(57)【要約】【課題】  吐出口近傍でのインク増粘に対し、各吐出口毎の溶媒濃度変化に応じた最小限の溶媒消費で吐出口近傍のインク中の溶媒濃度を保ち、吐出安定性を向上させること。【解決手段】  吐出口５１に連通しアクチュエータ５８が設けられている個別流路部６２と共通流路部６１とを有するインク流路６０と、インク流路６０の個別流路部６２に接続されている溶媒流路７０（７１、７２）と、インク流路６０の個別流路部６２と溶媒流路７０との接続部分に設けられている半透膜７３を備えた。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の吐出口にそれぞれ連通し、アクチュエータがそれぞれ設けられている複数の個別流路部と、複数の前記個別流路部に共通の共通流路部と、を有する第１流路と、
前記第１流路の前記個別流路部に接続されている第２流路と、
前記第１流路の前記個別流路部と前記第２流路との接続部分に設けられている半透膜と、
を備えたことを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記吐出口から吐出される第１液体を、前記第１流路に供給する第１液体供給源と、
前記第１液体に含まれている少なくともひとつの溶媒であって前記半透膜を通過する溶媒を含み、且つ、該溶媒の濃度が前記第１液体よりも高い第２液体を、前記第２流路に供給する第２液体供給源と、
前記第１流路の背圧と前記第２流路の背圧との圧力差を設定する圧力設定手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
【請求項３】
前記圧力設定手段は、前記第１流路の背圧がＰ１であって、前記吐出口から前記溶媒が揮発していない初期状態で前記半透膜により発生する浸透圧がΠ０である場合、前記吐出口から前記溶媒が揮発しない不揮発状態において、前記第２流路の背圧を（Ｐ１−Π０）に設定することを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
【請求項４】
前記圧力設定手段は、前記吐出口から前記溶媒が揮発する揮発状態において、前記第２流路の背圧を前記第１流路の背圧Ｐ１よりも低く且つ前記（Ｐ１−Π０）よりも高く設定することを特徴とする請求項３に記載の液体吐出装置。
【請求項５】
前記圧力設定手段は、前記吐出口の周辺の溶媒蒸気圧の変動に応じて前記第２流路の背圧を変化させることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項６】
前記第１流路の前記個別流路部は、前記アクチュエータが設けられている圧力室と、該圧力室から前記吐出口へ至る吐出口連通路と、を少なくとも含んで構成され、
前記第２流路は、前記吐出口連通路に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の液体吐出装置。
【請求項７】
前記第１流路の前記個別流路部は、前記アクチュエータが設けられている流路部分を少なくとも含んで構成され、
前記第２流路は、前記第１流路の前記個別流路部のうちで前記アクチュエータが設けられている位置から前記吐出口までの間の位置に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクを吐出する液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置において、不吐出を防止する機能を備えたものが各種提供されている。
【０００３】
特許文献１には、液体吐出ヘッドのノズル面（吐出口形成面）に、インクの溶媒を含浸した多孔質体からなる溶媒保持部材を、押し当てるようにしたものが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、液体吐出ヘッドのノズル（吐出口）を、液体吐出ヘッドに隣接して設けた溶媒収容容器に、浸漬するようにしたものが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、ノズルプレートを多孔質体で構成し、この多孔質体を通してノズルにインクを補給するようにしたものが記載されている。
【０００６】
なお、特許文献４、５には、インクタンクにおいて、回収インクとインク溶剤とを半透膜を介して接触させるようにしたものも記載されている。
【特許文献１】特開２００４-１８８６８２号公報
【特許文献２】特開２００６−１３６７７０号公報
【特許文献３】特開２００３−１９１４７０号公報
【特許文献４】特開平９−２９９９５号公報
【特許文献５】特開平９-５８０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の発明では、メンテナンス状態やノズル保存状態などの印刷休止状態でないと、液体吐出ヘッドのノズル面に多孔質体からなる溶媒保持部材を押し当てることができないので、印刷状態では吐出口の乾燥を防げないという問題がある。
【０００８】
特許文献２に記載の発明では、メンテナンス状態やノズル保存状態などの印刷休止状態でないと、液体吐出ヘッドのノズルを溶媒容器に浸漬することができないので、特許文献１に記載の発明と同様に、印刷状態では吐出口の乾燥を防げないという問題がある。
【０００９】
