(57)【要約】【課題】液体の浪費を大幅に軽減しつつ、液体の凍結による圧力室内の損傷を抑制する。【解決手段】駆動素子の駆動によって圧力室内の圧力を変動させて圧力室内の液体をノズルから吐出する液体吐出ヘッドと、複数の動作モードから選択された動作モードによって駆動素子を駆動する制御部と、を備え、複数の動作モードは、圧力室内の液体をノズルから吐出するための液体吐出波形で駆動素子を駆動する第１モードと、ノズルから圧力室内に空気を導入するための空気導入波形で駆動素子を駆動する第２モードと、を含み、空気導入波形は、ノズル内のメニスカスを、液体吐出波形よりも圧力室側に大きく振動させる波形である液体吐出装置。【選択図】図５
2018144245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動素子の駆動によって圧力室内の圧力を変動させて前記圧力室内の液体をノズルから吐出する液体吐出ヘッドと、
複数の動作モードから選択された動作モードによって前記駆動素子を駆動する制御部と、を備え、
前記複数の動作モードは、
前記圧力室内の前記液体をノズルから吐出するための液体吐出波形で前記駆動素子を駆動する第１モードと、
前記ノズルから前記圧力室内に空気を導入するための空気導入波形で前記駆動素子を駆動する第２モードと、を含み、
前記空気導入波形は、前記ノズル内のメニスカスを、前記液体吐出波形よりも前記圧力室側に大きく振動させる波形である
液体吐出装置。
【請求項２】
前記液体吐出波形と前記空気導入波形は、前記ノズル内のメニスカスを前記ノズルの開口部側へ押し出すための第１波形と、前記ノズル内のメニスカスを前記圧力室側へ引き込むための第２波形とを備え、
前記空気導入波形の前記第２波形は、前記ノズル内のメニスカスの前記圧力室側への引き込みを、前記液体吐出波形の前記第２波形よりも大きくする波形である
請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記液体吐出ヘッドは、前記ノズルを複数備え、
前記各ノズルには、前記駆動素子を備える前記圧力室がそれぞれ連通し、
前記制御部は、前記第２モードにおいて、前記駆動素子うちの一部または全部に前記液体吐出波形を印加して、複数の前記ノズルのうちの一部または全部から空気を導入する
請求項１または請求項２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記空気導入波形を印加した前記駆動素子に対応する前記圧力室に空気が導入されたか否かを検出し、
前記空気の導入が検出された前記圧力室に対応する前記駆動素子には、前記空気導入波形の印加を停止する
請求項２から請求項３の何れかに記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記液体吐出ヘッドの温度を検出する温度センサーを備え、
前記制御部は、前記温度センサーによって検出された温度が所定の閾値以下であると判断した場合に前記第２モードを選択し、前記空気導入波形で前記駆動素子を駆動する
請求項１から請求項４の何れかに記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記第２モードの実行を指示するための操作部を備え、
前記制御部は、前記操作部から前記第２モードの実行の指示があったと判断した場合に前記第２モードを選択し、前記空気導入波形で前記駆動素子を駆動する
請求項１から請求項４の何れかに記載の液体吐出装置。
【請求項７】
駆動素子の駆動によって圧力室内の圧力を変動させて前記圧力室内の液体をノズルから吐出する液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の駆動方法であって、
第１モードでは、前記圧力室内の前記液体をノズルから吐出するための液体吐出波形で前記駆動素子を駆動し、
第２モードでは、前記ノズルから前記圧力室内に空気を導入するための空気導入波形で前記駆動素子を駆動し、
前記空気導入波形は、前記ノズル内のメニスカスを前記圧力室側に前記液体吐出波形よりも大きく振動させる波形である
液体吐出装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インク等の液体を吐出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力室内の圧力を変動させて圧力室内の液体をノズルから吐出する液体吐出ヘッドでは、圧力室内の液体が凍結して膨張することによって、圧力室内にクラックが発生し圧力室の損傷を招く虞がある。特許文献１では、排出手段により一度に大量の液体を、高い流速でノズルから吐出させて、ノズル内のメニスカスを破壊し、液体の供給不足を発生させることによって、ノズルから空気が引き込まれるようにしている。この構成によれば、凍結して膨張する液体の逃げ場（空気による空間）が形成されるので、圧力室内にクラックが発生することを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−４１４８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のように、一度に大量の液体をノズルから吐出させて、液体の供給不足を発生させるようにしたのでは、大量の液体が浪費されてしまう。