(57)【要約】      （修正有）【課題】液体吐出孔面に対して濡れ性の高い液体を使用している場合であっても、ワイピング後に液体の吐出ばらつきが生じ難い液体吐出ヘッドのワイピング方法を提供する。【解決手段】複数の液体吐出孔８が開口している液体吐出孔面および複数の液体加圧室備える流路部材と、複数の加圧部とを有する液体吐出ヘッドで、液体吐出孔面に対する接触角が６０度以下の液体２１０を吐出する場合に伴うワイピング方法であって、複数の液体吐出孔８から供給流路までの流路の液体２１０に正の圧力を加えて複数の液体吐出孔８から液体２１０を出す加圧工程を行なった後、前記流路内の液体２１０に外部から圧力を加えない状態で、液体吐出孔面にクリーニング部材２２０を当てて、接触させながら移動させるクリーニング工程を行なった後、前記流路内の液体２１０に負の圧力を加える工程を行なう。【選択図】図８
2012030440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の液体吐出孔が開口している液体吐出孔面および前記複数の液体吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室を備える流路部材と、前記複数の液体加圧室をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを有する液体吐出ヘッドで、前記液体吐出孔面に対する接触角が６０度以下の液体を吐出する場合に伴うワイピング方法であって、前記複数の液体吐出孔から前記複数の液体加圧室までの流路の液体に正の圧力を加えて前記複数の液体吐出孔から液体を出す加圧工程と、該加圧工程の後で前記流路内の液体に外部から圧力を加えない状態で、前記液体吐出孔面にクリーニング部材を当てて、接触させながら移動させるクリーニング工程と、該クリーニング工程の後で、前記流路内の液体に負の圧力を加える工程とを具備することを特徴とする液体吐出ヘッドのワイピング方法。
【請求項２】
前記液体吐出孔として、開口径が１８〜３０μｍのものを使用することを特徴とする請求項１に記載の液体吐出ヘッドのワイピング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を吐出させる液体吐出ヘッドの液体吐出孔面をワイピングする方法であって、特に液体吐出孔面に対する濡れ性の高い液体を使用する場合にワイピングする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インクジェットプリンタやインクジェットプロッタなどの、インクジェット記録方式を利用した印刷装置が、一般消費者向けのプリンタだけでなく、例えば電子回路の形成や液晶ディスプレイ用のカラーフィルタの製造、有機ＥＬディスプレイの製造といった工業用途にも広く利用されている。
【０００３】
このようなインクジェット方式の印刷装置には、液体を吐出させるための液体吐出ヘッドが印刷ヘッドとして搭載されている。この種の印刷ヘッドには、インクが充填されたインク流路内に加圧手段としてのヒータを備え、ヒータによりインクを加熱、沸騰させ、インク流路内に発生する気泡によってインクを加圧し、インク吐出孔より、液滴として吐出させるサーマルヘッド方式と、インクが充填されるインク流路の一部の壁を変位素子によって屈曲変位させ、機械的にインク流路内のインクを加圧し、インク吐出孔より液滴として吐出させる圧電方式が一般的に知られている。
【０００４】
そして、そのような液体吐出ヘッドを使用していると、インク吐出孔の開口している面に、異物やインクが付着して、液滴が吐出されなくなったり、液滴の速度や量が変わってしまうことがあった。この様な場合、インク吐出孔の開口している面をワイピングすることが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２３４１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液体吐出孔面に対する濡れ性の低い液体を使用している場合には、特許文献１に記載されているようなワイピングした後に吐出を行なっても、印刷状態に不具合は生じ難い。しかしながら、液体吐出孔面に対する濡れ性の高い液体を吐出する場合には、ワイピング後、液体吐出孔面の異物やインクの付着がなくなっているにもかかわらず、印刷状態が悪いことがあった。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、液体吐出孔面に対して濡れ性の高い液体を使用している場合であっても、ワイピング後に液体の吐出ばらつきが生じ難い液体吐出ヘッドのワイピング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の液体吐出ヘッドのワイピング方法は、複数の液体吐出孔が開口している液体吐出孔面および前記複数の液体吐出孔とそれぞれ繋がっている複数の液体加圧室を備える流路部材と、前記複数の液体加圧室をそれぞれ加圧する複数の加圧部とを有する液体吐出ヘッドで、前記液体吐出孔面に対する接触角が６０度以下の液体を吐出する場合に伴うワイピング方法であって、前記複数の液体吐出孔から前記複数の液体加圧室までの流路の液体に正の圧力を加えて前記複数の液体吐出孔から液体を出す加圧工程と、該加圧工程の後で
