JP5239931B2 - 流体噴射装置 - Google Patents

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Description

この発明は、ノズルから流体を噴射する流体噴射装置に関する。
インクジェットプリンタは、ノズルから紙面に向かってインク滴を吐出（噴射）することによって印刷を行う。こうしたインクジェットプリンタでは、自然蒸発によるノズル開口部におけるインクの増粘固着や、インクが充填されるインク室内への気泡の混入によりインク室内の圧力変化が気泡に吸収されることなどによって、インク滴の吐出不良が発生する場合がある。
これまで、インク滴の吐出を良好に継続して行うために、種々のメンテナンス処理に関する技術が提案されてきた（特許文献１等）。例えば、特許文献１では、ノズルをキャップで一時的に封止してポンプによって負圧を発生させるとともに、インク室内に圧力発生素子によって圧力を付与してインク滴の空吐出を行い、増粘インクや気泡の除去を実行する。
特開２００７−１３６９８９号公報 特開昭５９−１３１４６４号公報
しかし、上記メンテナンス処理を実行した場合であっても、微小径の気泡（例えば直径数十μｍの気泡）に対しては圧力等の気泡の排出のために働く力を十分に付与することが出来ないため、気泡を完全に除去することは困難である。こうした問題は、インクジェットプリンタに限らず、インク以外の他の流体（液体や、機能材料の粒子が分散されている液状体を含む）を噴射する流体噴射装置において発生し得る問題である。これまで、こうした問題に対して十分な工夫がなされてこなかったのが実情であった。
本発明は、流体を噴射する流体噴射装置において、ノズルの噴射不良の原因となる気泡を除去する技術を提供することを目的とする。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
流体を噴射するための流体噴射装置であって、
前記流体が充填される圧力室と、
前記圧力室の壁面を変形させることによって前記圧力室内の容積を変化させる圧力発生素子と、
前記圧力室と連通する、前記流体を噴射するためのノズルと、
前記圧力発生素子を制御するための駆動パルスを発生する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記圧力室から前記流体とともに気泡を噴射するためのメンテナンス用駆動パルスを発生することが可能であり、
前記メンテナンス用駆動パルスは、前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張させて、膨張状態へと推移させる第１のパルス部分と、前記膨張状態から前記圧力室を収縮させる第２のパルス部分とを備え、
前記第２のパルス部分の幅は、前記圧力室に充填された前記流体のヘルムホルツ共振周期の０．５倍以下に設定されている、流体噴射装置。
この流体噴射装置によれば、フラッシングの際に、圧力発生素子が圧力室の流体に付与する圧力を、ヘルムホルツ共振を利用して、より増大させることができる。すると、圧力室内の流体に働く圧力波による力をより増大させることができ、気泡の消失速度を増大させるとともに、流体とともに気泡を吐出することができる。従って、ノズルの噴射不良の原因となる圧力室内の気泡を確実に除去できる。なお、本明細書において小数点第１位まで表記された実数値は、有効数字を１桁とし、小数点第２位以下を四捨五入した値である。
［適用例２］
適用例１に記載の流体噴射装置であって、
前記第２のパルス部分の幅は、前記圧力発生素子の固有振動周期の０．５倍以上に設定されている、流体噴射装置。
この流体噴射装置によれば、圧力発生素子の固有振動に共振させて圧力室の流体に圧力を付与することができ、より確実に圧力室内の気泡の除去が可能である。
［適用例３］
適用例１または適用例２に記載の流体噴射装置であって、
前記メンテンンス用駆動パルスは、さらに、第１と第２のパルス部分の間に、前記圧力室の前記膨張状態を所定の時間保持させる中間パルス部分を備え、
前記中間パルス部分の幅は、前記流体のヘルムホルツ共振周期の０．７倍以上に設定されている、流体噴射装置。
この流体噴射装置によれば、中間パルス部分の幅を調整して、圧力室内の流体のヘルムホルツ共振周期に合わせて、より大きな圧力を発生させることができるタイミングで、第２のパルス部分により圧力室の流体に圧力を付与できる。従って、より確実に圧力室内の気泡の除去が可能となる。
［適用例４］
適用例３に記載の流体噴射装置であって、
前記中間パルス部分の幅は、さらに、前記流体のヘルムホルツ共振周期以下に設定されている、流体噴射装置。
この流体噴射装置によれば、ノズルの回復率を向上させるとともに、吐出される流体の飛行安定性も向上させることができ、ノズルの回復のための吐出により消費される流体の量の増大を抑制できる。
［適用例５］
適用例１ないし適用例４のいずれかに記載の流体噴射装置であって、前記前記流体としてインクを噴射する流体噴射装置。
この流体噴射装置であれば、圧力室内のインク内に気泡が発生した場合であっても、気泡を容易に除去できるため、ドット抜けやインク詰まりの発生を抑制できる。
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、流体噴射装置におけるノズルの目詰まりに対するメンテナンス方法およびその方法を実行する流体噴射装置、それらの方法または装置を備えるインクジェットプリンタ等の形態で実現することができる。
第１実施例のインクジェットプリンタの構成を示す概略図。 印刷ヘッド部の構成を示す概略断面図。 印刷ヘッド部の電気的構成を示す概略図。 メンテナンス処理実行時の印刷ヘッド部とキャップ部の構成を示す概略断面図。 気泡除去フラッシングの処理手順を示すフローチャート。 気泡除去フラッシングにおいて制御部が発生させる駆動パルスを示すグラフ。 気泡除去フラッシングにおける気泡除去のメカニズムを説明するための模式図。 第１のパルス部分の好適な幅を説明するためのグラフ及び実験結果を示す表。 第２のパルス部分の幅によるノズル回復率の差を説明するためのグラフ。 第２のパルス部分の幅と吐出インク滴の速度及び吐出インク量との関係を示すグラフ。 第２のパルス部分の幅と吐出インク滴の速度及び吐出インク量との関係を示すグラフと第２のパルス部分の幅とノズルの回復率との関係を示すグラフ。 気泡除去駆動パルスによるノズルの回復性についての評価及びその空吐出におけるインク滴の飛行安定性についての評価を示す表。 インク滴の飛行安定性の評価のためのインク滴の着弾状態を示す画像。 第２実施例のインクジェットプリンタの構成を示す概略図。 第２実施例の印刷ヘッド部とキャップ部とワイパ部の構成を示す概略断面図。 キャップ部によるインクの吸引動作を説明するための模式図。 ワイパ部によるノズル面のクリーニング処理を説明するための模式図。 第２実施例の初期充填処理の処理手順を示すフローチャート。 初期充填処理実行中におけるキャップ閉塞空間内の気圧変化を示すグラフ。 混色防止フラッシングの際に制御部が発生させる駆動パルスを示すグラフ。 第３実施例のインクジェットプリンタの構成を示す概略図。 第３実施例のインクジェットプリンタにおける印刷実行時の処理手順を示すフローチャート。 第４実施例のタイマクリーニング処理の処理手順を示すフローチャート。 タイマクリーニング処理実行中におけるキャップ閉塞空間内の気圧変化を示すグラフ。 第５実施例のインクジェットプリンタの構成を示す概略図。 マニュアルクリーニング処理の処理手順を示すフローチャート。 マニュアルクリーニング処理実行中におけるキャップ閉塞空間内の気圧変化を示すグラフ。 第６実施例のインクジェットプリンタにおける印刷実行時の処理手順を示すフローチャート。
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A．第１実施例：
B．第２実施例：
C．第３実施例：
D．第４実施例：
E．第５実施例：
F．第６実施例：
G．変形例：
A．第１実施例：
図１は本発明の一実施例としてのインクジェットプリンタの構成を示す概略図である。このインクジェットプリンタ１００は、外部から送信された印刷データに応じて、紙面に複数の色ごとのインク滴を吐出して画像を形成するインクジェット方式の印刷装置である。このインクジェットプリンタ１００は、印刷ヘッド部１０と、ヘッド駆動部２０と、用紙搬送部３０と、キャップ部４０と、制御部５０とを備えている。
