のＯＮ−ＯＦＦの切り替えを制御する。各スイッチ２０１、２０２、２０３は、例えばトランジスタである。トランジスタは、例えば電界効果トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）である。

なお、上記した駆動電圧は、図９の駆動波形における電圧Ｖ１であり、中間電圧は、電圧Ｖ２であり、接地電圧は、電圧Ｖ３（＝０Ｖ）である。第１のスイッチ２０１がＯＮのとき、電圧Ｖ１にあたるスイッチ２０１からの出力信号をアクチュエータ８に供給する。第２のスイッチ２０２がＯＮのとき、電圧Ｖ２にあたるスイッチ２０２からの出力信号をアクチュエータ８に供給する。第３のスイッチ２０３がＯＮのとき、電圧Ｖ３（＝０Ｖ）にあたるスイッチ２０３からの出力信号をアクチュエータ８に供給する。これら出力信号の供給は、インクを吐出するノズル５１のアクチュエータ８に対して行う。

続いて図９及び図１０を参照し、アクチュエータ８に供給する駆動信号の波形（駆動波形）と、ノズル５１からインクを吐出する動作の関係について説明する。その後、図１１〜図１５を参照し、クリーニング装置３３Ａによるインクジェットヘッド１Ａのクリーニング動作について説明する。

図９は、駆動波形の一例として、トリプルパルスにより、１回の駆動周期でインクの液滴を３回ドロップするマルチドロップの駆動波形を示している。高速でドロップすればインクは一つの液滴となってシートＳに着弾する。図９の駆動波形は、いわゆる引き打ちの駆動波形である。但し、駆動波形はトリプルパルスに限定されない。例えばシングルパルスやダブルパルスであってもよい。また、引き打ちに限らず、押し打ちや押し引き打ちであってもよい。

駆動回路７は、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで駆動信号供給回路２００の第１のスイッチ２０１をＯＮにして、バイアス電圧Ｖ１をアクチュエータ８に印加する。すなわち、下部電極８６と上部電極８４の間に電圧Ｖ１を印加する。そして、インクの吐出動作を開始する時刻ｔ１から時刻ｔ２まで駆動信号供給回路２００の第３のスイッチ２０３をＯＮにして電圧Ｖ３（＝０Ｖ）とした後、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで駆動信号供給回路２００の第２のスイッチ２０２をＯＮにし、電圧Ｖ２を印加して１回目のインクのドロップを行う。さらに、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで駆動信号供給回路２００の第３のスイッチ２０３をＯＮにして電圧Ｖ３（＝０Ｖ）にした後、時刻ｔ４から時刻ｔ５まで駆動信号供給回路２００の第２のスイッチ２０２をＯＮにし、電圧Ｖ２を印加して２回目のインクのドロップを行う。さらに、時刻ｔ５から時刻ｔ６まで駆動信号供給回路２００の第３のスイッチ２０３をＯＮにして電圧Ｖ３（＝０Ｖ）にした後、時刻ｔ６から時刻ｔ７まで駆動信号供給回路２００の第２のスイッチ２０２をＯＮにし、電圧Ｖ２を印加して３回目のインクのドロップを行う。ドロップ終了後の時刻ｔ７で駆動信号供給回路２００の第１のスイッチ２０１をＯＮにし、バイアス電圧Ｖ１を印加して圧力室４１内の残留振動を減衰させる。

電圧Ｖ２は、バイアス電圧Ｖ１よりも小さい電圧であり、例えば圧力室４１内のインクの圧力振動の減衰率に基づいて電圧値を決定する。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの時間、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの時間、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの時間は、夫々、インクの特性とヘッド内構造によって決まる固有の振動周期λの半周期に設定する。固有の振動周期λの半周期は、ＡＬ（Acoustic Length）とも称される。なお、一連の動作中、接地されている共通電極８２の電圧は０Ｖで一定である。

図１０は、図９の駆動波形に従ってアクチュエータ８が駆動しインクが吐出される動作を模式的に示している。時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、待機状態である。待機状態においてバイアス電圧Ｖ１を印加すると、圧電体８５の厚さ方向に電界が生じ、図１０（ｂ）に示すように圧電体８５にｄ_３１モードの変形が生じる。具体的には、円環状の圧電体８５は、厚さ方向に伸び、径方向に縮む。この圧電体８５の変形によって振動板５３に曲げ応力が生じて、アクチュエータ８は内側に湾曲する。すなわち、アクチュエータ８は、ノズル５１を中心とした窪地となるように変形し、圧力室４１の容積が収縮する。