しかも、ノズル内のメニスカスが破壊されるほど、高い流速で大量の液体をノズルから吐出させてしまうと、液体を再充填して空気を排出することで印刷可能な状態に復帰させるのに、非常に時間がかかってしまう。以上の事情を考慮して、本発明は、液体の浪費を大幅に軽減しつつ、液体の凍結による圧力室内の損傷を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の課題を解決するために、本発明の液体吐出装置は、駆動素子の駆動によって圧力室内の圧力を変動させて圧力室内の液体をノズルから吐出する液体吐出ヘッドと、複数の動作モードから選択された動作モードによって駆動素子を駆動する制御部と、を備え、複数の動作モードは、圧力室内の液体をノズルから吐出するための液体吐出波形で駆動素子を駆動する第１モードと、ノズルから圧力室内に空気を導入するための空気導入波形で駆動素子を駆動する第２モードと、を含み、空気導入波形は、ノズル内のメニスカスを、液体吐出波形よりも圧力室側に大きく振動させる波形である。以上の構成によれば、第１モードの液体吐出波形で駆動素子を駆動するによって圧力室内の液体をノズルから吐出することができ、第２モードの空気導入波形で駆動素子を駆動することによってノズルから圧力室内に空気を導入することができる。圧力室内に空気を導入することで、その後に凍結して膨張する液体の逃げ場（空気による空間）が形成される。これにより、圧力室内のクラックの発生を抑えることができるので、圧力室の損傷を抑制できる。しかも、本態様の空気導入波形は、ノズル内のメニスカスを、液体吐出波形よりも圧力室側に大きく振動させる波形であるため、少ない液体の吐出でもメニスカスが圧力室側に大きく引き込まれるから、空気が導入され易くなる。これにより、メニスカスが破壊されるほど大量の液体を吐出しなくても、ノズルから空気が導入され易くすることができる。したがって、第２モードによって空気を導入する際の液体の浪費を大幅に軽減することができ、印刷可能な状態への復帰にかかる時間も大幅に短縮できる。以上のとおり、本態様によれば、液体の浪費を大幅に軽減しつつ、液体の凍結による圧力室の損傷を抑制できる。
【０００６】
本発明の好適な態様において、液体吐出波形と空気導入波形は、ノズル内のメニスカスをノズルの開口部側へ押し出すための第１波形と、ノズル内のメニスカスを圧力室側へ引き込むための第２波形とを備え、空気導入波形の第２波形は、ノズル内のメニスカスの圧力室側への引き込みを、液体吐出波形の第２波形よりも大きくする波形である。以上の構成によれば、空気導入波形は、ノズル内のメニスカスの圧力室側への引き込みを、液体吐出波形よりも大きくする波形を含むから、ノズル内のメニスカスを破壊しなくても、ノズル内のメニスカスが圧力室側への引き込まれる際にノズルから空気が取り込まれ易くなる。
【０００７】
本発明の好適な態様において、液体吐出ヘッドは、ノズルを複数備え、各ノズルには、駆動素子を備える圧力室がそれぞれ連通し、制御部は、第２モードにおいて、駆動素子うちの一部または全部に液体吐出波形を印加して、複数のノズルのうちの一部または全部から空気を導入する。以上の構成によれば、複数のノズルのうち一部から空気を取り込むことで、複数のノズルのうちの全部から空気を導入する場合に比較して、液体の浪費を抑えることができる。また、本態様では、上述したように空気を導入する際にノズルから吐出される液体を少なくできるので、複数のノズルのうちの全部から空気を導入しても、メニスカスを破壊するほど大量の液体を吐出する場合に比較して、全体の液体の浪費を大幅に抑えることができる。
【０００８】
本発明の好適な態様において、制御部は、空気導入波形を印加した駆動素子に対応する圧力室に空気が導入されたか否かを検出し、空気の導入が検出された圧力室に対応する駆動素子には、空気導入波形の印加を停止する。以上の構成によれば、空気の導入が検出された圧力室に対応する駆動素子には、空気導入波形の印加を停止するから、空気の導入の際に吐出される液体の浪費を的確に抑えることができる。
【０００９】
本発明の好適な態様において、液体吐出ヘッドの温度を検出する温度センサーを備え、制御部は、温度センサーによって検出された温度が所定の閾値以下であると判断した場合に第２モードを選択し、空気導入波形で駆動素子を駆動する。以上の構成によれば、温度センサーによって検出された温度が所定の閾値以下であると判断した場合に第２モードを選択し、空気導入波形で駆動素子を駆動するから、インクが凍結する前の適切なタイミングでノズルから空気を導入できる。したがって、圧力室の損傷を的確に抑制できる。
【００１０】
本発明の好適な態様において、第２モードの実行を指示するための操作部を備え、制御部は、操作部から第２モードの実行の指示があったと判断した場合に第２モードを選択し、空気導入波形で駆動素子を駆動する。以上の構成によれば、使用者が操作部から第２モードの実行を指示することによって、ノズルから空気を導入できる。したがって、例えば長時間印刷を行わない場合や液体吐出装置を低温環境に移動する前など、使用者の所望のタイミングでノズルから空気を導入できるので、圧力室内の損傷を的確に抑制できる。
【００１１】