印刷ヘッド部１０は、シアン、イエロー、マゼンダ、ブラックからなる４色のインクカートリッジ１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙ，１１Ｋが着脱可能に装着されている。印刷ヘッド部１０は、インクジェットプリンタ１００の印刷実行時に、印刷用紙２００の搬送方向ＰＤに対して垂直な方向（図中の矢印Ｘ方向）に沿って往復移動を繰り返しつつ、各色のインク滴を紙面に向かって吐出する。なお、印刷ヘッド部１０に装着されるインクカートリッジの色数は、４色に限られず、１色や６色など任意の数とすることが可能である。
ヘッド駆動部２０は、第１と第２のプーリー２１，２２と、ヘッド駆動ベルト２３とを備えている。２つのプーリー２１，２２はそれぞれ、用紙搬送部３０を挟んで対向する位置に設けられており、ヘッド駆動ベルト２３は、２つのプーリー２１，２２の間に張り渡されている。第１のプーリー２１は、制御部５０によって制御されるモータ（図示せず）によって回転駆動し、第２のプーリー２２は、ヘッド駆動ベルト２３を介して第１のプーリーに追従して回転する。ヘッド駆動ベルト２３には、印刷ヘッド部１０が固定されており、これによって印刷ヘッド部１０は、第１のプーリー２１の回転駆動に従って、印刷用紙２００の印刷面上を往復移動する。
用紙搬送部３０は、第１と第２の用紙搬送ローラ３１，３２と、２つの用紙搬送ローラ３１，３２に張り渡された用紙搬送ベルト３３とを備える。第１の用紙搬送ローラ３１は、制御部５０によって制御されるモータ（図示せず）によって回転駆動し、第２の用紙搬送ローラ３２は、用紙搬送ベルト３３を介して第１の用紙搬送ローラ３１に追従して回転する。これによって、印刷用紙２００は印刷時に、用紙搬送ベルト３３の上を搬送方向ＰＤへと搬送される。
キャップ部４０は、印刷ヘッド部１０の移動可能領域内に、用紙搬送部３０と並列に配置されている。印刷ヘッド部１０は、後述するメンテナンス処理を実行する際に、印刷ヘッド部１０の底面（用紙２００と相対する面）に設けられたノズル１５がキャップ部４０によって密封され得るようにキャップ部４０の配置領域まで移動する。このときの印刷ヘッド部１０の位置を「メンテナンスポジションＭＰ」と呼ぶ。なお、キャップ部４０についての詳細は後述する。
制御部５０は、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成されており、中央処理装置（図示せず）や記憶装置（図示せず）などを備える。制御部５０は、上述した印刷ヘッド部１０等と信号線を介して接続されており、インクジェットプリンタ１００の動作を制御する。
図２（Ａ）は、印刷ヘッド部１０のインク滴の吐出機構の内部構造を示す概略断面図である。図２（Ａ）は、図１に示す矢印Ｙの方向に沿って見たときの印刷ヘッド部１０の任意のノズル１５の近傍を図示している。印刷ヘッド部１０は、各インク色ごとに、インクが充填される内部空間である共通インク室１２及び圧力室１３を有している。
共通インク室１２の上部には、インクカートリッジ１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙ，１１Ｋのいずれかが装着されて当該インクカートリッジからインクが流入する。共通インク室１２は、インク流路１４によって圧力室１３と連通している。共通インク室１２に充填されたインクはインク流路１４を介して圧力室１３に入出する。即ち、共通インク室１２は、圧力室１３に対してインクのバッファ領域として機能する。
圧力室１３の底面には、インクを吐出するための複数のノズル１５が、用紙の搬送方向（矢印Ｙ方向）に沿って並列に設けられている。以後、印刷ヘッド部１０の底面を「ノズル面１５ｐ」と呼ぶ。各ノズル１５は、圧力室１３からノズル面１５ｐに向かって次第に径が小さくなるテーパ形状を有する微小な貫通孔として設けられている。
圧力室１３には、各ノズル１５に対向して振動板１６及び圧電素子１７が設けられている。振動板１６は、圧電素子１７が当接する厚肉部と、その外周に弾性を有する薄肉部とを備えた板状部材であり、厚肉部が圧電素子１７の伸縮に応じて振動する。なお、図では、振動板１６の厚肉部及び薄肉部の区分けは省略されている。
圧電素子１７は、圧電体と内部電極とを交互に積層して構成された積層型の圧電振動子であって、印加される電圧に応じて積層方向に直交する縦方向（矢印で図示）に伸縮可能な縦振動モードの圧電振動子である。圧電素子１７は、固定基材１８に固定されている。固定基材１８は、圧電素子１７の振動を効率よく振動板１６に伝えるのに十分な剛性を有する部材によって構成されている。このような構成により、圧電素子１７は、振動板１６を介して圧力室１３に充填されたインクに印加電圧に応じた圧力を付与してインクをノズル１５から吐出させる。
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）で説明した印刷ヘッド部１０とは異なるタイプの印刷ヘッド部１０Ａの内部構造を示す概略断面図である。図２（Ｂ）の印刷ヘッド部１０Ａは、共通インク室１２が圧力室１３より紙面に向かって下側（重力方向）に設けられており、インク室側インク流路１４ａによって圧力室１３と連通している。圧力室１３は、図２（Ａ）の印刷ヘッド部１０の圧力室１３に比較してｘ軸方向及びｙ軸方向に広がっており、その高さが低い空間として形成されている。印刷ヘッド部１０Ａの圧力室１３は、ノズル側インク流路１４ｂを介して重力方向下側に設けられたノズル１５と連通している。
印刷ヘッド部１０Ａの圧力室１３の重力方向上側の面（天井面）は、振動板１６Ａで構成されている。振動板１６Ａの重力方向上側の面には、共通上電極１７ａと駆動電極１７ｂと共通下電極１７ｃとを積層した圧電素子１７Ａが固定的に配置されている。この圧電素子１７Ａの共通上電極１７ａと共通下電極１７ｃとは、供給される駆動信号にかかわらず一定の電位に調整され、駆動電極１７ｂは、供給される駆動信号に応じて電位を変化させる。これらの電極間に駆動信号により電位差を生じさせると、各電極の横方向への伸縮度の相違から圧電素子１７Ａ全体に歪みが生じ、圧力室１３に負圧を発生させる方向に振動板１６Ａを撓ませることができる。
本発明は図２（Ａ）に示した縦振動モードの圧電素子１７を備えるタイプの印刷ヘッド部１０に限定されず、例えば、図２（Ｂ）に示した横振動モードの圧電素子１７Ａを備えるタイプの印刷ヘッド部１０Ａなどにも適用が可能である。なお、本実施例では、インクジェットプリンタ１００は、図２（Ａ）の印刷ヘッド部１０を備えるものとして説明する。
図３は、印刷ヘッド部１０の電気的な構成を示すブロック図である。印刷ヘッド部１０は、ノズル１５の数に対応した複数のシフトレジスタ５１Ａ〜５１Ｎと、複数のラッチ回路５２Ａ〜５２Ｎと、複数のレベルシフタ５３Ａ〜５３Ｎと、複数のスイッチ回路５４Ａ〜５４Ｎとを備えている。
制御部５０（図１）により印刷データに応じて生成された印刷信号ＳＩは、発振回路（図示せず）からのクロック信号ＣＬＫに同期してシフトレジスタ５１Ａ〜５１Ｎに入力される。ここで、印刷信号ＳＩは、各ノズル１５ごとのインク滴吐出の可否を表す信号である。印刷信号ＳＩは、ラッチ信号ＬＡＴに同期してラッチ回路５２Ａ〜５２Ｎにラッチされる。ラッチされた印刷信号ＳＩは、レベルシフタ５３Ａ〜５３Ｎによりスイッチ回路５４Ａ〜５４Ｎを駆動できる電圧まで増幅され、スイッチ回路５４Ａ〜５４Ｎに供給される。
スイッチ回路５４Ａ〜５４Ｎの入力側には、制御部５０からの駆動信号ＣＯＭが入力され、出力側には圧電素子１７Ａ〜１７Ｎが接続されている。ここで、駆動信号ＣＯＭは、各圧電素子１７Ａ〜１７Ｎへの印加電圧を表す信号である。なお、圧電素子１７Ａ〜１７Ｎは、図２（Ａ）で説明した各ノズル１５ごとに設けられた圧電素子１７と同じものであり、各回路素子との対応を示すために符号に添字Ａ〜Ｎを付したものである。
スイッチ回路５４Ａ〜５４Ｎはそれぞれ、印刷信号ＳＩに応じて各圧電素子１７Ａ〜１７Ｎごとに駆動信号ＣＯＭの供給を切り替える。例えば、インクジェットプリンタ１００の印刷実行時には、スイッチ回路５４Ａ〜５４Ｎは、印刷信号ＳＩが「１」である場合に、駆動信号ＣＯＭを供給し、印刷信号ＳＩが「０」の場合に、駆動信号ＣＯＭを遮断する。これによって、圧電素子１７Ａ〜１７Ｎのうち、駆動信号ＣＯＭが供給されたものが駆動し、対応するノズル１５からインク滴が吐出される。