特許文献３に記載の発明では、多孔質体からなるノズルプレートにインクが供給されると、各ノズル毎のインクの増粘状態や各ノズル毎の駆動状態に関係なくノズルにインクが供給されることになるので、確かに、過剰にインクを供給すれば全ノズルにおいてインク濃度が保たれるが、供給インク量が過剰になってしまうという問題がある。また、インクの代わりに溶媒を多孔質体からなるノズルプレートに供給するようにした場合には、ノズルのインク濃度が所望の濃度よりも薄くなってしまうという問題がある。
【００１０】
なお、特許文献４、５に記載の発明は、インクタンク内でインクの濃度を設定できても、液体吐出ヘッドのノズルで局所的に起きるインク増粘現象に対しては効果を期待できない。したがって、従来行われているように、液体吐出ヘッド内のインクをいわゆるパージなどで捨てることにより、ノズルの不吐出を防ぐことになる。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、吐出口近傍でのインク増粘に対し、各吐出口毎の溶媒濃度変化に応じた最小限の溶媒消費で吐出口近傍のインク中の溶媒濃度を保ち、吐出安定性を向上させることができる液体吐出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、複数の吐出口にそれぞれ連通し、アクチュエータがそれぞれ設けられている複数の個別流路部と、複数の前記個別流路部に共通の共通流路部と、を有する第１流路と、前記第１流路の前記個別流路部に接続されている第２流路と、前記第１流路の前記個別流路部と前記第２流路との接続部分に設けられている半透膜と、を備えたことを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記吐出口から吐出される第１液体を、前記第１流路に供給する第１液体供給源と、前記第１液体に含まれている少なくともひとつの溶媒であって前記半透膜を通過する溶媒を含み、且つ、該溶媒の濃度が前記第１液体よりも高い第２液体を、前記第２流路に供給する第２液体供給源と、前記第１流路の背圧と前記第２流路の背圧との圧力差を設定する圧力設定手段と、を備えたことを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記圧力設定手段は、前記第１流路の背圧がＰ１であって、前記吐出口から前記溶媒が揮発していない初期状態で前記半透膜により発生する浸透圧がΠ０である場合、前記吐出口から前記溶媒が揮発しない不揮発状態において、前記第２流路の背圧を（Ｐ１−Π０）に設定することを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記圧力設定手段は、前記吐出口から前記溶媒が揮発する揮発状態において、前記第２流路の背圧を前記第１流路の背圧Ｐ１よりも低く且つ前記（Ｐ１−Π０）よりも高く設定することを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項２乃至４の何れか１項に記載の発明において、前記圧力設定手段は、前記吐出口の周辺の溶媒蒸気圧の変動に応じて前記第２流路の背圧を変化させることを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の発明において、前記第１流路の前記個別流路部は、前記アクチュエータが設けられている圧力室と、該圧力室から前記吐出口へ至る吐出口連通路と、を少なくとも含んで構成され、前記第２流路は、前記吐出口連通路に接続されていることを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか１項に記載の発明において、前記第１流路の前記個別流路部は、前記アクチュエータが設けられている流路部分を少なくとも含んで構成され、前記第２流路は、前記第１流路の前記個別流路部のうちで前記アクチュエータが設けられている位置から前記吐出口までの間の位置に接続されていることを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、吐出口近傍でのインク増粘に対し、各吐出口毎の溶媒濃度変化に応じた最小限の溶媒消費で吐出口近傍のインク中の溶媒濃度を保ち、吐出安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
【００２１】
まず、本発明で使用する浸透圧について、述べる。
【００２２】
浸透圧は、小さな分子だけを透過する半透膜（「浸透膜」ともいう）を介して、溶媒濃度の高い液体から溶媒濃度の低い液体へ、溶媒が移動するように働く圧力である。
【００２３】
例えば、水槽内に、溶媒は自由に通すが溶質を通さない半透膜を固定し、膜の一方の面に接して溶媒及び溶質からなる溶液、他方の面に接して溶媒のみを置くと、溶媒の一部が半透膜を通って溶液中に浸透し、半透膜の両面で圧力の関係は平衡に達する。このときの半透膜の両側での圧力差が浸透圧である。浸透圧によって溶媒の移動が起きる。
【００２４】
溶液のモル濃度をＣ、絶対温度をＴ、気体定数をＲとすると、浸透圧Πは、次の数１に示すファント・ホッフの式で表されることが、知られている。
【００２５】
［数１］
Π＝ＣＲＴ  
例えば、２５℃の０．６kmol/m3の溶質濃度の水溶液では、浸透圧は２．４メガパスカル（略２４気圧）にもなる。
【００２６】
このような半透膜としては、古くから、フェロシアン化銅の沈澱膜、コロジオン膜、膀胱膜がよく知られているが、工業的に扱いやすい再生セルロース(セロハン)、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、テフロン（登録商標）がよく用いられている。さらに、膜の強度を保つためにこれらを組み合わせたものも用いられる。例えば、芳香族ポリアミドとポリビニルアルコール、芳香族ポリアミドとポリスルホンの組合せなどである。なお、本発明に用いる好ましい半透膜の具体例についは、後述する。