以上の課題を解決するために、本発明の液体吐出装置の駆動方法は、駆動素子の駆動によって圧力室内の圧力を変動させて圧力室内の液体をノズルから吐出する液体吐出ヘッドを備える液体吐出装置の駆動方法であって、第１モードでは、圧力室内の液体をノズルから吐出するための液体吐出波形で駆動素子を駆動し、第２モードでは、ノズルから圧力室内に空気を導入するための空気導入波形で駆動素子を駆動し、空気導入波形は、ノズル内のメニスカスを圧力室側に液体吐出波形よりも大きく振動させる波形である。以上の構成によれば、第１モードの液体吐出波形で駆動素子を駆動するによって圧力室内の液体をノズルから吐出することができ、第２モードの空気導入波形で駆動素子を駆動することによってノズルから圧力室内に空気を導入することができる。圧力室内に空気を導入することで、その後に凍結して膨張する液体の逃げ場（空気による空間）が形成される。これにより、圧力室内のクラックの発生を抑えることができので、圧力室の損傷を抑制できる。しかも、本態様の空気導入波形は、ノズル内のメニスカスを、液体吐出波形よりも圧力室側に大きく振動させる波形であるため、少ない液体の吐出でもメニスカスが圧力室側に大きく引き込まれるから、空気が導入され易くなる。これにより、メニスカスが破壊されるほど大量の液体を吐出しなくても、ノズルから空気が導入され易くすることができる。したがって、第２モードによって空気を導入する際の液体の浪費を大幅に軽減することができ、印刷可能な状態への復帰にかかる時間も大幅に短縮できる。以上のとおり、本態様によれば、液体の浪費を大幅に軽減しつつ、液体の凍結による圧力室の損傷を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る液体吐出装置の構成図である。
【図２】液体吐出装置の機能的な構成図である。
【図３】液体吐出部の断面図である。
【図４】動作モードを説明するための図である。
【図５】第２モードの空気導入波形の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る液体吐出装置１０の部分的な構成図である。本実施形態の液体吐出装置１０は、液体の例示であるインクを印刷用紙等の媒体１２に吐出するインクジェット方式の印刷装置である。図１に示す液体吐出装置１０は、制御ユニット２０と搬送機構２２とキャリッジ２４と液体吐出ヘッド２６とメンテナンスユニット３０とを具備する。図１では、１個の液体吐出ヘッド２６をキャリッジ２４に搭載した場合を例示しているが、これに限られず、複数個の液体吐出ヘッド２６をキャリッジ２４に搭載してもよい。液体吐出装置１０にはインクを貯留する液体容器（カートリッジ）１４が装着される。
【００１４】
液体容器１４は、液体吐出装置１０の本体に着脱可能な箱状の容器からなるインクタンクタイプのカートリッジである。なお、液体容器１４は、箱状の容器に限られず、袋状の容器からなるインクパックタイプのカートリッジであってもよい。液体容器１４には、インクが貯留される。インクは、黒色インクであってもよく、カラーインクであってもよい。液体容器１４に貯留されるインクは、ポンプ（図示略）によって液体吐出ヘッド２６に供給（圧送）される。
【００１５】
制御ユニット２０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）等の制御装置２０２と半導体メモリー等の記憶装置２０３とを含んで構成され、記憶装置２０３に記憶された制御プログラムを制御装置２０２が実行することで液体吐出装置１０の各要素を統括的に制御する。図１に示すように、媒体１２に形成すべき画像を表す印刷データＧがホストコンピューター等の外部装置（図示略）から制御ユニット２０に供給される。制御ユニット２０は、印刷データＧで指定された画像が媒体１２に形成されるように液体吐出装置１０の各要素を制御する。
【００１６】
搬送機構２２は、制御ユニット２０による制御のもとで媒体１２をＹ方向に搬送する。液体吐出ヘッド２６は、略箱状のキャリッジ２４に搭載され、液体容器１４から供給されるインクを制御ユニット２０による制御のもとで媒体１２に吐出する。制御ユニット２０は、Ｙ方向に交差するＸ方向に沿ってキャリッジ２４を往復させる。搬送機構２２による媒体１２の搬送とキャリッジ２４の反復的な往復とに並行して液体吐出ヘッド２６が媒体１２にインクを吐出することで媒体１２の表面に所望の画像が形成される。なお、液体容器１４を液体吐出ヘッド２６とともにキャリッジ２４に搭載することも可能である。
【００１７】
液体吐出ヘッド２６の吐出面（媒体１２との対向面）には、ノズル列が配置される。ノズル列は、Ｙ方向に沿って直線状に配列された複数のノズルＮの集合である。ノズルＮからは、液体容器１４から供給されるインクが吐出される。なお、ノズル列の数や配置は、例示したものに限られず、液体吐出ヘッド２６の吐出面に、２つ以上のノズル列を配置してもよく、複数のノズル列を例えば千鳥配列またはスタガ配列とすることも可能である。Ｘ−Ｙ平面（媒体１２の表面に平行な平面）に垂直な方向をＺ方向と表記する。
【００１８】
メンテナンスユニット３０は、例えばＸ方向においてキャリッジ２４のホームポジション（待機位置）となる非印字領域Ｈに配置される。メンテナンスユニット３０は、キャリッジ２４が非印字領域Ｈにあるときに、液体吐出ヘッド２６のメンテナンス処理を行う。メンテナンスユニット３０は、制御ユニット２０によって制御されるキャッピング機構３２とノズルＮから排出する流体（洗浄液、インクなど）を収容する廃液タンク３４とを備える。廃液タンク３４内には、例えばインクや洗浄液を保持する吸収材が設けられている。