ところで、インクカートリッジからのインクの初期充填時や、印刷処理の継続時に、圧力室１３のインク内に気泡が混入する場合がある。また、この気泡が、圧電素子１７によって付与された圧力室１３内の圧力変化を吸収してしまうために、一部ノズルからインク滴の吐出が適当になされない、いわゆるドット抜けが発生する場合がある。また、インクが自然蒸発によって増粘・固着してノズル１５が詰まってしまうノズル詰まりが発生する場合がある。そこで、インクジェットプリンタ１００では、印刷処理の実行時以外に、ノズルからのインク滴の吐出が適切に実行されるようにするための各種のメンテナンス処理が実行される。
メンテナンス処理としては、例えば、ノズル１５からのインクの空吐出を実行して、インク滴とともに気泡や増粘インクをノズル１５から噴射する、いわゆるフラッシングと呼ばれるものがある。ここで、「空吐出」とは、インク滴の本来の用途（すなわち印刷）以外の目的のために行われる吐出を意味する。このフラッシング実行時には、制御部５０は、印刷ヘッド部１０をメンテナンスポジションＭＰ（図１）へと移動させる。
図４は、メンテナンス処理のために、印刷ヘッド部１０がメンテナンスポジションＭＰに移動したときのインクジェットプリンタ１００を、図１の矢印Ｙの方向に沿って見たときの図である。なお、図４には、印刷ヘッド部１０とキャップ部４０以外のインクジェットプリンタ１００の構成要素の図示は便宜上省略されている。
キャップ部４０は、蓋体４１と、インク排出配管４２と、ポンプ４３と、駆動機構４５とを備えている。蓋体４１は、ノズル面１５ｐを被覆するように配置された受け皿状の部材である。蓋体４１は、フラッシングの際にノズル１５から吐出された排インクを受けることが可能である。
蓋体４１の底面中央部には貫通孔４１ｈが設けられており、インク排出配管４２は、貫通孔４１ｈに接続している。インク排出配管４２にはポンプ４３が設けられており、蓋体４１に溜まった排インクを吸引することが可能である。排インクは、インク排出配管４２を介して排インクを処理するための排インク処理部（図示せず）へと誘導される。駆動機構４５は、ポンプ４３を用いたインク吸引時に蓋体４１を上昇させてノズル面１５ｐに密着させるためのものである。なお、フラッシング時には蓋体４１は、ノズル面１５ｐから離れた状態に維持される。
図５は、本発明の一実施例としての気泡除去フラッシングの工程を示すフローチャートである。ここで、「気泡除去フラッシング」とは、フラッシングのうちでも特に気泡を除去することを目的としたフラッシングを意味する。
ステップＳ１０では、制御部５０は、各ノズル１５に対して、連続して２０００回のインク滴の空吐出を実行させる。以後、この連続したインク滴の空吐出工程を「連続フラッシングセット」と呼ぶ。制御部５０は、ステップＳ２０において、所定のインターバル（例えば１秒程度）をおいた後、続くステップＳ３０において、再び連続フラッシングセットを実行する。ここで、ステップＳ２０においてインターバルをおく理由は、前工程の連続フラッシングセットによるインク及び圧力室１３の振動を収束させるためである。なお、このインクジェットプリンタ１００では、このインターバルの間に圧電素子１７をインク滴が吐出されない程度に微振動させてインク及び圧力室１３の振動を収束させる。これによって、続く連続フラッシングセットを効果的に実行することが可能となる。以下、気泡除去フラッシングでは、連続フラッシングセットとインターバルとからなる一連の工程を任意の所定回数繰り返す。
ところで、制御部５０は、上述の工程を実行するために印刷ヘッド部１０に印刷実行時とは異なる信号を出力してノズル１５からインク滴を空吐出させる。以下に、気泡除去フラッシング実行時に制御部５０が出力する信号について説明する。
図６は、気泡除去フラッシングの実行時に制御部５０が出力する駆動信号を示すグラフである。このグラフは、縦軸が電圧を示し、横軸が時間を示している。この気泡除去フラッシング用の駆動信号ＣＯＭｆは、略台形形状のパルス信号である２つの駆動パルス３００，３０１を含む。
第１の駆動パルス３００は、気泡除去フラッシングの連続フラッシングセット（図５：ステップＳ１０，Ｓ３０）におけるインク滴の空吐出を各ノズル１５に実行させるための駆動信号である。以後、この第１の駆動パルス３００を「気泡除去駆動パルス３００」と呼ぶ。一方、第２の駆動パルス３０１はインターバル工程（ステップＳ２０，Ｓ４０）において圧電素子１７を微振動させるための駆動信号である。以後、この第２の駆動パルス３０１を「振動用駆動パルス３０１」と呼ぶ。
気泡除去駆動パルス３００は、第１のパルス部分Ｐｗｃと、第２のパルス部分Ｐｗｄと、第１と第２のパルス部分Ｐｗｃ，Ｐｗｄの間にある中間パルス部分Ｐｗｈとを有している。第１のパルス部分Ｐｗｃでは、時刻ｔ0から時刻ｔ1の間に、圧電素子１７の電圧値が基底状態（電圧値０）からＶｈまで一定比率で増加し、圧電素子１７は収縮する。中間パルス部分Ｐｗｈでは、時刻ｔ1から時刻ｔ2の間、圧電素子１７の電圧値はＶｈのまま一定に保持される。第２のパルス部分Ｐｗｄでは、時刻ｔ2から時刻ｔ3の間に、圧電素子１７の電圧値は、一定比率でＶｈから基底状態へと戻り、圧電素子１７は伸張する。各パルス部分Ｐｗｃ，Ｐｗｈ，Ｐｗｄの幅については後述する。
振動用駆動パルス３０１は、気泡除去駆動パルス３００と同様に、３つのパルス部分Ｐｗｃ，Ｐｗｈ，Ｐｗｄを有する。具体的には、振動用駆動パルス３０１のうち、時刻ｔ4から時刻ｔ5までの部分が第１のパルス部分Ｐｗｃであり、時刻ｔ5から時刻ｔ6までの部分が中間パルス部分Ｐｗｈであり、時刻ｔ6から時刻ｔ7までの部分が第２のパルス部分Ｐｗｄである。この振動用駆動パルス３０１では、圧電素子１７の電圧値は、第１のパルス部分Ｐｗｃにおいて一定比率でＶｈ２まで増大する。この電圧値Ｖｈ２は気泡除去駆動パルス３００の電圧値Ｖｈよりも小さな値であり、ノズル１５からインクの吐出がなされない程度の電圧値である。なお、振動用駆動パルス３０１の各パルス部分Ｐｗｃ，Ｐｗｈ，Ｐｗｄの幅は、気泡除去駆動パルス３００の各パルス部分Ｐｗｃ，Ｐｗｈ，Ｐｗｄの幅と異なるものとしても良い。
制御部５０は、気泡除去フラッシングの実行時に、これらの２つの駆動パルス３００，３０１が一定周期で交互に連続して繰り返される駆動信号ＣＯＭｆを駆動信号ＣＯＭに換えて印刷ヘッド部１０のスイッチ回路５４Ａ〜５４Ｎへと出力する（図３）。また、制御部５０は、印刷実行時に出力する印刷信号ＳＩに換えて、気泡除去フラッシングのための信号（「フラッシング信号ＳＩｆ」）を、シフトレジスタ５１Ａ〜５１Ｎや、ラッチ回路５２Ａ〜５２Ｎ、レベルシフタ５３Ａ〜５３Ｎを介してスイッチ回路５４Ａ〜５４Ｎへと供給する。
このフラッシング信号ＳＩｆに応じてスイッチ回路５４Ａ〜５４Ｎは圧電素子１７Ａ〜１７Ｎへの駆動信号ＣＯＭの供給を切り替える。この切替動作によって、半数の圧電素子１７（「第１の圧電素子群」と呼ぶ）には、気泡除去駆動パルス３００のみが一定周期で供給され、残りの半数の圧電素子１７（「第２の圧電素子群」と呼ぶ）には、振動用駆動パルス３０１のみが一定周期で供給される。また、第１と第２の圧電素子群のそれぞれに供給される駆動パルスの種類は、連続フラッシングセットにおける２０００回の空吐出実行ごとに切り替えられる。即ち、第１と第２の圧電素子群はそれぞれが連続フラッシングセットとインターバル工程とを交互に実行する。なお、連続フラッシングセットにおいて気泡除去駆動パルス３００が供給される周波数は、１ＫＨｚ〜５ＫＨｚであることが好ましい。
図７（Ａ）〜（Ｃ）は、駆動パルス３００による印刷ヘッド部１０の動作を模式的に示す模式図である。図７（Ａ）〜（Ｃ）は、図２（Ａ）に示す印刷ヘッド部１０のうち、圧力室１３を拡大して示しており、圧電素子１７及び共通インク室１２の図示は省略されている。
図７（Ａ）は、気泡除去駆動パルス３００を受信する前（時刻ｔ0以前）の圧力室１３の状態を示している。圧力室１３には、インク４００が充填されており、インク４００には気泡５００が混入している。なお、気泡５００は、圧力室１３の重力方向上側であって、インク流路１４と対向する領域に滞留する傾向にある。