時刻ｔ１において、拡張パルスとしての電圧Ｖ３（＝０Ｖ）を印加すると、アクチュエータ８は、図１０（ｃ）に模式的に示すように変形前の状態に戻る。このとき圧力室４１内では、容積が元の状態に戻ることにより内部のインク圧が低下するが、そこに共通インク室４２からインクが供給されることでインク圧力が上昇していく。その後、時刻ｔ２になると圧力室４１へのインク供給が止まり、インク圧力の上昇も止まる。すなわち、いわゆる引きの状態となる。

時刻ｔ２において、収縮パルスとしての電圧Ｖ２を印加すると、再びアクチュエータ８の圧電体８５が変形して圧力室４１の容積が収縮する。前述したように時刻ｔ１から時刻ｔ２の間にインク圧力は上昇しており、さらに圧力室４１の容積が小さくなるようにアクチュエータ８で押すことによってインク圧力を高めて、図１０（ｄ）に模式的に示すようにノズル５１からインクを押し出す。電圧Ｖ２の印加は、時刻ｔ３まで継続し、図１０（ｅ）に模式的に示すようにインクは液滴となってノズル５１から吐出される。すなわち、１回目のインクのドロップが行われる。

時刻ｔ３から時刻ｔ４まで電圧Ｖ３（＝０Ｖ）にした後、時刻ｔ４から時刻ｔ５まで電圧Ｖ２を印加したときも同様の動作と作用で２回目のインクのドロップが行われる（図１０（ｂ）〜（ｅ））。さらに時刻ｔ５から時刻ｔ６まで電圧Ｖ３（＝０Ｖ）にした後、時刻ｔ６から時刻ｔ７まで電圧Ｖ２を印加したときも同様の動作と作用で３回目のインクのドロップが行われる（図１０（ｂ）〜（ｅ））。

３回目のドロップが行われると時刻ｔ７で、キャンセルパルスとしての電圧Ｖ１を印加する。インクを吐出したことで圧力室４１内のインク圧は低下している。さらに圧力室４１内にはインクの振動が残留している。そこで、電圧Ｖ２から電圧Ｖ１にして圧力室４１の容積が収縮するようにアクチュエータ８を駆動させ、圧力室４１内のインク圧を実質的に０とし、圧力室４１内のインクの残留振動を強制的に減衰させる。

インクジェットヘッド１Ａのクリーニングは、一例として図１１に示した手順で実行する。すなわち、インクジェットプリンタ１０の主電源がＯＮの状態において、制御部１７は、印刷ジョブが実行されておらず印刷ジョブを受け付けてもいないかを判定する（Ａｃｔ１０）。この判定は、一例として、シートＳの印刷枚数が所定の枚数に達したときに行うようにしてもよく、アイドル状態が所定時間続いたときに行うようにしてもよく、インクジェットプリンタ１０の主電源をＯＮにしたときの初期起動時に行うようにしてもよく、或いは主電源のスイッチがＯＦＦにされたときの終了処理として行うようにしてもよい。

印刷ジョブが実行されておらず印刷ジョブを受け付けていないと判定すると（Ａｃｔ１０，ｎｏ）、制御部１７は、ヘッド移動装置３５Ａによってインクジェットヘッド１ＡをＺ軸方向及びＹ軸方向に移動させ、図６に示したクリーニング実行位置にインクジェットヘッド１Ａを位置させる（Ａｃｔ１１）。一方、印刷ジョブが実行されている最中、或いは印刷ジョブを受け付けている場合（Ａｃｔ１０，ｙｅｓ）、制御部１７は、クリーニングを実行しないでクリーニングプロセスを終了する。

続いて、制御部１７は、図１２に示すように、第３のスイッチ２０３をＯＮにするように駆動信号供給回路２００を制御する（Ａｃｔ１２）。印刷ジョブやクリーニングを実行していないときは、通常、印刷装置の消費電力を抑えるように全てのスイッチ２０１、２０２、２０３をＯＦＦにしているので、第３のスイッチ２０３を動作させてＯＮにする。第１のスイッチ２０１及び第２のスイッチ２０２は、ＯＦＦのままとする。