【００１９】
キャッピング機構３２は、液体吐出ヘッド２６の吐出面２６０をキャッピングする際に用いられる。キャッピング機構３２は、吐出面２６０のノズルＮを封止するキャップ３２２を備える。キャップ３２２は、Ｚ方向の負側が開口した箱状に形成される。キャップ３２２の開口縁部が吐出面２６０に接触することで、吐出面２６０のノズルＮが封止される。キャップ３２２は、モーター（図示略）によって、吐出面２６０に接触するＺ方向の負側または吐出面２６０から離間するＺ方向の正側に移動可能である。制御ユニット２０は、キャップ３２２で吐出面２６０に接触してノズルＮを封止する。このとき、キャップ３２２に連通するポンプ（図示略）でノズルＮから増粘インクや気泡を吸引することで、これらをキャップ３２２に排出させることができる。キャップ３２２に排出されたインクは、キャップ３２２に連通する流路（廃液流路）を介して廃液タンク３４に廃棄される。
【００２０】
液体吐出ヘッド２６のメンテナンス処理としては、液体吐出ヘッド２６のクリーニング処理やフラッシング処理が挙げられる。クリーニング処理は、キャップ３２２に連通するポンプ（図示略）でノズルＮからインクを強制的に排出させるメンテナンス処理である。フラッシング処理は、圧電素子７４を駆動させることによって、ノズルＮからインクを吐出させるメンテナンス処理である。クリーニング処理やフラッシング処理などのメンテナンス処理を行って、ノズルＮから増粘インクや気泡を排出することで、ノズルＮの目詰まりや吐出不良を抑制できる。
【００２１】
図２は、液体吐出装置１０の機能的な構成図である。図２では、搬送機構２２やキャリッジ２４等の図示を便宜的に省略している。制御装置２０２が制御プログラムを実行することで、制御装置２０２が駆動信号生成部４０と制御部５０と検出部５２として機能する。制御部５０は、駆動信号生成部４０を制御する。記憶装置２０３には、データテーブルＣが記憶されている。駆動信号生成部４０は、駆動信号ＣＯＭを生成する。駆動信号ＣＯＭは、例えば図４に示すような波形、すなわち基準電位ＶＭに対して電位差を有する複数の電位（ＶＬ１、ＶＨ１、ＶＬ２、ＶＨ２など）を含む電圧信号の波形である。駆動信号ＣＯＭの波形は、所定の周期ごとに生成される。
【００２２】
本実施形態の圧電素子７４は、複数の動作モードによって駆動され、動作モードごとに異なる駆動信号ＣＯＭの波形が圧電素子７４に印加される。図４では、動作モードとして第１モードの駆動信号ＣＯＭの波形（液体吐出波形Ｗ１）と第２モードの駆動信号ＣＯＭの波形（空気導入波形Ｗ２）を例示している。液体吐出波形Ｗ１と空気導入波形Ｗ２を含む駆動信号ＣＯＭを生成するためのデータ（例えば電圧データ）は、データテーブルＣに記憶されている。制御部５０は、各駆動信号ＣＯＭを生成する場合には、駆動信号ＣＯＭの波形に対応するデータをデータテーブルＣから読み出して、駆動信号生成部４０によって駆動信号ＣＯＭを生成する。なお、これらの動作モードと駆動信号ＣＯＭの波形の詳細は後述する。
【００２３】
図２に示すように、液体吐出ヘッド２６は、駆動部２６２と液体吐出部２６４を具備する。駆動部２６２は、制御ユニット２０による制御のもとで液体吐出部２６４を駆動する。液体吐出部２６４は、液体容器１４から供給されるインクを複数のノズルＮから媒体１２に吐出する。液体吐出部２６４は、複数のノズルＮに対応する複数の吐出部２６６を包含する。各吐出部２６６は、駆動部２６２から供給される駆動信号Ｖに応じてインクを吐出する。
【００２４】
駆動信号生成部４０が生成した駆動信号ＣＯＭと印刷データＧに応じてインクの吐出の有無を指示する印刷信号ＳＩとが制御ユニット２０から駆動部２６２に供給される。駆動部２６２は、駆動信号ＣＯＭと印刷信号ＳＩとに応じた駆動信号Ｖを吐出部２６６ごとに生成して複数の吐出部２６６に並列に出力する。具体的には、駆動部２６２は、複数の吐出部２６６のうち印刷信号ＳＩがインクの吐出を指示する吐出部２６６には駆動信号ＣＯＭを駆動信号Ｖとして供給し、印刷信号ＳＩがインクの非吐出を指示する吐出部２６６には基準電位ＶＭを駆動信号Ｖとして供給する。
【００２５】
図３は、任意の１個の吐出部２６６に着目した液体吐出部２６４の断面図である。図３に示す液体吐出部２６４は、流路基板７１の一方側に圧力室基板７２と振動板７３と圧電素子７４と支持体７５とが配置されるとともに他方側にノズル板７６が配置された構造体である。流路基板７１と圧力室基板７２とノズル板７６とは例えばシリコンの平板材で形成され、支持体７５は例えば樹脂材料の射出成形で形成される。複数のノズルＮはノズル板７６に形成される。図３の構成では、ノズル板７６のうち媒体１２に対向する面が、液体吐出ヘッドの吐出面２６０を構成する。
【００２６】
流路基板７１には、開口部７１２と分岐流路（絞り流路）７１４と連通流路７１６とが形成される。分岐流路７１４および連通流路７１６はノズルＮごとに形成された貫通孔であり、開口部７１２は複数のノズルＮにわたり連続する開口である。支持体７５に形成された収容部（凹部）７５２と流路基板７１の開口部７１２とを相互に連通させた空間は、支持体７５の導入流路７５４を介して液体容器１４から供給されるインクを貯留する共通液室（リザーバー）ＳＲとして機能する。