図７（Ｂ）は、図６の時刻ｔ0〜時刻ｔ2における圧力室１３の状態を示している。圧電素子１７は、時刻ｔ0〜時刻ｔ1の間の第１のパルス部分Ｐｗｃを受信すると、印加電圧の増加に伴って収縮する。すると、図７（Ｂ）に示すように、振動板１６が圧力室１３の外側（矢印方向）に向かって湾曲し、圧力室１３内のインク４００には負圧が生じる。なお、このときノズル１５に生じるメニスカス４０１は、振動板１６と同様の方向に湾曲の度合いを増大する。そして時刻ｔ1から時刻ｔ2までの間、振動板１６の湾曲は保持される。この時刻ｔ0〜時刻ｔ2の間に、圧力室１３内の圧力低下に伴って、気泡５００の径が増大する。
図７（Ｃ）は、時刻ｔ2〜時刻ｔ3における圧力室１３の状態を示している。気泡除去駆動パルス３００の第２のパルス部分Ｐｗｄによって、圧電素子１７の印加電圧値は基底値へと戻り（図６）、圧電素子１７も伸張して基底状態へと戻る。即ち、振動板１６は湾曲した状態から平坦な状態へと戻る。これによって、圧力室１３内のインク４００は、振動板１６から圧力を付与されてノズル１５から吐出される。この際、気泡５００もインクの吐出に伴ってノズル１５に次第に近付いてゆき、最終的にはノズル１５から外部に排出される。図７（Ｃ）には、多数の気泡除去駆動パルス３００の発生に応じて気泡５００がノズル１５へと移動してゆく軌跡が図示されている。
ここで、図７（Ｂ）で説明したように、この気泡除去駆動パルス３００によれば、時刻ｔ0〜時刻ｔ1の間に気泡５００の径を増大させることが可能であり、径の増大に伴って、気泡５００に対して振動板１６から、より大きな力を付与することが可能となる。従って、この気泡除去駆動パルス３００によれば、例え微小径の気泡であっても容易に吐出させることが出来る。
ところで、ここまでの説明からも理解できるように、圧力室１３の圧力を低下させて気泡５００の径を出来る限り増大させることによって、気泡５００をより確実に吐出させて除去することが可能となる。そのため、気泡除去駆動パルス３００の第１のパルス部分Ｐｗｃ（図６）の幅は、圧力室１３内のインク４００のヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２以下とすることが好ましい。ここで、「ヘルムホルツ共振周期Ｔｃ」とは、圧力室１３の容積の増減によって発生する振動波が圧力室１３内のインク４００を伝播するときの固有振動周期であり、圧力室１３や、インク流路１４及びノズル１５の形状によって決まる値である。
図８（Ａ）は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃに従うインク振動の様子を示すグラフである。理論的には、時刻ｔ0からヘルムホルツ共振周期Ｔｃの約１／２の期間にわたって圧力室１３の圧力を低下させると、インク４００の振動が最大となることが理解できる。そこで、第１のパルス部分Ｐｗｃの幅をヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２以下とすることにより、圧力室１３により大きな負圧を発生させることができるとともに、気泡５００の径を増大させることが可能である。
図８（Ｂ）は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃ＝６μｓの印刷ヘッド部において、第１のパルス部分Ｐｗｃの幅を変えて気泡除去フラッシングを実行した場合の吐出状態を調べた実験の結果を示す表である。なお、表中の「◎」は、気泡除去フラッシングの後にほぼ全てのノズルで気泡が除去されて、ドット抜けが検出されなかったことを示す。表中の「○」は、気泡除去フラッシングの後に、３割以下の確率で少なくとも１つのノズルに気泡が残留してドット抜けが発生したことを示す。また、「△」は５割以下の確率でドット抜けが発生し、「×」は、５割より大きい確率でドット抜けが発生したことを示している。
この表に示されるように、第１のパルス部分Ｐｗｃの幅は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃの０．４倍以下であることが好ましく、特に、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／３未満、又は０．３倍以下であることが好ましい。図８（Ａ）では、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２以下とする説明をしたが、この誤差は、気泡が有する固有振動数（後述）のために、気泡の径が圧電素子１７に共振して変動するタイミングが遅延するためであると考えられる。なお、第１のパルス部分Ｐｗｃの幅は短いほど好ましいが、実際には、圧電素子１７の駆動パルスに対する追従性能等を考慮して１．５μｓ程度に設定することが特に好ましい。
ところで、気泡除去駆動パルス３００の第２のパルス部分Ｐｗｄの幅（図６：時刻ｔ2〜時刻ｔ3）も第１のパルス部分Ｐｗｃと同様にヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２以下であることが好ましい。この理由を以下に説明する。一般に、流体中の気泡の消失速度については下記の数式（１）が成り立つことが知られている。
気泡の消失速度 Ｖｍ＝ｋ×Ｓ×（∂Ｐ／∂ｔ） …（１）
ここで、Ｐは圧力室における圧力であり、Ｓは気泡の表面積であり、ｋは定数である。
この数式（１）は、同じ表面積の気泡の場合に、流体中の圧力変化が最大となるときに気泡の消失速度が最大となることを示している。即ち、第２のパルス部分Ｐｗｄにおけるインク４００の圧力変化を最大とすることにより、気泡５００の消失速度を最大にすることが可能であり、より効果的に気泡５００を除去できる。そこで、本実施例では、インク４００の振動が最大となるヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２以下の時間幅でインク４００に圧力を付与して、インク４００における圧力変化を最大とする。
また、第２のパルス部分Ｐｗｄの幅は、圧電素子１７の固有振動周期Ｔａの０．５倍以上であることが好ましい。このような幅とすることにより、圧電素子１７の固有振動に共振するタイミングでインク４００に圧力の付与を開始することができ、インク４００により大きな圧力を発生させることが可能だからである。なお、第２のパルス部分Ｐｗｄの幅は、第１のパルス部分Ｐｗｃの幅と同様に短いほど好ましく、圧電素子１７の追従性能等を考慮して１．５μｓ程度に設定することが特に好ましい。
図９は、第２のパルス部分Ｐｗｄの差によるノズルの回復率の差を説明するための実験結果を示すグラフである。ここで、「ノズルの回復率」とは、インク詰まりなどの不具合が生じていたノズル数に対するメンテナンス処理実行後に回復したノズル数の比率である。この実験では、印刷ヘッド部１０の全てのノズル１５を等しくインク詰まりの状態にした上で第２のパルス部分Ｐｗｄの幅がヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２倍以下である気泡除去駆動パルス３００によって空吐出を実行し、ノズルの回復率を測定した。具体的には、第２のパルス部分Ｐｗｄを１．５μｓと２．７μｓとに設定した２種類の気泡除去駆動パルス３００をそれぞれ、２ｋＨｚの周波数と４ｋＨｚの周波数とで供給し、その供給回数に対するノズルの回復率を測定した。なお、第１のパルス部分Ｐｗｃの幅は第２のパルス部分Ｐｗｄと同じに設定し、中間パルス部分Ｐｗｈは３．０μｓとした。このグラフからも、第２のパルス部分Ｐｗｄを短く設定するほど、少ない空吐出の回数でノズルを回復させることができることがわかる。
ところで、上述したように、第１のパルス部分Ｐｗｃにより、圧力室１３のインク４００はヘルムホルツ共振が生じるが、そのインク４００の振動に合わせて圧電素子１７による加圧を開始すれば、より大きな圧力を発生させることが可能である。そこで、中間パルス部分Ｐｗｈの幅もヘルムホルツ共振周期Ｔｃに応じて設定することが好ましい。具体的には、図８（Ａ）のグラフに示されるインク４００の振動が増大傾向にある時間帯（時刻ｔa〜時刻ｔb）において加圧することが好ましく、特に時刻ｔbにより近い時刻において加圧することが好ましい。より具体的には、第１のパルス部分Ｐｗｃの幅を考慮して、中間パルス部分Ｐｗｈの幅は、少なくともヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２倍より大きく設定されることが好ましく、特に、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃの０．７倍以上に設定されることが好ましい。