続いて、制御部１７は、図１３に示すように、回転ベルト１００を回転させてワイパーブレード１０４をＸ軸方向に移動させる。ワイパーブレード１０４をＸ軸方向に移動させると、図１４に模式的に示すように、可撓性を有するワイパーブレード１０４の上部がノズルプレート５のノズル面を払拭しながら移動する。さらに−Ｘ軸方向にも移動させて、往復移動によりノズル面を払拭してもよい。ノズルプレート５の表面にインク等の付着物が付いていた場合、ワイパーブレード１０４の払拭によって除去される。

ワイパーブレード１０４をＸ軸方向に移動させながら払拭すると、ワイパーブレード１０４からの押圧力や摩擦力等の応力でノズルプレート５が例えば波が進むように変形する場合がある。さらに、アクチュエータ８が配置されている領域では、ノズルプレート５と共にアクチュエータ８の圧電体８５が変形し、圧電効果の作用によって電荷が発生する場合がある。このとき、仮に消費電力抑制の理由で全てのスイッチ２０１、２０２、２０３をＯＦＦのままにしていると、スイッチ２０１、２０２、２０３の出力端側の回路が高インピーダンス状態になって駆動回路７に悪影響を及ぼすおそれがある。場合によっては、駆動回路素子であるスイッチ２０１、２０２、２０３を破壊してしまうおそれがある。これに対し、第３のスイッチ２０３をＯＮにしていると低インピーダンス状態になっており、圧電体８５で発生した電荷は、接地線に逃げていく。

ワイパーブレード１０４による払拭が完了すると、制御部１７は、ワイパーブレード１０４を待機位置に戻してからモーター１０３を停止する。さらに、第３のスイッチ２０３をＯＦＦにして、クリーニングを終了する（Ａｃｔ１４）。すなわち、再び全てのスイッチ２０１、２０２、２０３をＯＦＦにして印刷装置の消費電力を抑えるようにする。クリーニングを終えたインクジェットヘッド１Ａは、図１に示したインク吐出位置に戻す。或いはキャップ３４Ａでノズル面を保護する。

なお、上述の実施形態では第３のスイッチ２０３をＯＮにした状態でクリーニングを実行するようにしたが、図１５に示すように、第２のスイッチ２０２をＯＮにし中間電圧電源に接続した状態でクリーニングを実行するようにしてもよい。中間電圧電源に接続したとしてもインピーダンスが数オーム（Ω）であれば低インピーダンス状態にできるので、圧電体８５で発生した電荷を電源に逃がすことができる。電荷を電源に逃がす変形例として、第２のスイッチ２０２に代えて第１のスイッチ２０１をＯＮにし駆動電圧電源に接続した状態でクリーニングを実行するようにしてもよい。

上述の実施形態によれば、駆動信号供給回路２００のいずれかのスイッチ２０１、２０２、２０３をＯＮにし、駆動信号供給回路２００を通じてアクチュエータ８の圧電体８５を接地又は電源に接続した状態でクリーニングを実行する。このようにすることにより、駆動信号供給回路２００の出力端側の回路が低インピーダンス状態となるので、クリーニング実行時に圧電体８５が予期せぬ電荷を発生させても接地線又は電源に逃がすことができる。その結果、回路が高インピーダンス状態になって悪影響を及ぼすのを抑えることができる。また、スイッチ２０１、２０２、２０３などの駆動回路素子を破壊してしまうのを抑えることができる。

このように駆動信号供給回路２００のいずれかのスイッチ２０１、２０２、２０３をＯＮにして低インピーダンス状態にする構成とすれば、クリーニング実行中にアクチュエータ８の圧電体８５を接地又は電源に接続する低インピーダンス回路として駆動信号供給回路２００が機能する。従って、新たに低インピーダンス回路を設けるための設計変更をしなくてもよく部品点数が増えないという利点がある。また、第３のスイッチ２０３をＯＮにすると、図１０（ｃ）に模式的に示したようにノズルプレート５はフラットな状態にあるので、ワイパーブレード１０４がノズル面を払拭し易い。

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態の液体吐出装置１について、インクジェットヘッド１Ａを一例に挙げて説明する。図１６は、第２実施形態で例示するインクジェットヘッド１Ａが備える駆動信号供給回路３００の回路図である。すなわち、第２実施形態で例示するインクジェットヘッド１Ａは、駆動信号供給回路３００の構成が駆動信号供給回路２００とは異なることを除けば、第１実施形態で例示したインクジェットヘッド１Ａと同じ構成である。従って、同様の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明は省略する。