【００２７】
圧力室基板７２には開口部７２２がノズルＮごとに形成される。振動板７３は、圧力室基板７２のうち流路基板７１とは反対側の表面に設置された弾性変形可能な平板材である。圧力室基板７２の各開口部７２２の内側で振動板７３と流路基板７１とに挟まれた空間は、共通液室ＳＲから分岐流路７１４を介して供給されるインクが充填される圧力室（キャビティ）ＳＣとして機能する。各圧力室ＳＣは、流路基板７１の連通流路７１６を介してノズルＮに連通する。圧力室ＳＣと共通液室ＳＲと、これらを連通する分岐流路７１４と、連通流路７１６と、ノズルＮとで構成される空間が、液体吐出ヘッド２６の内部空間ＳＤを構成する。
【００２８】
振動板７３のうち圧力室基板７２とは反対側の表面にはノズルＮごとに圧電素子７４が形成される。各圧電素子７４は、第１電極７４２と第２電極７４６との間に圧電体７４４を介在させた駆動素子である。第１電極７４２および第２電極７４６の一方に駆動信号Ｖが供給され、所定の基準電位ＶＭが他方に供給される。駆動信号Ｖの供給により圧電素子７４が変形することで振動板７３が振動すると、圧力室ＳＣ内の圧力が変動して圧力室ＳＣ内のインクがノズルＮから吐出される。具体的には、駆動信号Ｖの振幅に応じた吐出量のインクがノズルＮから吐出される。図３に例示した１個の吐出部２６６は、圧電素子７４と振動板７３と圧力室ＳＣとノズルＮとを包含する部分である。
【００２９】
なお、第１電極７４２および第２電極７４６のうち基準電位ＶＭが供給される電極を、複数の圧電素子７４にわたる共通電極とすることも可能である。このように、図３の構成では、駆動信号Ｖの供給により圧電素子７４が変形して圧力室ＳＣの圧力を変動させることで、液体吐出ヘッド２６の内部空間ＳＤの圧力が変動し、ノズルＮからインクを吐出させることができる。
【００３０】
ところで、図３に示すように圧力室ＳＣ内の圧力を変動させて圧力室ＳＣ内のインクをノズルＮから吐出する場合、周囲の温度環境によっては、圧力室ＳＣ内のインクが凍結して膨張することがある。このとき、凍結して膨張するインクの逃げ場がないと、インクの膨張を振動板７３の変形だけでは吸収しきれず、圧力室ＳＣの壁面に応力が集中してクラックが発生し、圧力室ＳＣが損傷してしまう虞がある。
【００３１】
このようなインクの凍結に対しては、インクが凍結する前に、ノズルＮから圧力室ＳＣ内に空気を導入させるという対策がある。ノズルＮから圧力室ＳＣ内に空気を導入させることで、凍結して膨張するインクの逃げ場（空気による空間）を形成できる。これにより、圧力室ＳＣ内にクラックが発生することを抑えることができるので、圧力室ＳＣの損傷を抑制できる。ノズルＮから空気を導入するには、例えば一度に大量のインクを高い流速でノズルＮから吐出させて、圧力室ＳＣ内へのインクの供給不足（インクの供給が間に合わない状態）を発生させることによって、ノズルＮから一気に空気を導入させることも可能である。
【００３２】
ところが、一度に大量のインクをノズルＮから吐出させて、インクの供給不足を発生させるようにしたのでは、大量の液体が浪費されてしまう。しかも、ノズルＮ内のメニスカス（ノズルＮ内で大気に露出しているインクの表面）が破壊されるほど、高い流速で大量のインクをノズルＮから吐出させてしまうと、インクを再充填して空気を排出することで印刷可能な状態に復帰させるのに、非常に時間がかかってしまう。また最近では、高速で高画質な印刷に対応するため、短時間でより多くの液体を吐出できるように、高い流速であっても供給不足にならない構造が開発されている。したがって、このような構造の液体吐出ヘッド２６では、高い流速で液体を吐出させても、液体の供給不足になり難く、ノズルから空気を取り入れることが困難になる。
【００３３】
そこで、本実施形態では、圧電素子７４を駆動するために選択可能な複数の動作モードとして、印刷時などに実行される第１モードの他に、インクの供給不足にすることなく、ノズルＮ内のメニスカスを破壊せずにノズルＮから空気が導入され易くする第２モードを設けている。これにより、インクの浪費を大幅に軽減しつつ、インクの凍結による圧力室ＳＣ内のクラックを抑制することができる。
【００３４】
以下、本実施形態に係る動作モードについて説明する。図４は、本実施形態の動作モードを説明するための図である。図４に示すように、本実施形態の動作モードには、印刷時やメンテナンス時などで実行される第１モードと、圧力室ＳＣの損傷を抑制するために実行される第２モードとが含まれる。具体的には第１モードは、圧力室ＳＣ内のインクＤをノズルＮから吐出するための液体吐出波形（安定波形）Ｗ１で圧電素子７４を駆動する動作モードである。第２モードは、ノズルＮから圧力室ＳＣ内に空気を導入するための空気導入波形（不安定波形）Ｗ２で圧電素子７４を駆動する動作モードである。図４に示す第１モードの液体吐出波形Ｗ１と第２モードの空気導入波形Ｗ２はそれぞれ、１周期内の駆動信号ＣＯＭであり、所定の周期ごとに発生する。
【００３５】