図１０（Ａ），（Ｂ）及び図１１（Ａ）はそれぞれ、異なる３種類の印刷ヘッド部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃについて、中間パルス部分Ｐｗｈの幅を変えてインク滴の空吐出を実行したときの吐出インク滴の速度Ｖｍと吐出インク量ＩＷとを調べた実験結果である。図１０（Ａ）は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃが６．８の印刷ヘッド部１０Ａの実験結果を示しており、図１０（Ｂ）は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃが６．５である印刷ヘッド部１０Ｂの実験結果を示している。また、図１１（Ａ）は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃが６．３である印刷ヘッド部１０Ｃの実験結果を示している。なお、印刷ヘッド部１０Ａ，１０Ｂは、図２（Ａ）で説明した構造を有するタイプのものであり、印刷ヘッド部１０Ｃは、図２（Ｂ）で説明した構造を有するタイプのものである。また、各印刷ヘッド部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに供給する気泡除去駆動パルス３００の第１と第２のパルス部分Ｐｗｃ，Ｐｗｄの幅は１．５μｓとした。
これらのグラフから、中間パルス部分Ｐｗｈの幅の増大に伴って、吐出インク滴の速度Ｖｍおよび吐出インク量ＩＷがともに、略一定の周期で増減を繰り返しており、その周期幅が、それぞれのヘルムホルツ共振周期Ｔｃの周期幅とほぼ一致することが解る。なお、これらのグラフの最初の下ピークのタイミング（約５μｓ）は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃからずれているが、これは、第１のパルス部分Ｐｗｃの幅がヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２倍より小さい値であるためであると考えられる。これらのグラフは、上述したように、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃに合わせたタイミングで圧力室１３への加圧を開始すれば、より大きな圧力がインクに発生し、吐出インク滴の速度Ｖｍおよび吐出インク量ＩＷを増大させることができることを示している。
図１１（Ｂ）は、上述の印刷ヘッド部１０Ｃを用いた実験によって得られた中間パルス部分Ｐｗｈの幅とノズルの回復率Ｒとの関係を示すグラフである。なお、図１１（Ｂ）のグラフには、比較のために、図１１（Ａ）のインク滴の速度Ｖｍのグラフの一部を示してある。これらのグラフが示すように、ノズルの回復率Ｒのグラフは、中間パルス部分Ｐｗｈの幅が約４．０〜５．０マイクロ秒の範囲において、インク滴の速度Ｖｍとともに増大する部位を有する。しかし、ノズルの回復率Ｒはインク滴の速度Ｖｍより早く最大値に到達し、その後、減少傾向となる。従って、中間パルス部分Ｐｗｈの幅は、インク滴の速度Ｖｍが最大となる幅より小さいことが好ましく、少なくともヘルムホルツ共振周期Ｔｃより小さい値であることが好ましい。
また、図１０（Ａ），（Ｂ）及び図１１（Ａ）の各吐出インク量ＩＷのグラフに注目すると、吐出インク量ＩＷは、中間パルス部分Ｐｗｈの幅の増大に伴い、一定周期で増減しつつも全体として増加傾向にあることが解る。メンテナンス処理で消費されるインク量は少量であるほど好ましいため、中間パルス部分Ｐｗｈの幅は、ノズルの回復性を保持しつつインク消費量の増加が抑制される値であることが好ましい。従って、吐出インク量ＩＷを考慮する場合であっても、中間パルス部分Ｐｗｈの幅は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃより小さい値であることが好ましい。
図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、上述の各印刷ヘッド部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃについて、上述したのと同様な中間パルス部分Ｐｗｈの幅が異なる気泡除去駆動パルス３００を供給したときのメンテンンス効果についての評価結果を示す表である。即ち、中間パルス部分Ｐｗｈの幅ごとにノズルの回復性とインク滴の飛行安定性についての評価を行い、その評価結果に基づいて総合的な評価を行ったものである。
ここで、「ノズルの回復性」とは、ノズルの回復率に応じて定められるノズルの回復効果についての評価をいう。図１２（Ａ）〜（Ｃ）の表では、回復率がそれぞれ、１００％〜９０％の時を「◎」で示し、９０％〜７０％の時を「○」で示し、７０％〜５０％の時を「△」で示し、５０％未満の時を「×」で示している。この評価では、図９で説明したのと同様に、全てのノズルを等しくインク詰まりの状態にした上でノズルの回復率を測定した。
また、「インク滴の飛行安定性」とは、吐出されたインク滴の弾道の直進性、または、吐出されたインク滴の目標着弾位置への着弾性をいう。メンテナンス処理におけるインクの空吐出では、インク滴の飛行安定性が良好なほど好ましい。この理由は、所定の着弾箇所から外れたインク滴や空吐出に伴うミストの発生による印刷ヘッド部の汚れなどが抑制されるためである。
インク滴の飛行安定性は以下の方法により評価した。即ち、一列に配列された複数のノズル１５に対して同時に気泡除去駆動パルス３００を供給して、一定速度で搬送される印刷用紙に向かってインク滴を一定の時間間隔で連続吐出させる。この結果、印刷用紙に着弾したインク滴の配列状態を観察する。
図１３（Ａ）〜（Ｃ）は上記方法によって得られた吐出インク滴が着弾した印刷用紙を示す画像である。図１３（Ａ）の画像では、各インク滴の着弾痕は各ノズルごとに印刷用紙の搬送方向にほぼ直線上に等間隔で配列しており、印刷用紙に余分なミストの付着も見られない。図１３（Ｂ）の画像では、図１３（Ａ）の画像と比較すると、インク滴の着弾痕の一部が列から外れており、印刷用紙の中央付近にミストの付着が見られる。図１３（Ｃ）の画像では、図１３（Ｂ）の画像に比較して、さらに、インク滴の着弾痕の列に歪みが生じており、印刷用紙全体に渡ってミストの付着が見られる。図１２（Ａ）〜（Ｃ）の表では、概ね図１３（Ａ）〜（Ｃ）の画像の示すようなインク滴の着弾結果をそれぞれ、「○」、「△」、「×」で示している。
図１２（Ａ）〜（Ｃ）の表に示した総合評価の結果は、ノズルの回復性の評価が「◎」であり、インク滴の飛行安定性の評価が「○」である場合には、評価を「◎」とした。また、ノズルの回復性の評価及びインク滴の飛行安定性の評価が「○」の場合には、評価を「○」とした。ノズルの回復性の評価が「△」であり、インク滴の飛行安定性の評価が「○」の場合には、評価を「△」とした。この総合評価結果から、中間パルス部分Ｐｗｈの幅は、具体的に以下のように設定することが好ましい。即ち、中間パルス部分Ｐｗｈの幅は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃの０．６５倍から１．００倍の範囲内の値であることが好ましく、０．７２倍から０．９５倍の範囲内の値であることがより好ましい。さらに、中間パルス部分Ｐｗｈの幅は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃの０．７２倍から０．９０倍の範囲内の値であることが特に好ましい。なお、これらの小数点第２位まで表記された実数値は、小数点第３位以下を四捨五入した値である。
このように、気泡除去駆動パルス３００の各パルス部分Ｐｗｃ，Ｐｗｈ，Ｐｗｄの幅をヘルムホルツ共振周期に応じて設定すれば、ノズルの回復性を向上させつつ、空吐出によるインク滴の飛行安定性を向上させて、印刷ヘッド部の汚れの発生を抑制できる。また、メンテナンス処理におけるインクの消費量の増加を抑制することができる。このような効果は、図１０〜図１２の実験結果からも理解できるように、図２（Ａ），（Ｂ）で説明したような構造が異なる印刷ヘッド部や、他の種類の構造を有する印刷ヘッド部であっても同様に得ることが可能である。