駆動信号供給回路３００は、第４のスイッチ２０４を備える。第４のスイッチ２０４は、抵抗素子２０５に接続されており、さらに抵抗素子２０５は接地されている。そして、クリーニングの実行時、制御部１７は、制御信号４を供給して第４のスイッチ２０４をＯＮにする。そして、アクチュエータ８の圧電体８５を抵抗素子２０５に接続した状態で、クリーニングを実行する。すなわち、本実施形態において、第４のスイッチ２０４及び抵抗素子２０５が接続された回路は、低インピーダンス回路を構成している。抵抗素子２０５以外の素子であってもよい。このような構成としても、駆動信号供給回路３００の出力端側の回路が低インピーダンス状態となるので、クリーニング実行時に圧電体８５が予期せぬ電荷を発生させても低インピーダンス回路に逃がすことができる。

（第３実施形態）
続いて、第３実施形態の液体吐出装置１について、インクジェットヘッド１Ａを一例に挙げて説明する。図１７は、クリーニング部材としての吸引部材４００でノズルプレート５のノズル面を吸引してクリーニングする様子を模式的に示している。すなわち、第３実施形態で例示するインクジェットヘッド１Ａは、ワイパーブレード１０４で払拭するのに代えて、吸引式のクリーニング装置でノズルプレート５をクリーニングすることを除けば、第１実施形態又は第２実施形態で例示したインクジェットヘッド１Ａと同じ構成である。従って、同様の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明は省略する。

吸引部材４００は、ワイパーブレード１０４と同様に回転ベルト１００上に配置されてＸ軸方向に移動可能である。吸引部材４００は、Ｘ軸方向に移動する間、図示しない減圧装置によって吸引口４０１を減圧する。ノズルプレート５の表面に付いた付着物は、吸引口４０１から吸引される。吸引部材４００によるクリーニングは、第１実施形態又は第２実施形態と同様に、第１乃至第４のスイッチ２０１〜２０４のいずれかをＯＮにした状態で実行する。吸引力によってノズルプレート５が変形し、アクチュエータ８の圧電体８５に電荷が発生しても、第１実施形態又は第２実施形態と同様に、接地線、駆動電圧電源、中間電圧電源、抵抗素子２０５のいずれかに逃がすことができる。なお、吸引式のクリーニングは、ノズル５１内の目詰りを解消するのにも使用できる。

（第４実施形態）
続いて、第４実施形態の液体吐出装置１について、インクジェットヘッド１Ａを一例に挙げて説明する。図１８は、密封式のクリーニング装置でノズルプレート５のノズル面全体を吸引してクリーニングする様子を模式的に示している。すなわち、第４実施形態で例示するインクジェットヘッド１Ａは、ワイパーブレード１０４又は吸引部材４００を移動させながらクリーニングするのに代えて、ノズルプレート５のノズル面を例えば一度に吸引してクリーニングすることを除けば、第１実施乃至第３実施形態で例示したインクジェットヘッド１Ａと同じ構成である。従って、同様の構成については、同じ符号を付すことによって詳しい説明は省略する。

第４実施形態のクリーニング装置は、一例として、ノズル面を保護するキャップ３４Ａに吸引機能を付加した構成である。すなわち、キャップ３４Ａがクリーニング部材として機能する。キャップ３４Ａは、ノズルプレート５のノズル面に対向する底面５００と、底面５００の外周に沿って形成した起立壁５０１によって凹状となっている。図中、キャップ３４Ａは、縦断面図で記載している。キャップ３４Ａは、インクジェットヘッド１Ａの下方側から装着して、ノズルプレート５のノズル面を囲う密閉空間５０２を形成する。吸引のため密閉空間５０２内を減圧する減圧装置５０３は、排気路５０４を介してキャップ３４Ａの底面に形成した排気穴５０５と接続している。減圧装置５０３は、例えば減圧ポンプである。排気路５０４の途中に、インクを回収する容器５０６を設けている。その他、バルブや圧力センサーなどを設けてもよい。