図４では、第１モードの液体吐出波形Ｗ１とメニスカスの状態を左側に示し、第２モードの空気導入波形Ｗ２とメニスカスの状態を右側に示している。液体吐出波形Ｗ１と空気導入波形Ｗ２とは、ノズルＮ内のメニスカスをノズルＮの開口部（ノズルＮが吐出される開口部）Ｎｈ側に押し出すことによって、ノズルＮからインクＤを押し出すための第１波形Ｗｍと、ノズルＮ内のメニスカスを圧力室ＳＣ側に引き込むことによって、ノズルＮ内にインクＤを引き込んで引きちぎるための第２波形Ｗｄを備える。第１波形Ｗｍでは、基準電位ＶＭから電位ＶＬ１まで遷移して、電位ＶＬ１が一定時間保持された後、電位ＶＬ１から電位ＶＨ１まで遷移して、電位ＶＬ２が一定時間保持される。このような第１波形Ｗｍによれば、基準電位ＶＭから電位ＶＬ１まで遷移することで、ノズルＮ内のメニスカスが圧力室ＳＣ側にいったん引き込まれる。その後に、電位ＶＬ１から電位ＶＨ１まで遷移することで、ノズルＮ内のメニスカスがノズルＮの開口部Ｎｈ側に一気に動いて、ノズルＮの開口部ＮｈからインクＤが押し出される。
【００３６】
第２波形Ｗｄによって、ノズルＮの開口部Ｎｈから押し出されたインクＤを引きちぎることによって、ノズルＮの開口部ＮｈからインクＤが液滴として吐出される。図４では、第２波形ＷｄによってインクＤを引きちぎるときのメニスカスの状態を示している。具体的には、液体吐出波形Ｗ１の第２波形Ｗｄは、電位ＶＨ１から電位ＶＨ２に遷移し、電位ＶＨ２が一定時間保持される。その後は、電位ＶＨ２から電位ＶＬ２に遷移し、電位ＶＬ２が一定時間保持された後に、電位ＶＬ２から基準電位ＶＭに遷移する。このような第２波形Ｗｄによれば、電位ＶＨ１から電位ＶＨ２まで遷移することで、ノズルＮ内のメニスカスが圧力室ＳＣ側に引き込まれて、ノズルＮの開口部Ｎｈから押し出されたインクＤを引きちぎることができる（図４の左側のメニスカスの状態）。
【００３７】
このように、ノズルＮの開口部Ｎｈから押し出されたインクＤを引きちぎるときには、メニスカスが圧力室ＳＣ側に大きく振動するほど、メニスカスが不安定になって、図４の右側のメニスカスの状態のように空気（気泡Ｂｕ）がノズルＮ内に取り込まれ易くなってしまう。本実施形態ではこの現象を利用してノズルＮ内に積極的に空気を導入する。
【００３８】
印刷時などで実行される第１モードでは、メニスカスが圧力室ＳＣ側へ大きく振動しないようにメニスカスを安定させることによって、ノズルＮから空気（気泡Ｂｕ）が取り込まれないようにすることが大切になる。これに対して、本実施形態の第２モードでは、メニスカスを圧力室ＳＣ側へ大きく振動させて、メニスカスを不安定にさせることによって、ノズルＮから空気（気泡Ｂｕ）が取り込まれ易くする。
【００３９】
具体的には、本実施形態の第２モードの空気導入波形Ｗ２は、ノズルＮ内のメニスカスを、液体吐出波形Ｗ１よりも圧力室ＳＣ側に大きく振動させる波形である。本実施形態では、図４に示すように、空気導入波形Ｗ２の第２波形Ｗｄにおいて、液体吐出波形Ｗ１の電位ＶＨ２よりも低い電位ＶＨ２’とし、電位ＶＬ２よりも低い電位ＶＬ２’とすることで、電位ＶＨ１から電位を下げる際の電位ＶＨ１との電位差を大きくすることができる。これによれば、液体吐出波形Ｗ１の電位ＶＨ１と電位ＶＨ２との電位差よりも、電位ＶＨ１と電位ＶＨ２’との電位差の方が大きくなるから、ノズルＮの開口部Ｎｈから押し出されたインクＤを引きちぎるときのノズルＮ内のメニスカスを、液体吐出波形Ｗ１よりも圧力室ＳＣ側へ大きく振動させることができる。すなわち、液体吐出波形Ｗ２は、ノズルＮ内のメニスカスの圧力室ＳＣ側への引き込みを、液体吐出波形Ｗ１よりも大きくすることができる。図４に示すように、第１モードの場合のメニスカスの位置をｈ１とすると、第２モードのメニスカスの位置ｈ２は、ｈ１よりも大きく圧力室ＳＣ側に引き込まれた位置である。これにより、第２モードのメニスカスは、第１モードのメニスカスよりも不安定になり、ノズルＮから空気（気泡Ｂｕ）が取り込まれ易くなる。
【００４０】
このような本実施形態の第２モードの空気導入波形Ｗ２によれば、少ないインクＤの吐出でもメニスカスが圧力室ＳＣ側に大きく引き込まれる。このため、インクＤの供給不足にすることなく、ノズルＮ内のメニスカスを破壊せずにノズルＮから空気が導入され易くすることができる。したがって、第２モードによって空気を導入する際のインクＤの浪費を大幅に軽減することができる。第２モードを実行には、少量ではあるものの、インクＤの吐出を伴うため、非印字領域Ｈにキャリッジ２４を移動させて、キャップ３２２で吐出面２６０のノズルＮを封止して実行することが好ましい。ただし、本実施形態の第２モードでは、インクＤの吐出量が少ないので、キャップ３２２で吐出面２６０のノズルＮを封止せずに、キャップ３２２上で実施することも可能である。また、フラッシング用のボックス（図示略）を備える場合には、そのフラッシング用のボックスの上で第２モードを実行してもよい。
【００４１】
また、第２モードの実行後には、圧力室ＳＣ内に空気が含まれるので、次に印刷を行う前には、空気を排出する必要がある。例えば非印字領域Ｈにキャリッジ２４を移動させて、液体吐出ヘッド２６のクリーニング処理やフラッシング処理を実行することで、空気を排出してもよい。これにより、印刷可能な状態への復帰させることができる。本実施形態の第２モードでは、ノズルＮ内のメニスカスを破壊するほど大量のインクＤを排出するわけではないため、印刷可能な状態への復帰にかかる時間も大幅に短縮できる。以上のとおり、本実施形態によれば、インクＤの浪費を大幅に軽減しつつ、インクＤの凍結による圧力室ＳＣの損傷を抑制できる。
【００４２】