ところで、本実施例では、連続フラッシングセット（図５のステップＳ１０，Ｓ３０等）ごとに、中間パルス部分Ｐｗｈの幅を異なる値とする。より具体的には、ステップＳ１０において発生させる気泡除去駆動パルス３００の中間パルス部分Ｐｗｈの幅を、ステップＳ３０において発生させるそれより短くし、それ以降も、連続フラッシングセットごとに短くしていく。即ち、これは、連続フラッシングセットが繰り返されるごとに、除去対象となる気泡の径を小さくすることを意味する。これによって、気泡除去フラッシングは、気泡の除去をより確実に実行することが可能となる。なお、中間パルス部分Ｐｗｈの幅は、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃの１／２倍以上の値で、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃより小さい値の範囲内で変動させることが好ましい。
このように気泡除去駆動パルス３００を用いた気泡除去フラッシングを実行するインクジェットプリンタ１００では、圧力室１３に存在する微小な気泡も、その径を増大させてノズル１５から吐出させることが出来る。また、異なる径の気泡に対応する気泡除去駆動パルス３００を順次生成するため、より効果的に気泡の除去を実行することが可能となる。
B．第２実施例：
図１４は、本発明の第２実施例としてのインクジェットプリンタ１００Ａの構成を示す概略図である。図１４は、用紙搬送部３０とキャップ部４０の間にワイパ部６０が設けられている点以外は図１とほぼ同じである。
図１５は、メンテナンス処理のために、印刷ヘッド部１０がメンテナンスポジションＭＰに移動したときのインクジェットプリンタ１００を、図１４の矢印Ｙの方向に沿って見たときの概略図である。図１５は、ワイパ部６０が追加されている点以外は、図２（Ａ）とほぼ同じである。ワイパ部６０は、ゴム又は軟質樹脂によって構成されたワイパブレード６１を備えている。ワイパブレード６１は、駆動機構６５によって上下方向に移動可能である。
図１６は、キャップ部４０の蓋体４１の端面４１ｅが、印刷ヘッド部１０のノズル面１５ｐと接触することによって、キャップ部４０がノズル１５を密封している状態を示している。キャップ部４０は、この状態でポンプ４３を稼働させて、蓋体４１によって覆われた空間内を負圧とすることによって、ノズル１５からインクを吸引する（インク吸引処理）。なお、以後この蓋体４１によって閉塞された空間を「キャップ閉塞空間ＣＳ」と呼ぶ。
図１７（Ａ）〜（Ｂ）は、ワイパ部６０によるノズル面１５ｐの拭き取り処理（ワイピング処理）を説明するための模式図である。ノズル面１５ｐは、増粘したインクがノズル開口部に付着して汚れる場合がある。また、上記インク吸引処理の際に、蓋体４１の端面４１ｅと接触することによって、ノズル面１５ｐにインク汚れが付着する場合などがある。ノズル面１５ｐの汚れが蓄積すると、印刷ヘッド部１０の性能が劣化する。そこで、ワイパ部６０のワイピング処理によって、ノズル面１５ｐのクリーニングを行う。
図１７（Ａ）は、ワイパブレード６１の先端部６１ｅがノズル面１５ｐと同程度の高さにまで上方向（矢印で図示）に移動した状態を示している。なお、このとき、キャップ部４０の蓋体４１は、ノズル面１５ｐとは接触していない。図１７（Ｂ）は、ワイパブレード６１がノズル面１５ｐと接触した状態で、印刷ヘッド部１０が矢印Ｘ方向に移動している状態を示している。このように、ワイパブレード６１の先端部６１ｅをノズル面１５ｐ上に走査させることによって、ノズル面１５ｐの汚れを拭き取ることができる。
図１８は、初期充填処理の処理工程を示すフローチャートである。ここで、「初期充填処理」とは、印刷ヘッド部１０に装填されたインクカートリッジ１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙ，１１Ｋの少なくともいずれか１つの交換が行われたときに、当該インクカートリッジが接続する共通インク室１２及び圧力室１３へインクを充填する処理を言う。なお、インクカートリッジの交換及び初期充填処理は、印刷ヘッド部１０をメンテナンスポジションＭＰに移動させた状態で行う。
ステップＳ１１０〜ステップＳ１２０では、図１６で説明したインク吸引処理を実行する。この工程で圧力室１３は、インクが充填された状態となる。このとき、キャップ部４０にはノズル１５から吸引されたインクが付着した状態である。
その後、キャップ閉塞空間ＣＳ（図１６）の負圧状態を解消させるとともに、ステップＳ１３０で、キャップ部４０を初期の位置へと移動させてノズル１５が開放された状態とする。ステップＳ１４０において、ワイパ部６０によってノズル面のワイピング処理を実行し、ステップＳ１５０において、ポンプ４３を稼働してキャップ部４０に付着する排インクをインク排出配管４２を介して排出する。以後、ステップＳ１１０〜ステップＳ１５０の一連の工程によって実行される処理を「第１の充填処理」と呼ぶ。
ステップＳ１６０〜ステップＳ２００では、第１の充填処理と同様の処理を繰り返す（第２の充填処理）。さらに、続くステップＳ２１０〜ステップＳ２４０でも、第１と第２の充填処理と同様の処理を実行するが、この時のポンプ４３による吸引量は、前工程における吸引量に比較して微量で良い。このステップＳ２１０〜ステップＳ２４０の充填処理を特に「微量充填処理」と呼ぶ。
図１９は、この初期充填処理におけるキャップ閉塞空間ＣＳ（図１６）の圧力の時間変化を示すグラフである。このようにインク吸引処理を複数回実行するのは、共通インク室１２から圧力室１３までのインク充填領域に混入する気泡を減少させてインクの充填をより確実に実行するためである。しかし、それでも圧力室１３には、気泡が混入してしまう場合がある。
そこで、ステップＳ２５０（図１８）では、第１実施例で説明した駆動パルス３００（図６）を用いた気泡除去フラッシング（図３）を実行する。これによって圧力室１３内の気泡をより確実に除去し、ノズル１５のドット抜けの発生を抑制する。
ステップＳ２６０では、さらに、ステップＳ２５０の気泡除去フラッシングとは異なる混色防止フラッシングを実行する。ここで、「混色防止フラッシング」について説明する。上述したインク吸引処理の際に、キャップ閉塞空間ＣＳでは、負圧状態から大気圧付近まで圧力が上昇する時間帯Ｃｆｔ（図１９）がある。このとき、キャップ閉塞空間ＣＳ（図１６）において、ミスト状になっているインクがノズル面１５ｐ方向へと逆戻りしてしまう場合があり、これによって、吐出されるインクとは異なる色のインクがノズル１５へと混入してしまう場合がある。また、ワイピング処理において、ノズル面１５ｐがワイパブレード６１によって拭き取られた際に、ノズル１５に異なる色のインクが混入してしまう場合がある。混色防止フラッシングは、このようにノズル１５に混入した異なる色のインクを吐出してしまうことを目的として行われるフラッシング動作である。
図２０は、混色防止フラッシングの際に制御部５０が圧電素子１７に対して発生させる駆動パルスを示している。この駆動パルス３１０は、気泡除去フラッシングにおける駆動パルス３００（図６）と異なり、一度のインク吐出で大量のインクを吐出することを目的とする。
駆動パルス３１０は、基底電圧から略一定比率で電圧を上昇させる第１のパルス部分（時刻ｔ20〜時刻ｔ21）と、所定の時間一定電圧を保持する第２のパルス部分（時刻ｔ21〜時刻ｔ22）とを有している。また、駆動パルス３１０は、さらに、略一定比率で負電圧まで電圧を低下させる第３のパルス部分（時刻ｔ22〜時刻ｔ23）と、所定の時間一定負電圧を保持する第４のパルス部分（時刻ｔ23〜時刻ｔ24）と、基底電圧まで略一定比率で電圧を増加させる第５のパルス部分（時刻ｔ24〜時刻ｔ25）とを有している。即ち、この駆動パルス３１０は、正電圧を発生する第１の略台形パルス３１１と、負電圧を発生する第２の略台形パルス３１２とを有している。
この駆動パルス３１０は、第２の略台形パルス３１２を有することにより、ノズル１５のインク面に振動が過度に生じることを抑制し、短時間で連続してインク吐出を実行することを可能としている。例えば、この混色防止フラッシングでは、制御部５０は、約５０Ｋｈｚ程度の周波数（時刻ｔ20〜時刻ｔ26の周期に相当する周波数）で、この駆動パルス３１０を複数回連続して発生させることが可能である。