【００２７】
次ぎに、本明細書で使用する「背圧」という用語について、説明する。
【００２８】
流路の「背圧」という場合、流路内の液体（溶液又は溶媒）の圧力であって、その流路の外部から与えられる圧力をいう。
【００２９】
なお、大気圧を基準として、これよりも低いものを「負圧」と称する。例えば、図３において、圧力Ｐａよりも、圧力Ｐｂ、圧力Ｐｃの方が低く、圧力Ｐｂから圧力Ｐｃの状態に変更することを、圧力を下げる、と表現する。
【００３０】
ところで、液体吐出ヘッド（以下単に「ヘッド」という）において、インクを吐出するために例えばピエゾ等の圧電素子や発熱体（電気熱変換素子）によって構成されたアクチュエータを駆動して、吐出口に連通している圧力室に圧力を加えることにより、吐出口からインクを吐出するが、その際の圧力変化は大変高速の現象である。例えば、１つの圧力室において、最高毎秒２万回も行われる。
【００３１】
その一方で、本明細書における「背圧」は、通常はほぼ一定値に保たれる圧力であり、意図的に変化させる例でも、変化に要する時間は、早くても０．１秒程度のものであって、上記の吐出における圧力変化とは別のものである。
【００３２】
また、本明細書で後述する「背圧」は非吐出中における流路内の液体の圧力である。なお、圧電素子をアクチュエータとして用いたヘッドでは、非吐出中に吐出口近傍の増粘を抑えるために、メニスカスゆらしと呼ばれる、インクが吐出しない程度の微振動をインクに与える場合があるが、このような微振動中では、平均圧力を「背圧」とする。
【００３３】
次に、本明細書で使用する「揮発」という用語について、説明する。
【００３４】
溶媒の「揮発」という場合、ヘッドを使用する環境温度における溶媒の気化をいう。
【００３５】
なお、水の気化は、一般に「蒸発」と呼ばれるが、以下では、溶媒が水か否かに関わらず、「揮発」といい、揮発性溶媒には水を含む。また、ヘッドを使用する環境温度は、いわゆる常温（一般に１５℃〜２５℃）には、特に限定されない。
【００３６】
以下、本発明に係る液体吐出装置について、各種の実施形態に分けて、説明する。
【００３７】
［第１実施形態］
図１は、本発明に係る液体吐出装置１０の要部を概念的に示す平面透視図である。また、図２は、図１の２−２線に沿った断面図である。
【００３８】
図１において、インク供給源３１は、インクを貯留するタンク（例えばサブタンク）によって構成されており、後述の液体吐出ヘッド５０ａ（以下単に「ヘッド」という）のインク流路６０（６１、６２）にインクを供給する。インクは、大気雰囲気において揮発する水などの揮発性の溶媒（以下単に「溶媒」という）と、色材などの溶質とを含む。インク供給源３１内のインクはヘッド５０ａからの吐出に適した溶媒濃度に設定されている。溶媒供給源３２は、溶媒を貯留するタンクによって構成されており、インク中に含まれている溶媒のみを後述のヘッド５０ａの溶媒流路７０（７１、７２）に溶媒を供給する。インク流路圧力源３３は、ヘッド５０ａ内の後述するインク流路６０（６１、６２）の背圧を設定する。溶媒流路圧力源３４は、ヘッド５０ａ内の後述する溶媒流路７０（７１、７２）の背圧を設定する。インク流路圧力源３３および溶媒流路圧力源３４の例としては、ポンプ、高低差（水頭差）を利用した圧力源、ピストンを用いた圧力源などが挙げられる。インク流路背圧検知部３５は、公知の圧力センサからなり、ヘッド５０ａ内の後述するインク流路６０（６１、６２）の背圧を検知する。溶媒流路背圧検知部３６は、公知の圧力センサからなり、ヘッド５０ａ内の後述する溶媒流路７０（７１、７２）の背圧を検知する。
【００３９】
本実施形態におけるヘッド５０ａは、図１に示すようにインク供給源３１に連通しているインク共通流路６１と、図２に示すようにインク共通流路６１に対して絞り５３、圧力室５２、吐出口連通路５１２および吐出口５１（「ノズル」ともいう）の順で連通しているインク個別流路６２と、アクチュエータ（図２の５８）とを含んで構成されている。インク共通流路６１およびインク個別流路６２によって、インク流路６０が構成されている。アクチュエータ（図２の５８）は、圧電素子、発熱体（電気熱変換素子）、静電アクチュエータなど公知のものが用いられる。アクチュエータ５８によって圧力室５２の容積を変化させることにより、あるいは、インク中の水分を気化して気泡を発生させる事により、吐出口５１からインクが吐出される。吐出口連通路５１２は、圧力室５２と吐出口５１との間に配置されている流路部分である。絞り５３、圧力室５２、吐出口連通路５１２、吐出口５１およびアクチュエータ５８が一組となって液体吐出素子が構成されており、複数の液体吐出素子によってヘッド５０ａが構成されている。吐出口５１の配列は、図１では図示の便宜上、１次元配列で描かれているが、本例では、吐出口５１の配列は２次元マトリックス状である。なお、本発明において、吐出口５１の配列は特に限定されず、直線状、千鳥状など、公知の他の配列であってもよい。
【００４０】
また、ヘッド５０ａには、溶媒供給源３２に連通している溶媒共通流路７１と、溶媒共通流路７１から各液体吐出素子の吐出口連通路５１２まで至る溶媒個別流路７２とが形成されている。溶媒共通流路７１および溶媒個別流路７２によって、インク流路６０とは分離された溶媒流路７０が構成されている。
【００４１】