クリーニングは、キャップ３４Ａをインクジェットヘッド１Ａに装着した後、減圧装置５０３を所定時間動作させることによって実行する。クリーニングは、一例として、長時間印刷ジョブを実行しなかったとき、ノズル５１に目詰まりが発生したときなどに実行する。ノズル面を囲う密閉空間５０２を吸引することにより、特にノズル５１付近にあるインクや目詰まりの原因となっているもの排出させ、ノズルプレート５のノズル面をクリーニングすることができる。クリーニングは、第１乃至第３実施形態と同様に、第１乃至第４のスイッチ２０１〜２０４のいずれかをＯＮにした状態で実行する。吸引力によってノズルプレート５が変形し、アクチュエータ８の圧電体８５に電荷が発生しても、第１乃至第３実施形態と同様に、接地線、駆動電圧電源、中間電圧電源、抵抗素子２０５のいずれかに逃がすことができる。

以上、第１乃至第４実施形態に従うインクジェットヘッド１Ａを詳述したが、インクジェットヘッド１Ａの変形例として、図１９に示すように、圧力室（個別圧力室）４１を省略し、ノズルプレート５が共通インク室４２と直接的に連通するようにしてもよい。

第１乃至第４実施形態では、インクジェットヘッド１Ａのクリーニング時にアクチュエータ８が変形して電荷が発生した場合の駆動回路７の保護について説明したが、例えばノズル面を保護するキャップ３４Ａをインクジェットヘッド１Ａに取り付ける場合などの外的要因による応力でノズルプレート５が変形するおそれがある場合も、第１乃至第４のスイッチ２０１〜２０４のいずれかをＯＮにした状態にしておけばアクチュエータ８が予期せぬ電荷を発生させても駆動回路７を保護することが可能となる。

クリーニングについても、第１乃至第４実施形態のように自動で行わず、手動で行うようにしてもよい。

また、インクジェットヘッド１Ａは、アクチュエータ８とノズル５１の両方をノズルプレート５の面上に配置していなくともよい。例えば、例えばドロップオンデマンド・ピエゾ方式、シェアウォールタイプ、シェアモードタイプのいずれかの駆動方式のアクチュエータを備えたインクジェットヘッドを用いてもよい。

さらに、上述の実施形態では、液体吐出装置の一例として、インクジェットプリンタ１のインクジェットヘッド１Ａを説明したが、液体吐出装置は、３Ｄプリンタの造形材吐出ヘッド、分注装置の試料吐出ヘッドであってもよい。

本発明の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ インクジェットプリンタ
１Ａ〜１Ｄ インクジェットヘッド
３３Ａ〜３３Ｄ クリーニング装置
４ インク供給部
５ ノズルプレート
５１ ノズル
７ 駆動回路
８ アクチュエータ
１０４ ワイパーブレード
２００、３００ 駆動信号供給回路
２０１、２０２、２０３ スイッチ

Claims (5)

1. 液体を吐出する複数のノズルを配列したノズルプレートと、
   前記ノズルに連通する液体供給部と、
   前記ノズルプレートにノズル毎に設けた、圧電素子を含む複数のアクチュエータと、
   前記アクチュエータの圧電素子に駆動信号を供給し、前記アクチュエータを駆動させて前記ノズルから液体を吐出させる駆動回路と、
   前記ノズルプレートに外的要因により応力が与えられる間、前記アクチュエータの圧電素子に接続させる低インピーダンス回路と、を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記ノズルプレートのノズル面を払拭又は吸引するクリーニング部材を備え、
   前記低インピーダンス回路は、前記クリーニング部材が前記ノズル面を払拭又は吸引する間、前記アクチュエータの圧電素子に接続されることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記低インピーダンス回路は、前記アクチュエータの圧電素子を接地又は電源に接続させる回路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体吐出装置。
4. 前記アクチュエータの圧電素子は、前記ノズルプレートと一体的に変形するように配置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体吐出装置。
5. インクを吐出する複数のノズルを配列したノズルプレートと、前記ノズルに連通するインク供給部と、前記ノズルプレートにノズル毎に設けた、圧電素子を含む複数のアクチュエータと、前記アクチュエータの圧電素子に駆動信号を供給し、前記アクチュエータを駆動させて前記ノズルからインクを吐出させる駆動回路と、を備えるインクジェットヘッドと、
   前記ノズルプレートに外的要因により応力が与えられる間、前記アクチュエータの圧電素子に接続させる低インピーダンス回路と、
   前記インクジェットヘッドと対向する位置に記録媒体を搬送する記録媒体搬送装置と、
   前記記録媒体の所定の位置にインクを吐出するように前記インクジェットヘッドを制御する制御部と、を備えたことを特徴とするインクジェットプリンタ。

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