このように、この初期充填処理では、混色防止フラッシング（図１８のステップＳ２６０）の前に気泡除去フラッシング（ステップＳ２５０）を実行している。混色防止フラッシングは、全てのノズル１５からインク滴が吐出されて実行されることが好ましいため、前工程の気泡除去フラッシングによってドット抜けの発生を抑制することによって、混色防止フラッシングを効果的に実行することが可能となる。
C．第３実施例：
図２１は、本発明の第３実施例としてのインクジェットプリンタ１００Ｂの一部の構成を示す概略断面図である。図２１は、ノズル１５からのインクの吐出を検出するためのインク吐出検出部７０が設けられている点以外は図１４とほぼ同じである。インク吐出検出部７０は、キャップ部４０に設けられたセンサから出力信号を受信し、制御部５０に検出結果を送信する。
インク吐出検出部７０は、例えば、インクの吐出を電気的に検出するものとしても良い。具体的には、印刷ヘッド部１０がメンテナンスポジションＭＰにある時に、ノズル面１５ｐとキャップ部４０の蓋体４１との間に電荷を帯電させた状態でインクの吐出を実行し、センサによって電荷量の変化を検出する。吐出されたインク量が少ないと、電荷量の変化が所定の値より少なくなるため、この場合には、ドット抜けが発生していると判断することができる。なお、インク吐出検出部７０は、光学的センサによって吐出されたインク滴を検出するものとしても良く、他の方法で検出しても良い。
図２２は、印刷実行時における制御部５０の処理手順を示すフローチャートである。制御部５０は、ステップＳ３００で印刷実行命令とともに印刷データを外部コンピュータ等から受け取ると、ステップＳ３１０において印刷データに応じて印刷ヘッド部１０及びヘッド駆動部２０，用紙搬送部３０を駆動して印刷処理を実行する。
制御部５０は、印刷を開始してから所定の時間経過後に、印刷処理を一時中断して、印刷ヘッド部１０をメンテナンスポジションＭＰへと移動させ、全ノズル１５からのインク滴の吐出を実行してノズルの検査を行う（ステップＳ３２０）。このとき、全てのノズルからの正常なインク滴の吐出を検出できた場合、即ち、ドット抜けが検出されなかった場合には（ステップＳ３３０）、制御部５０は、引き続き印刷処理（ステップＳ３１０）を実行する。
一方、ステップＳ３３０において、インク吐出検出部７０が、ドット抜けを検出した場合には（ステップＳ３３０）、制御部５０は、気泡除去フラッシングを実行する（ステップＳ３４０）。なお、気泡除去フラッシングは、第１実施例で説明した処理と同様に行われる（図３，図６）。
気泡除去フラッシングの実行後、制御部５０は、再び、ノズルの検査処理（ステップＳ３２０）を実行し、インクジェットプリンタ１００Ｂの性能回復を検証する。制御部５０は、ドット抜けが解消されるまで、気泡除去フラッシング（ステップＳ３４０）を繰り返し実行する。
このインクジェットプリンタ１００Ｂによれば、印刷実行時にドット抜けを検出した場合に、ドット抜け解消のための気泡除去フラッシングが実行されるため、印刷品質を向上させることが可能である。
D．第４実施例：
図２３は、本発明の第４実施例として、インクジェットプリンタにおいて実行されるメンテナンス処理のうち、タイマクリーニング処理の手順を示すフローチャートである。「タイマクリーニング処理」とは、インクジェットプリンタの非印刷処理実行時に制御部が定期的に実行するノズルの性能回復のためのノズルのクリーニング処理である。なお、この第４実施例のインクジェットプリンタの構成は、第３実施例のインクジェットプリンタ１００Ｂ（図２１）と同様である。
図２３のステップＳ４１０〜ステップＳ４５０の各工程は、図１８で説明した第１の充填処理（ステップＳ１１０〜ステップＳ１５０）と同様に実行される。また、続くステップＳ４６０〜ステップＳ４９０の各工程は、図１８の微量充填処理（ステップＳ２１０〜ステップＳ２４０）と同様に実行される。ただし、図１８の初期充填処理とは、ポンプ４３による吸引時間及び吸引量は異なる。
図２４は、このタイマクリーニング処理におけるキャップ閉塞空間ＣＳ内の圧力の時間変化を示すグラフである。図２４は、ポンプ４３の吸引動作によって負圧を示す部分が１つ少ない点以外は、図１９とほぼ同じである。
なお、このタイマクリーニング処理でも、第２実施例の初期充填処理と同様に、混色防止フラッシング（ステップＳ５００）の前に、気泡除去フラッシング（ステップＳ５１０）が実行される。従って、第２実施例と同様に、混色防止フラッシングを効果的に実行することが可能である。
このように、第４実施例のタイマクリーニング処理を実行することによって、効果的にノズル１５のドット抜け及びインク詰まりを抑制することができ、インクジェットプリンタの印刷品質を向上させることができる。
E．第５実施例：
図２５は、本実施例の第５実施例としてのインクジェットプリンタ１００Ｃの構成を示す概略図である。図２５は、ユーザ操作部８０を備えている点以外は、図２１とほぼ同じである。
ユーザ操作部８０は、例えば、タッチパネルや操作ボタンとしてインクジェットプリンタ１００Ｃの本体に設けられている。ユーザは、このユーザ操作部８０を介してインクジェットプリンタ１００Ｃの制御部５０に処理の実行命令を出すことができる。
図２６は、インクジェットプリンタ１００Ｃにおいて実行されるメンテナンス処理のうち、マニュアルクリーニング処理の手順を示すフローチャートである。「マニュアルクリーニング処理」とは、インクジェットプリンタ１００Ｃの非印刷処理実行時に、ユーザ操作部８０を介したユーザの指示によって、制御部５０が実行するノズルの性能回復のためのクリーニング処理である。
図２６のステップＳ６１０〜ステップＳ６５０では、図１８の第１の充填処理（ステップＳ１１０〜ステップＳ１５０）の各工程と同様な処理を実行する。続くステップＳ６６０〜ステップＳ７００では、ステップＳ６１０〜ステップＳ６５０と同様な処理を繰り返して実行する。ステップＳ７１０〜ステップＳ７４０では、ステップＳ６１０〜ステップＳ６４０と同様な処理を実行する。即ち、このマニュアルクリーニング処理では、３度のインク吸引処理を連続して実行する。ただし、このマニュアルクリーニング処理では、インク吸引処理ごとにインクの吸引量は徐々に減少させて行う。
図２７は、マニュアルクリーニング処理におけるノズル１５近傍の圧力の時間変化を示すグラフである。図２７は、インク吸引処理ごとに負圧のレベルが異なる点以外は、図１９とほぼ同じである。このように、インク吸引量を減少させつつ複数回のインク吸引処理を実行することによって、クリーニング処理において使用されるインク量を抑制しつつ、効果的にノズルのクリーニング処理を実行することができる。
３度のインク吸引処理を実行した後、制御部５０は、第２実施例の初期充填処理（図１８）と同様に、混色防止フラッシングの前に気泡除去フラッシングを実行する（ステップＳ７５０〜ステップＳ７６０）。即ち、このマニュアルクリーニング処理においても、気泡除去フラッシングによってドット抜けの発生を抑制するとともに、混色防止フラッシングを効果的に実行することが可能である。
このインクジェットプリンタ１００Ｃによれば、ユーザの任意の要求に応じてノズルのクリーニング処理を実行することによって、その印刷品質を向上させることができる。
F．第６実施例：
図２８は、本発明の第６実施例として、インクジェットプリンタの印刷実行時における制御部の処理の手順を示すフローチャートである。図２８は、ステップＳ３０５及びステップＳ３１３〜ステップＳ３１５が追加されている点以外は、第３実施例で説明した印刷実行時における制御部５０の処理手順（図２２）と同様である。なお、この第６実施例のインクジェットプリンタの構成は、第３実施例にインクジェットプリンタ１００Ｂ（図２１）と同じである。
制御部５０は、ステップＳ３００で印刷実行命令とともに印刷データを外部コンピュータ等から受け取ると、印刷処理を開始する前に、印刷ヘッド部１０をメンテナンスポジションＭＰに移動させて、気泡除去フラッシングを実行する（ステップＳ３０５）。また、印刷処理の実行中に、新しい用紙に引き続き印刷を実行する改ページが行われる場合には（ステップＳ３１３）、再び、印刷ヘッド部１０をメンテナンスポジションＭＰへと移動して、気泡除去フラッシングを実行する（ステップＳ３１５）。さらに、第３実施例と同様に、インク吐出検出部７０がドット抜けを検出した場合に、気泡除去フラッシングを実行する（ステップＳ３２０〜ステップＳ３４０）。