なお、本例の溶媒個別流路７２は、インク個別流路６２のうちで吐出口連通路５１２に接続されているが、本発明において溶媒個別流路７２とインク個別流路６２との接続点は吐出口連通路５１２に特に限定されず、例えば圧力室５２に溶媒個別流路７２が接続されている場合を含む。
【００４２】
溶媒供給源３２から供給される溶媒としては、例えば、インク供給源３１からヘッド５０ａへ供給されるインク（すなわち吐出口５１から吐出されるインク）中に溶解及び分散している物質（固形粒子、イオン、気体など）が除去された純度が１００％近傍の純粋な溶媒が用いられる。
【００４３】
インク中の主たる溶媒（第１の溶媒）が純粋な状態では粘度が高いなどの理由で単独では溶媒流路７０に流せない場合には、インク中の従たる溶媒（第２の溶媒）であって大気雰囲気中で揮発し難い溶媒と混合して、溶媒流路７０へ供給する。例えば、第１の溶媒の濃度をインク中の第１の溶媒の濃度よりも高く、且つ、第２の溶媒の濃度をインク中の第２の溶媒の濃度と等しくして、第１の溶媒および第２の溶媒を含む液体を溶媒流路７０へ供給する。
【００４４】
インク個別流路６２と溶媒個別流路７２との境界には、インク供給源３１から供給されるインクに含まれている少なくともひとつの溶媒を透過する一方で、インクに含まれている当該溶媒以外の所定の成分（具体的には色材などの溶質）を透過しない性質を有する半透膜７３が設けられている。すなわち、溶媒個別流路７２は、半透膜７３を介して、吐出口５１の近傍で、インク個別流路６２に接続されている。
【００４５】
半透膜７３の材料としては、再生セルロース(セロハン)、ポリアクリロニトリル、酢酸セルロース、芳香族ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリスルホン、テフロン（登録商標）等の半透膜、および、これらを組み合わせたものが好適である。特に、強度の高い、芳香族ポリアミドとポリビニルアルコールの組み合わせ、または、芳香族ポリアミドとポリスルホンの組合せが好ましい。
【００４６】
図１に示したインク流路圧力源３３、溶媒流路圧力源３４、インク流路背圧検知部３５、溶媒流路背圧検知部３６および制御部３８によって、インク流路６０の背圧と溶媒流路７０の背圧との圧力差を設定する圧力設定手段が構成されている。
【００４７】
制御部３８は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路を含んで構成されている。制御部３８は、インク流路背圧検知部３５によって検知されるインク流路６０の背圧に基づいて、インク流路圧力源３３を用いてインク流路６０の背圧を設定する。また、制御部３８は、インク流路背圧検知部３５によって検知されるインク流路６０の背圧および溶媒流路背圧検知部３６によって検知される溶媒流路７０の背圧に基づいて、溶媒流路圧力源３４を用いることにより（あるいはインク流路圧力源３３および溶媒流路圧力源３４の両方を用いることにより）、インク流路６０の背圧と溶媒流路７０の背圧との圧力差を設定する。なお、制御部３８による圧力設定態様には各種あり、これらの各種の圧力設定態様については、後に詳説する。
【００４８】
図２において、ヘッド５０ａは、吐出口５１が形成されている吐出口プレート４１と、吐出口プレート４１に固着されており、吐出口連通路５１２が形成されている吐出口連通路プレート４２と、吐出口連通路プレート４２に固着されており、圧力室５２、絞り５３およびインク共通流路６１が形成されている圧力室プレート４３と、圧力室プレート４３に固着されており、圧力室５２の天面を構成している振動板４４と、振動板４４上の圧力室５２に対応する位置に固着されているアクチュエータ５８とを含んで構成されている。また、本例では、吐出口連通路プレート４２は、溶媒流路７０（溶媒共通流路７１および溶媒個別流路７２）が形成されている溶媒流路プレート４２１と、圧力室５２の底面を構成している圧力室底面プレート４２２とによって構成されている。このように、溶媒個別流路７２は、吐出口５１が形成されている吐出口プレート４１に最も近いプレートに形成され、吐出口プレート４１に形成されている吐出口５１の近傍に半透膜７３が配置されていることが、好ましい。
【００４９】
次に、半透膜７３を用いて吐出口５１近傍のインク中に含まれる溶媒の濃度（溶媒濃度）を一定に保つ圧力設定の各種態様について、説明する。
【００５０】
なお、各種態様においても、前述したように液体吐出装置１０は、インク流路６０と、インク流路６０の個別流路部であるインク個別流路６２に接続されている溶媒流路７０と、インク個別流路６２と溶媒流路７０との接続部分に設けられている半透膜７３を備えている。また、液体吐出装置１０は、吐出口５１から吐出されるインクをインク流路６０に供給する第１の液体供給源（インク供給源３１）と、インクに含まれている少なくともひとつの溶媒であって半透膜７３を通過する溶媒を含み、且つ、当該溶媒の濃度がインクよりも高い液体を溶媒流路７０に供給する第２の液体供給源（溶媒供給源３２）と、インク流路６０の背圧と溶媒流路７０の背圧との圧力差を設定する圧力設定手段（３３、３４、３５、３６、３８）を備えている。
【００５１】
また、以下では、インク流路６０内のインクの圧力は、その共通流路部（インク共通流路６１）と個別流路部（インク個別流路６２）とで等しく、また、溶媒流路７０内の溶媒の圧力は、その共通流路部（溶媒共通流路７１）と個別流路部（溶媒個別流路７２）とで等しいものとして、説明する。また、以下では、インク個別流路６２を「第１の流路」といい、溶媒個別流路７２を「第２の流路」ということもある。また、吐出口５１からインク中の溶媒（例えば水）が揮発する状態を「揮発状態」といい、吐出口５１からインク中の溶媒（例えば水）が揮発しない状態を「不揮発状態」という。