なお、制御部５０は、第２モードにおいて、複数の圧電素子７４うちの一部に液体吐出波形Ｗ１を印加して、複数のノズルＮのうちの一部から空気を導入するようにしてもよい。例えば一列に配列する複数のノズルＮの１つ置きに空気を導入することもできる。空気が導入されていない圧力室ＳＣ内のインクの凍結による膨張を、別の圧力室ＳＣ内の空気で対応することによって、圧力室ＳＣの損傷を抑制可能である。また、損傷が発生し易い圧力室ＳＣのみに空気を導入することもできる。このように、複数のノズルＮのうちの一部から空気を導入することで、複数のノズルＮのうちの全部から空気を導入する場合に比較して、インクの浪費を抑えることができる。また、本実施形態では、上述したように空気を導入する際にノズルＮから吐出されるインクを少なくできるので、複数のノズルＮのうちの全部から空気を導入しても、メニスカスを破壊するほど大量のインクを吐出する場合に比較して、全体のインクの浪費を大幅に抑えることができる。
【００４３】
以上説明したとおり、本実施形態の第２モードは、インクの凍結による圧力室ＳＣの損傷を抑制するためのものであるから、製品の移動や搬送をする場合、インクが凍結するような温度環境で使用する場合、長期間印刷しない場合（例えば液体吐出装置１０を使用する業務の休業前や液体吐出装置１０の保管前）などに実施される。例えば使用者による実行指示によって、第２モードが実行される。使用者は、長期間印刷しない場合やインクが凍結するような温度環境で使用する前などに、第２モードを選択して実行指示を行うことができる。これにより、インクの凍結による圧力室ＳＣの損傷を抑制できる。
【００４４】
具体的には図２に示すように、本実施形態の液体吐出装置１０は操作部６０を備え、操作部６０はモード選択部６２を備える。操作部６０は、使用者によって各種の操作が可能な操作パネルであり、複数のボタン（図示略）が設けられている。モード選択部６２には、第２モードを選択するためのボタンが設けられ、使用者はモード選択部６２のボタン操作によって第２モードの実行指示を行うことができる。なお、操作部６０をタッチパネルで構成してもよい。操作部６０をタッチパネルで構成する場合には、複数のボタンはタッチパネルに表示されたボタンである。
【００４５】
検出部５２は、操作部６０のモード選択部６２で選択され実行指示された動作モードを検知する。検出部５２が第２モードの実行指示を検知すると、制御部５０は第２モードの空気導入波形Ｗ２を生成するためのデータをデータテーブルＣから読み取って、駆動信号生成部４０により空気導入波形Ｗ２を生成して駆動部２６２に出力する。これにより、空気導入波形Ｗ２で圧電素子７４が駆動することによって、ノズルＮから空気が導入される。このような構成によれば、使用者の所望のタイミングでノズルＮから空気を導入できるので、圧力室ＳＣ内の損傷を的確に抑制できる。
【００４６】
なお、液体吐出装置１０側で温度を検出して、所定温度以下になったら自動的に第２モードを実行するようにしてもよい。具体的には図１および図２に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッド２６は、温度を検出する温度センサー２８を備える。ただし、温度センサー２８は、液体吐出装置１０のうち、液体吐出ヘッド２６以外の部分に設けてもよい。
【００４７】
検出部５２は、温度センサー２８で温度を検出し、制御部５０は、検出部５２で検出された温度センサー２８からの温度が所定の閾値以下であるか否かを判断する。所定の閾値は、液体吐出装置１０に使用されているインクが凍結する温度よりも若干高い温度で設定することが好ましい。このようにすることで、インクが凍結する温度まで低下する前の適切なタイミングで、圧力室ＳＣの損傷を抑制するための空気をノズルＮから導入しておくことができる。したがって、圧力室ＳＣの損傷を的確に抑制できる。
【００４８】
制御部５０は、温度センサー２８からの温度が所定の閾値以下であると判断した場合には、第２モードの空気導入波形Ｗ２を生成するためのデータをデータテーブルＣから読み取って、駆動信号生成部４０により空気導入波形Ｗ２を生成して駆動部２６２に出力する。これにより、空気導入波形Ｗ２で圧電素子７４が駆動することによって、ノズルＮから空気が導入され、その後にインクが凍結しても、圧力室ＳＣの損傷を抑制できる。
【００４９】
また、本実施形態では、ノズルＮ内のメニスカスを圧力室ＳＣ側に大きく振動させる第２モードの空気導入波形Ｗ２として、図４に示すように第２波形Ｗｄの電位の大きさを変える場合を例示したが、これに限られず、空気導入波形Ｗ２の他の部分の電位、電圧変化勾配、電位の保持時間などを変えるようにしてもよい。
【００５０】
図５は、本実施形態の第２モードの空気導入波形Ｗ２の変形例１〜３を表にしたものである。変形例１は、空気導入波形Ｗ２の第２波形Ｗｄにおいて、液体吐出波形Ｗ１の電位ＶＨ２の大きさは変えずに、ＶＨ２の保持時間を短くしたものである。すなわち、空気導入波形Ｗ２の電位ＶＨ２の保持時間Ｗｔ’は、液体吐出波形Ｗ１の電位ＶＨ２の保持時間Ｗｔよりも短い。このような変形例１の空気導入波形Ｗ２によっても、ノズルＮ内のメニスカスが引き込まれるときに、メニスカスを不安定にさせることができるので、メニスカスを破壊せずにノズルＮから空気（気泡Ｂｕ）が導入され易くなる。
【００５１】