この印刷実行時の処理手順によれば、所定のタイミングで必ず気泡除去フラッシングが実行されるため、ドット抜けが発生する可能性を低減することができ、さらに、印刷品質を向上させることができる。
G．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
G1．変形例１：
上記実施例では、インクジェットプリンタについて説明したが、本発明は、他の流体（液体）を吐出する流体噴射装置にも適用可能である。
G2．変形例２：
上記実施例において、振動用駆動パルス３０１によって、気泡除去フラッシングのインターバル工程において圧電素子１７を微振動させていたが、振動用駆動パルス３０１は、他の形状を有する駆動パルスであっても良く、省略されるものとしても良い。
G3．変形例３：
上記実施例において、連続フラッシングセットとしてインク滴の空吐出を２０００回実行していたが（図３）、インク滴の空吐出は、任意の回数を実行するものとしても良い。また、各連続フラッシングセットでは、気泡除去駆動パルス３００を同一周期で連続して発生させていたが、周期を変えて発生させるものとしても良い。
G4．変形例４：
上記実施例において、連続フラッシングセットごとに気泡除去駆動パルス３００（図６）の中間パルス部分Ｐｗｈの幅を変更していたが、同一の幅で連続フラッシングセットが繰り返されるものとしても良い。
G5．変形例５：
上記実施例において、各連続フラッシングセットは、同一の波形を有する複数の気泡除去駆動パルス３００によって構成されていたが、少なくとも一部の波形が互いに異なる駆動パルスを含むものとしても良い。例えば、各連続フラッシングセットは、気泡除去駆動パルス３００とともに、中間パルス部分Ｐｗｈの幅が異なる気泡除去駆動パルス３００や、電圧値Ｖｈの異なる気泡除去駆動パルス３００等が含まれていても良い。
G6．変形例６：
上記第３実施例において、インク吐出検出部７０がドット抜けを検出した場合に、気泡除去フラッシングが実行されていたが（図２２；ステップＳ３３０〜ステップＳ３４０）、気泡除去フラッシングとともに他のメンテナンス処理が実行されるものとしても良い。例えば、混色防止フラッシングが続いて実行されてるものとしても良い。
G7．変形例７：
上記第５実施例において、ユーザ操作部８０は、インクジェットプリンタ１００Ｃの本体に設けられていたが、インクジェットプリンタ１００Ｃに接続する外部コンピュータ上で実行されるプログラムによって実現されるものとしても良い。
G8．変形例８：
上記実施例において、第２のパルス部分Ｐｗｄは、圧電素子１７の固有周期の０．５倍以上に設定されていたが、第２のパルス部分Ｐｗｄは、圧電素子１７の固有周期の０．５倍より小さく設定されているものとしても良い。ただし、上記実施例の構成であれば、より効果的に圧力室１３の気泡を除去することができる。
G9．変形例９：
上記実施例において、気泡除去駆動パルス３００は、中間パルス部分Ｐｗｈを有していたが、中間パルス部分Ｐｗｈは省略されても良いし、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃの０．７倍より短く設定されても良い。また、中間パルス部分の幅Ｐｗｈは、ヘルムホルツ共振周期Ｔｃより長く設定されるものとしても良い。ただし、上記実施例の構成であれば、より効果的に圧力室１３の気泡を除去することができる。
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…印刷ヘッド部
１１Ｃ，１１Ｍ，１１Ｙ，１１Ｋ…インクカートリッジ
１２…共通インク室
１３…圧力室
１４…インク流路
１５…ノズル
１５ｐ…ノズル面
１６…振動板
１７（１７Ａ〜１７Ｎ）…圧電素子
１８…固定基材
２０…ヘッド駆動部
２１…第１のプーリー
２２…第２のプーリー
２３…ヘッド駆動ベルト
３０…用紙搬送部
３１…第１の用紙搬送ローラ
３２…第２の用紙搬送ローラ
３３…用紙搬送ベルト
４０…キャップ部
４１…蓋体
４１ｅ…端面
４１ｈ…貫通孔
４２…インク排出配管
４３…ポンプ
４５…駆動機構
５０…制御部
５１Ａ〜５１Ｎ…シフトレジスタ
５２Ａ〜５２Ｎ…ラッチ回路
５３Ａ〜５３Ｎ…レベルシフタ
５４Ａ〜５４Ｎ…スイッチ回路
６０…ワイパ部
６１…ワイパブレード
６１ｅ…先端部
６５…駆動機構
７０…インク吐出検出部
８０…ユーザ操作部
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…インクジェットプリンタ
２００…印刷用紙
３００…気泡除去駆動パルス
３０１…振動用駆動パルス
３１０…駆動パルス
３１１…第１の略台形パルス
３１２…第２の略台形パルス
４００…インク
４０１…メニスカス
５００…気泡
ＣＬＫ…クロック信号
ＣＯＭ，ＣＯＭｆ…駆動信号
ＣＳ…キャップ閉塞空間
ＩＷ…吐出インク量
ＬＡＴ…ラッチ信号
ＭＰ…メンテナンスポジション
ＰＤ…搬送方向
Ｐｗｃ…第１のパルス部分
Ｐｗｄ…第２のパルス部分
Ｐｗｈ…中間パルス部分
ＳＩ…印刷信号
ＳＩｆ…フラッシング信号
Ｔａ…固有振動周期
Ｔｃ…ヘルムホルツ共振周期

Claims (5)

  1. 流体を噴射するための流体噴射装置であって、
    前記流体が充填される圧力室と、
    前記圧力室の壁面を変形させることによって前記圧力室内の容積を変化させる圧力発生素子と、
    前記圧力室と連通する、前記流体を噴射するためのノズルと、
    前記圧力発生素子を制御するための駆動パルスを発生する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記圧力室から前記流体とともに気泡を噴射するためのメンテナンス用駆動パルスを発生することが可能であり、
    前記メンテナンス用駆動パルスは、前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張させて、膨張状態へと推移させる第１のパルス部分と、前記圧力室の前記膨張状態を所定の時間保持させる中間パルス部分と、前記膨張状態から前記圧力室を収縮させる第２のパルス部分と、
    を備え、
    前記第２のパルス部分の幅は、前記圧力室および前記ノズルを含む前記流体が充填されている空間の構造によって規定される前記流体のヘルムホルツ共振周期の既定値の０．５倍以下に設定されており、
    前記中間パルス部分の幅は、前記流体のヘルムホルツ共振周期の既定値の０．７倍以上に設定されている、流体噴射装置。
  2. 請求項１に記載の流体噴射装置であって、
    前記第２のパルス部分の幅は、前記圧力発生素子の固有振動周期の０．５倍以上に設定されている、流体噴射装置。
  3. 請求項２記載の流体噴射装置であって、
    前記中間パルス部分の幅は、さらに、前記流体のヘルムホルツ共振周期の既定値以下に設定されている、流体噴射装置。
  4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の流体噴射装置であって、前記流体としてインクを噴射する流体噴射装置。
  5. 流体が充填される圧力室と、
    前記圧力室の壁面を変形させることによって前記圧力室の容積を変化させる圧力発生素子と、
    前記圧力室と連通する、前記流体を噴射するためのノズルと、
    を備える、流体噴射装置において実行される、前記ノズルからの前記流体の空吐出を行うフラッシング方法であって、
    （ａ）前記圧力発生素子を駆動させることによって、前記圧力室を膨張させて、膨張状態へと推移させる工程と、
    （ｂ）前記圧力室の前記膨張状態を所定の時間保持させる工程と、
    （ｃ）前記膨張状態から前記圧力室を収縮させることによって、前記流体を前記ノズルから吐出させる工程と、
    を備えるフラッシングを実行し、
    前記工程（ｃ）に要する時間は、前記圧力室および前記ノズルを含む前記流体が充填されている空間の構造によって規定される前記流体のヘルムホルツ共振周期の既定値の０．５倍以下に設定され、
    前記工程（ｂ）に要する時間は、前記流体のヘルムホルツ共振周期の既定値の０．７倍以上に設定されている、フラッシング方法。
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