【００５２】
図４（Ａ）は、吐出口５１からインク中の溶媒がまだ揮発していないフレッシュな状態（以下「初期状態」という）を、ヘッド構造を単純化して、表現している。このような初期状態、すなわち吐出口５１近傍のインクの溶媒濃度が初期値である状態では、次の数２に示すように、第１の流路６２の背圧Ｐ１と、吐出口５１におけるメニスカスの表面張力ＳＴとが、釣り合っている。
【００５３】
［数２］
Ｐ１＝ＳＴ
また、次の数３に示すように、第２の流路７２の背圧Ｐ２は、浸透圧Π０だけ、第１の流路６２の背圧Ｐ１よりも低く設定する。
【００５４】
［数３］
Ｐ２＋Π０＝Ｐ１
ここで、Π０は、吐出口５１からインク中の溶媒がまだ揮発していない初期状態で、半透膜７３により発生する浸透圧である。
【００５５】
このような数３に示す状態では、第１の流路６２の背圧Ｐ１と、第２の流路７２の背圧Ｐ２および浸透圧Π０の和（Ｐ２＋Π０）とが、等しいので、半透膜７３を通じた溶媒の移動は起こらない。
【００５６】
図４（Ｂ）は、揮発状態を、ヘッド構造を単純化して、表現している。このような揮発状態、すなわち、図４（Ｂ）の矢印３０１に示す溶媒揮発に因り吐出口５１近傍のインクの溶媒濃度が初期値から低下した状態では、次の数４に示すように、浸透圧が大きくなってΠ０からΠ１（Π０＜Π１）になる。
【００５７】
［数４］
Ｐ２＋Π１＞Ｐ１
このような数４に示す状態では、第１の流路６２の背圧Ｐ１が、第２の流路７２の背圧Ｐ２及び浸透圧Π１の和（Ｐ２＋Π１）よりも低くなるので、図４（Ｂ）の矢印３０２に示すように、半透膜７３を通過して第２の流路７２から第１の流路６２へ溶媒が移動する。そして、前述の数３に示すような圧力がバランスした状態になったとき、溶媒の移動が止まる。結果として、吐出口５１近傍のインクの溶媒濃度がほぼ一定に保たれる。
【００５８】
以上のような態様（第１の圧力設定態様）では、要するに、不揮発状態及び揮発状態の両状態において、第２の流路７２の背圧Ｐ２を第１の流路６２の背圧Ｐ１よりも未揮発状態（初期状態）における浸透圧Π０だけ低い圧力（Ｐ１―Π０）に設定する。
【００５９】
このような圧力設定は、図１の２つの背圧検知部（インク流路背圧検知部３５、溶媒流路背圧検知部３６）によってそれぞれ検知された第１の流路６２の背圧および第２の流路７２の背圧に基づいて、図１の制御部３８が溶媒流路圧力源３４（またはインク流路圧力源３３および溶媒流路圧力源３４の両方）を用いて第１の流路６２の背圧と第２の流路７２の背圧との圧力差をΠ０に設定することにより行われる。
【００６０】
以上説明した第１の圧力設定態様に本発明は特に限定されない。揮発状態での第２の流路７２の背圧を、第１の流路６１の背圧Ｐ１よりも低く且つ前記（Ｐ１―Π０）よりも高く設定するようにしてもよい。このような態様（第２の圧力設定態様）について、以下説明する。
【００６１】
前述の数１に示されるように、基本的には、浸透圧Πは、半透膜７３の組成及び厚みにはよらないが、溶媒が半透膜７３を通過する速さは、これらの影響を受ける。簡単に説明すると、半透膜７３はなるべく薄い方がよいが、製造上の限界や強度の点で、ある程度の厚みが必要である。しかし、厚い半透膜７３では溶媒が透過するのに時間がかかる。そこで、溶媒が半透膜７３を透過する時間を考慮して、吐出口５１近傍で溶媒の揮発が始まったとき、溶媒が半透膜７３を透過して移動し易いように、第２の流路７２の背圧を初期状態での第２の流路７２の背圧Ｐ２（＝Ｐ１―Π０）よりもやや高めに設定する(負圧としては絶対値が小さくなる)。
【００６２】
このような第２の圧力設定態様における揮発状態での第２の流路７２の背圧Ｐ２’と第１の流路６２の背圧Ｐ１との圧力関係を、次の数５に示す。
【００６３】
［数５］
Ｐ２’＋Π０＞Ｐ１
すなわち、不揮発状態での第２の流路７２の背圧Ｐ２を、前述の数３を用いて説明したように第１の流路６２の背圧Ｐ１よりも初期状態の浸透圧Π０だけ低い圧力（Ｐ１−Π０）に設定する一方で、揮発状態での第２の流路７２の背圧Ｐ２’を、第１の流路６２の背圧Ｐ１よりも低く且つ（Ｐ１−Π０）よりも高く設定する。
【００６４】
数５に示すように圧力を設定した場合でも、揮発状態において、第１の流路６２の背圧Ｐ１が第２の流路７２の背圧Ｐ２’と実際の浸透圧Π２との和（Ｐ２’＋Π２）よりも低くなるので、半透膜７３を介して第２の流路７２から第１の流路６２へ溶媒が移動する。
【００６５】
このような圧力設定は、図１の２つの背圧検知部（インク流路背圧検知部３５、溶媒流路背圧検知部３６）によってそれぞれ検知された第１の流路６２の背圧および第２の流路７２の背圧に基づいて、図１の制御部３８が溶媒流路圧力源３４（またはインク流路圧力源３３および溶媒流路圧力源３４の両方）を用いて第１の流路６２の背圧と第２の流路７２の背圧との圧力差を設定することにより行われる。
【００６６】
半透膜７３を溶媒が通過する速度だけでなく、さらに、吐出口５１のメニスカスから半透膜７３まで至る溶媒の濃度勾配を考慮して、第２の流路７２の背圧を設定してもよい。このような圧力設定態様（第３の圧力設定態様）について、以下説明する。
【００６７】