変形例２は、ＶＬ１を基準として、空気導入波形Ｗ２の波形全体の電位を、液体吐出波形Ｗ１の電位よりも大きくしたものである。液体吐出波形Ｗ１は、図５において、点線で示される。したがって、例えば空気導入波形Ｗ２の電位ＶＨ１´は、液体吐出波形Ｗ１の電位ＶＨ１よりも大きいから、空気導入波形Ｗ２の第１波形Ｗｍにおいて、ノズルＮ内のメニスカスが、液体吐出波形Ｗ１よりも大きく押し出される。このため、変形例２の空気導入波形Ｗ２の第２波形Ｗｄにおいて、ノズルＮ内のメニスカスが引き込まれるときに、メニスカスが大きく振動し、メニスカスを不安定にさせることができるので、メニスカスを破壊せずにノズルＮから空気（気泡Ｂｕ）が導入され易くなる。
【００５２】
変形例３は、変形例１の波形と変形例２の波形と図４の右側の波形のそれぞれの特徴を組み合わせたものである。液体吐出波形Ｗ１は、図５において、点線で示される。すなわち、変形例３は、ＶＬ１を基準として、空気導入波形Ｗ２の波形全体の電位を、液体吐出波形Ｗ１の電位よりも大きくしつつ、ＶＨ２‘の保持時間をＶＨ２の保持期間よりも短くし、さらに電位ＶＨ２よりも低い電位ＶＨ２’とし、電位ＶＬ２よりも低い電位ＶＬ２’としたものである。このような変形例３の空気導入波形Ｗ２によっても、ノズルＮ内のメニスカスが引き込まれるときに、メニスカスを不安定にさせることができるので、メニスカスを破壊せずにノズルＮから空気（気泡Ｂｕ）が導入され易くなる。
【００５３】
なお、上述した実施形態において、制御部５０は、空気導入波形Ｗ２を印加した圧力室ＳＣに空気が導入されたか否かを検出し、空気の導入が検出された圧力室ＳＣに対応する圧電素子７４には、空気導入波形Ｗ２の印加を停止するようにしてもよい。圧力室ＳＣに空気が導入されたか否かについては、例えば圧電素子７４に所定の駆動信号（波形）を印加して、検出される残留振動に基づいて制御部５０が判断する。圧力室ＳＣに空気が含まれない場合と含まれる場合とで残留振動が異なるので、残留振動を検出することで、圧力室ＳＣに空気が含まれているか否かを検出できる。このような構成によれば、空気の導入が検出された圧力室ＳＣに対応する圧電素子７４には、空気導入波形Ｗ２の印加を停止するから、空気の導入の際に吐出されるインクの浪費を的確に抑えることができる。
【００５４】
＜変形例＞
以上に例示した態様および実施形態は多様に変形され得る。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示や上述の態様から任意に選択された２以上の態様は、相互に矛盾しない範囲で適宜に併合され得る。
【００５５】
（１）上述した実施形態では、液体吐出ヘッド２６を搭載したキャリッジ２４をＸ方向に沿って反復的に往復させるシリアルヘッドを例示したが、液体吐出ヘッド２６を媒体１２の全幅にわたり配列したラインヘッドにも本発明を適用可能である。
【００５６】
（２）上述した実施形態では、圧力室に機械的な振動を付与する圧電素子を利用した圧電方式の液体吐出ヘッド２６を例示したが、加熱により圧力室の内部に気泡を発生させる発熱素子を利用した熱方式の液体吐出ヘッドを採用することも可能である。
【００５７】
（３）上述した実施形態で例示した液体吐出装置１０は、印刷に専用される機器のほか、ファクシミリ装置やコピー機等の各種の機器に採用され得る。もっとも、本発明の液体吐出装置１０の用途は印刷に限定されない。例えば、色材の溶液を吐出する液体吐出装置は、液晶表示装置のカラーフィルターや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ、ＦＥＤ（面発光ディスプレイ）等を形成する製造装置として利用される。また、導電材料の溶液を吐出する液体吐出装置は、配線基板の配線や電極を形成する製造装置として利用される。また、液体の一種として生体有機物の溶液を吐出するチップ製造装置としても利用される。
【符号の説明】
【００５８】
１０…液体吐出装置、１２…媒体、１４…液体容器、２０…制御ユニット、２０２…制御装置、２０３…記憶装置、２２…搬送機構、２４…キャリッジ、２６…液体吐出ヘッド、２６０…吐出面、２６２…駆動部、２６４…液体吐出部、２６６…吐出部、２８…温度センサー、３０…メンテナンスユニット、３２…キャッピング機構、３２２…キャップ、３４…廃液タンク、４０…駆動信号生成部、５０…制御部、５２…検出部、６０…操作部、６２…モード選択部、７１…流路基板、７１２…開口部、７１４…分岐流路、７１６…連通流路、７２…圧力室基板、７２２…開口部、７３…振動板、７４…圧電素子、７４２…第１電極、７４４…圧電体、７４６…第２電極、７５…支持体、７５４…導入流路、７６…ノズル板、Ｂｕ…気泡、Ｃ…データテーブル、ＣＯＭ…駆動信号、Ｄ…インク、Ｇ…印刷データ、Ｈ…非印字領域、Ｎ…ノズル、Ｎｈ…開口部、ＳＣ…圧力室、ＳＤ…内部空間、ＳＩ…印刷信号、ＳＲ…共通液室、Ｖ…駆動信号、ＶＬ１、ＶＨ１、ＶＬ２、ＶＨ２…電位、ＶＬ２’ＶＨ１’、ＶＨ２’、…電位、ＶＭ…基準電位、Ｗｄ…第２波形、Ｗｍ…第１波形、Ｗｔ、Ｗｔ’…保持時間、Ｗ１…液体吐出波形、Ｗ２…空気導入波形。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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