図５（Ａ）において、インク中の溶媒の移動速度は有限なので、吐出口５１から定常的に溶媒が揮発していると、吐出口５１のメニスカスから半透膜７３まで、インク中の溶媒濃度に勾配が生じる。図５（Ｂ）は、初期の溶媒濃度を示す直線４１０に対して、第１の曲線４１１、第２の曲線４１２、第３の曲線４１３の順で、時系列に、インク中の溶媒濃度の勾配が変化していく様子を示している。なお、図５（Ｂ）において、横軸は、図５（Ａ）に示す吐出口５１のメニスカスから半透膜７３まで至る曲線４０１上の位置を吐出口５１のメニスカスを「０」として示し、縦軸はその曲線４０１上の各位置における溶媒濃度を示す。このような濃度勾配が生じる結果、吐出口５１のメニスカスのインクは溶媒濃度が低下して高粘度化してしまう。
【００６８】
そこで、溶媒濃度勾配の分も勘案して、揮発状態における第２の流路７２の背圧を前記のＰ２’よりもさらに高く設定する (負圧としては絶対値が小さくなる)。このような第３の圧力設定態様における揮発状態での第２の流路７２の背圧Ｐ２”と第１の流路６２の背圧Ｐ１との圧力関係を、次の数６に示す。
【００６９】
［数６］
Ｐ２”＋Π０＞Ｐ１
すなわち、不揮発状態での第２の流路７２の背圧Ｐ２は、前述の数３を用いて説明したように第１の流路６２の背圧Ｐ１よりも初期状態の浸透圧Π０だけ低い圧力（Ｐ１−Π０）に設定する一方で、揮発状態での第２の流路７２の背圧はＰ２”を、第１の流路６２の背圧Ｐ１よりも低く且つ前記Ｐ２’よりも高く設定する（Ｐ２”＞Ｐ２’）。
【００７０】
これにより、図５（Ｃ）の溶媒濃度勾配曲線４２０のように、半透膜７３よりも吐出口５１に近い位置（具体的には吐出口連通路５１２など）におけるインクの溶媒濃度を、初期の溶媒濃度４１０よりもやや高めにし、吐出口５１のメニスカスの粘度を多少下げる効果がある。また、吐出口５１の直近の位置におけるインクの平均濃度を正常値（初期値、設計値）に保つ事が可能である。
【００７１】
なお、数６に示す状態は、吐出口５１からの溶媒の揮発と第２の流路７２からの溶媒の供給がバランスした状態である。よって、ヘッド５０ａの吐出口面にキャップをした場合など、吐出口５１からインク中の溶媒が揮発しない不揮発状態では、Ｐ２”をＰ２（＝Ｐ１−Π０）に戻す制御をする。これを模式的に書くと図６のようになる。図６において、Ｐ２は、キャップをした状態（不揮発状態）の第２の流路７２の背圧であり、Ｐ２”は、キャップをしていない状態（揮発状態）の第２の流路７２の背圧である。
【００７２】
ところで、溶媒濃度は、インクの組成、半透膜の組成及び厚み、各流路の背圧、並びに、吐出口５１の大きさ、によって決まる。ここで、まず、インク吐出の特性を決定すると、インクの組成（溶媒と溶質の割合、インクの粘性、表面張力等が定まる）、第１の流路６２の背圧（吐出口５１からインクが漏れるのを防ぐため、一般には、−１０〜−５０ｍｍＨ２Ｏ程度の負圧にする）、及び、吐出口５１の大きさ(例えば１５〜２５μｍであり、吐出するインク滴の大きさ、速度に影響する)は、ある望ましい値に定まる。したがって、半透膜７３の組成及び厚みと、第２の流路７２の背圧が、変更可能なパラメータであり、これらの変更可能パラメータの内、ヘッド５０ａを使用中に動的に変えることができるのは、第２の流路７２の背圧である。よって、第２流路７２の背圧を、図６に示すように制御することで、吐出口５１近傍のインク中の溶媒濃度をほぼ一定に保つ事ができる。
【００７３】
以上説明した様に、図１に示す構成において、吐出口５１からインク中の溶媒が揮発して、吐出口５１近傍のインクが高粘度化すると（すなわち溶媒濃度が低くなると）、インク中の溶媒分圧が低下して、半透膜７３を挟んで、第１の流路６２と第２の流路７２との間に溶媒の分圧差が生じる。その結果、半透膜７３を介して、第２の流路７２から第１の流路６２に溶媒の分子が移動し、吐出口５１近傍のインク中の溶媒濃度を一定に保つ。つまり、吐出口５１近傍でのインク増粘に対し、各吐出口５１毎の溶媒濃度変化に応じた最小限の溶媒消費で吐出口５１近傍のインク中の溶媒濃度を一定に保ち、吐出安定性を向上させることができる。
【００７４】
なお、長期保存後など、吐出口５１部分にキャップをしていても吐出口５１部分のインクが多少高粘化してしまうような条件では、再使用の前に第２の流路７２の背圧を（Ｐ１−Π０）よりも高めに設定する(負圧としては絶対値が小さくなる)。こうすると、増粘が進んだ状態でも、吐出口５１近傍のインクを低粘化させ、メンテナンスを容易にする事ができる。
【００７５】
以上、第２の流路７２に、インク中の溶媒のみが流れる場合を例に説明したが、本発明にこのような場合に限定されず、第２の流路７２に流れる液体が、吐出口５１から吐出されるインク（第１液体）に含まれている少なくともひとつの溶媒（吐出口５１から揮発する溶媒である）を含み、且つ、当該溶媒の濃度がインク（第１液体）よりも高い第２液体である場合には、本発明の特有の効果を得られる。
【００７６】
次に、半透膜７３の形成方法の一例について、説明する。この方法は、特に、薄い半透膜７３を作る場合に有効である。
【００７７】
まず、図７（Ａ）に示すように、吐出口プレート４１と吐出口連通路プレート４２（溶媒流路プレート４２１および圧力室底面プレート４２２）とを互いに接合する。なお、吐出口連通路５１２に面した溶媒個別流路７２には、半透膜７３を形成するための半透膜形成用基板７４を作成しておく。半透膜形成用基板７４は、溶媒個別流路７２が吐出口連通路５１２に接続される部分に形成される。このような半透膜形成用基板７４は、ホトリソグラフィの技術を用いて形成できる。
【００７８】
なお、溶媒個別流路７２が吐出口連通路５１２を取り囲むようにドーナツ状に形成される場合は、半透膜形成用基板７４は、吐出口連通路５１２を取り囲むドーナツ状の形状をしている。このような形状は、半透膜７３の有効面積が大きくなるので望ましい構成である。
【００７９】
次に、図７（Ｂ）に示すように、吐出口連通路５１２に面した半透膜形成用基板７４の表面に樹脂成分を塗布して半透膜７３としての薄膜を形成し、乾燥させる。その後、半透膜形成用基板７４を除去する。そうすると、図７（Ｃ）に示すように、吐出口５１及び吐出口連通路５１２及び溶媒個別流路７２を有し、溶媒個別流路７２と吐出口連通路５１２との境界に半透膜７３を有する構造体４１２が形成される。なお、半透膜形成用基板７４は、水溶性の樹脂や、特定の酸、アルカリ等で溶解する樹脂、金属等を用いることで容易に除去可能である。
【００８０】
その後、図７（Ｃ）の構造体４１２を、圧力室プレート（図２の４３）と接合する。
【００８１】
圧力室プレート（図２の４３）に、吐出口連通路プレート４２及び吐出口プレート４１を接合した後に、半透膜７３を形成するようにしてもよい。
【００８２】
なお、形成する半透膜７３が比較的厚くてもよい場合は、図７（Ａ）の半透膜形成用基板７４を半透膜７３の材質で形成してもよい。ただ、半透膜７３を溶媒が移動する時間を短くするために半透膜７３は薄くすることが好ましく、また、半透膜７３の部分的な欠けの発生を防ぐこと、半透膜７３と流路壁の密着を良くすることを考慮すると、図７（Ａ）〜（Ｃ）に示した形成方法によって半透膜７３を形成することが、望ましい。
【００８３】
［第２実施形態］
図８は、第２実施形態に係る液体吐出装置の要部としてのヘッド５０ｂを示す断面図である。この断面図は、図１の２−２線に沿った断面を図示している。なお、図８において、図１及び図２に示した第１実施形態におけるヘッド５０ａの構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してあり、既に説明した内容については、その説明を省略する。
【００８４】
図８において、ヘッド５０ｂの吐出口５１の形成面（吐出面）には蒸気圧センサ７４が配置されている。蒸気圧センサ７４は、吐出口５１周辺の溶媒蒸気圧（溶媒が水の場合には「湿度」である）を検知する。なお、本例では蒸気圧センサ７４をヘッド５０ｂの吐出面に配置されているが、本発明はこのような場合に特に限定されず、ヘッド５０ｂの他の位置や、ヘッド５０ｂの外部に設けられていてもよい。
【００８５】
本実施形態において、制御部（図１の３８）は、蒸気圧センサ７４により検知された吐出口５１周辺の溶媒蒸気圧の変動に応じて、溶媒流路圧力源（図１の３４）を用いて、溶媒流路７０（７１、７２）の背圧を変化させる制御を行うことにより、インク流路６０の背圧と溶媒流路７０の背圧との圧力差を設定する。ここで、溶媒流路７０の背圧の変化分は、近似的には、吐出口５１周辺の溶媒蒸気圧の変化分に等しく設定する。なお、溶媒流路７０の背圧は、インク流路６０の背圧Ｐ１よりも低く且つ前述の（Ｐ１−Π０）よりも高く設定する (負圧としては絶対値が小さくなる)。ここで、Π０は、吐出口５１から溶媒が揮発していない初期状態での半透膜７３による浸透圧である。
【００８６】
吐出口から溶媒が揮発しやすい状態では、第１実施形態において説明したように、半透膜７３から吐出口５１までの溶媒濃度勾配が大きくなるので、吐出口５１周辺の溶媒蒸気圧の変化よりも溶媒流路７０の背圧の圧力変化を大きく設定する。この量は、ヘッド５０の構造および寸法、並びに、インクの物性によるので、一概に定められず、実験により求めるが、吐出口５１近傍のインク中の溶媒濃度が吐出に支障ない状態に保たれるように制御する。
【００８７】
［第３実施形態］
図９は、第３実施形態に係る液体吐出装置の要部としてのヘッド５０ｃを示す断面図である。この断面図は、図１の２−２線に沿った断面を図示している。なお、図９において、図１及び図２に示した第１実施形態におけるヘッド５０ａの構成要素と同じ構成要素、および、図２に示した第２実施形態におけるヘッド５０ｂの構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してあり、既に説明した内容については、その説明を省略する。
【００８８】
第１実施形態のヘッド５０ａおよび第２実施形態のヘッド５０ｂは、絞り５３、圧力室５２、吐出口連通路５１２及びノズル５１が、この順にインク共通流路６１に接続されている構成であったが、本実施形態では、図９に示すように、前述の絞り５３が存在しない。このような構成でも本発明は有効である。
【００８９】
図９に示すアクチュエータ５８として発熱体を用いており、本例のヘッド５０ｃは、インクを加熱することにより瞬間的に気化させて吐出する、いわゆるサーマル式のインクジェットヘッドとなっている。
【００９０】
なお、図１０に示すヘッド５０ｄのように、アクチュエータ５８としてピエゾ等の圧電素子を用いる場合でも、アクチュエータ５８と圧力室５２の寸法を長くし、図２及び図８に示す絞り５３が存在しない構成としてもよい。このような構成でも本発明は有効である。
【００９１】
［画像形成装置］
図１１は、本発明に係る液体吐出装置を適用した画像形成装置１００の一例を示すブロック図である。
【００９２】
図１１において、画像形成装置１００は、主として、液体吐出ヘッド５０、通信インターフェース１０１、システムコントローラ１０２、メモリ１０３ａ、１０３ｂ、搬送用モータ１０４、搬送ドライバ１０５、プリント制御部１０６、ヘッドドライバ１０７、および、給液部１０８、を含んで構成されている。
【００９３】
ここで、給液部１０８は、図１のインク供給源３１、溶媒供給源３２、インク流路圧力源３３、溶媒流路圧力源３４、インク流路背圧検知部３５、溶媒流路背圧検知部３６を含んで構成されている。また、プリント制御部１０６は、図１の制御部３８を含んで構成されている。また、液体吐出ヘッド５０には、図８、図９、図１０の蒸気圧センサ７４が設けられている。
【００９４】
本画像形成装置１００は、Ｋ（黒）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロ）の各色毎に合計４つの液体吐出ヘッド５０を備える。
【００９５】
通信インターフェース１０１は、ホストコンピュータ１９０から送信される画像データを受信する画像データ入力手段である。通信インターフェース１０１には、有線又は無線のインターフェースを適用することができる。この通信インターフェース１０１によって画像形成装置１００に取り込まれた画像データは、この画像データ記憶用の第１のメモリ１０３ａに一旦記憶される。
【００９６】
システムコントローラ１０２は、マイクロコンピュータ及びその周辺回路等から構成されており、所定のプログラムに従って画像形成装置１００の全体を制御する主制御手段である。すなわち、システムコントローラ１０２は、通信インターフェース１０１、搬送ドライバ１０５、プリント制御部１０６等の各部を制御する。
【００９７】
搬送用モータ１０４は、紙などの被吐出媒体を搬送するためのローラやベルト等に動力を与える。この搬送用モータ１０４によって、被吐出媒体と液体吐出ヘッド５０とが相対的に移動される。搬送ドライバ１０５は、システムコントローラ１０２からの指示に従って搬送用モータ１０４を駆動する回路である。
【００９８】
プリント制御部１０６は、マイクロコンピュータ及びその周辺回路等から構成されており、画像形成装置１００に入力される画像データに基づいて、液体吐出ヘッド５０が被吐出媒体に向けて吐出（打滴）を行って被吐出媒体上にドットを形成するために必要なドットデータ（「打滴データ」ともいう）を生成する。すなわち、プリント制御部１０６は、システムコントローラ１０２の制御に従い、第１のメモリ１０３ａ内の画像データから打滴用のドットデータを生成するための各種の加工、補正などの画像処理を行う画像処理手段として機能し、生成したドットデータをヘッドドライバ１０７に供給する。
【００９９】
プリント制御部１０６には第２のメモリ１０３ｂが付随しており、プリント制御部１０６における画像処理時にドットデータ等が第２のメモリ１０３ｂに一時的に格納される。
【０１００】
なお、図１１において第２のメモリ１０３ｂはプリント制御部１０６に付随する態様で示されているが、第１のメモリ１０３ａと兼用することも可能である。また、プリント制御部１０６とシステムコントローラ１０２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【０１０１】
ヘッドドライバ１０７は、プリント制御部１０６から与えられるドットデータ（実際には第２のメモリ１０３ｂに記憶されたドットデータである）に基づき、液体吐出ヘッド５０の圧電素子５８に対して吐出用駆動信号を出力する。このヘッドドライバ１０７から出力された吐出用駆動信号が液体吐出ヘッド５０の圧電素子５８に与えられることによって、液体吐出ヘッド５０のノズル５１から被吐出媒体に向けて液体（液滴）が吐出される。
【０１０２】
なお、本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】第１実施形態に係る液体吐出装置の要部を概念的に示す平面透視図
【図２】図１の２−２線に沿った断面図
【図３】背圧の説明に用いる説明図
【図４】（Ａ）は初期状態における力関係の説明に用いる説明図、（Ｂ）は揮発状態における力関係の説明に用いる説明図
【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は揮発状態における吐出口近傍の溶媒濃度勾配の説明に用いる説明図、（Ｃ）は揮発状態における背圧設定により吐出口近傍の溶媒濃度を高めた場合の説明に用いる説明図
【図６】キャップをした不揮発状態とキャップをしていない揮発状態とで背圧を切り換える制御の説明に用いる説明図
【図７】半透膜の形成方法の説明に用いる工程図
【図８】本発明の第２実施形態に係る液体吐出装置の断面図
【図９】本発明の第３実施形態に係る液体吐出装置の一例の断面図
【図１０】本発明の第３実施形態に係る液体吐出装置の他の例の断面図
【図１１】本発明に係る液体吐出装置を適用した画像形成装置の一例のブロック図
【符号の説明】
【０１０４】
１０…液体吐出装置、３１…インク供給源、３２…溶媒供給源、３３…インク流路圧力源、３４…溶媒流路圧力源、３５…インク流路背圧検知部、３６…溶媒流路背圧検知部、３８…制御部、４１…吐出口プレート、４２…吐出口連通路プレート、４３…圧力室プレート、４４…振動板、５０…液体吐出ヘッド、５１…吐出口、５２…圧力室、５８…アクチュエータ、６０…インク流路、６１…インク共通流路（インク流路の共通流路部）、６２…インク個別流路（インク流路の個別流路部）、７０…溶媒流路、７１…溶媒共通流路（溶媒流路の共通流路部）、７２…溶媒個別流路（溶媒流路の個別流路部）、７３…半透膜、７４…蒸気圧センサ、５１２…吐出口連通路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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