前記流路内の液体に外部から圧力を加えない状態で、前記液体吐出孔面にクリーニング部材を当てて、接触させながら移動させるクリーニング工程と、該クリーニング工程の後で、前記流路内の液体に負の圧力を加える工程とを具備することを特徴とする。
【０００９】
前記液体吐出孔として、開口径が１８〜３０μｍのものを使用することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の液体吐出ヘッドのワイピング方法によれば、ワイピング後の液体吐出ばらつきを少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る記録装置であるプリンタの概略構成図である。
【図２】（ａ）は、図１の液体吐出ヘッドを構成する第１の流路部材および圧電アクチュエータの平面図である。
【図３】図２（ａ）の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図である。
【図４】図２（ａ）の一点鎖線に囲まれた領域の拡大図であり、説明のため一部の流路を省略した図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。
【図６】水頭差を説明する模式図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は、液体吐出孔面に対する濡れ性の低い液体を使用している場合に本発明のワイピング以外の方法でワイピングが行なわれる際の断面の模式図であり、（ｄ）〜（ｆ）は、液体吐出孔面に対する濡れ性の高い液体を使用している場合に本発明のワイピング以外の方法でワイピングが行なわれる際の断面の模式図である。
【図８】（ａ）〜（ｅ）は、本発明のワイピング方法が行なわれる際の断面の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドを含む記録装置であるカラーインクジェットプリンタの概略構成図である。このカラーインクジェットプリンタ１（以下、プリンタ１とする）は、４つの液体吐出ヘッド２を有している。これらの液体吐出ヘッド２は、印刷用紙Ｐの搬送方向に沿って並べられ、プリンタ１に固定されている。液体吐出ヘッド２は、図１の手前から奥へ向かう方向に細長い形状を有している。この長い方向を長手方向と呼ぶことがある。
【００１３】
プリンタ１には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、給紙ユニット１１４、搬送ユニット１２０および紙受け部１１６が順に設けられている。また、プリンタ１には、液体吐出ヘッド２や給紙ユニット１１４などのプリンタ１の各部における動作を制御するための制御部１００が設けられている。
【００１４】
給紙ユニット１１４は、複数枚の印刷用紙Ｐを収容することができる用紙収容ケース１１５と、給紙ローラ１４５とを有している。給紙ローラ１４５は、用紙収容ケース１１５に積層して収容された印刷用紙Ｐのうち、最も上にある印刷用紙Ｐを１枚ずつ送り出すことができる。
【００１５】
給紙ユニット１１４と搬送ユニット１２０との間には、印刷用紙Ｐの搬送経路に沿って、二対の送りローラ１１８ａおよび１１８ｂ、ならびに、１１９ａおよび１１９ｂが配置されている。給紙ユニット１１４から送り出された印刷用紙Ｐは、これらの送りローラによってガイドされて、さらに搬送ユニット１２０へと送り出される。
【００１６】
搬送ユニット１２０は、エンドレスの搬送ベルト１１１と２つのベルトローラ１０６お
よび１０７を有している。搬送ベルト１１１は、ベルトローラ１０６および１０７に巻き掛けられている。搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラに巻き掛けられたとき所定の張力で張られるような長さに調整されている。これによって、搬送ベルト１１１は、２つのベルトローラの共通接線をそれぞれ含む互いに平行な２つの平面に沿って、弛むことなく張られている。これら２つの平面のうち、液体吐出ヘッド２に近い方の平面が、印刷用紙Ｐを搬送する搬送面１２７である。
【００１７】
ベルトローラ１０６には、図１に示されるように、搬送モータ１７４が接続されている。搬送モータ１７４は、ベルトローラ１０６を矢印Ａの方向に回転させることができる。また、ベルトローラ１０７は、搬送ベルト１１１に連動して回転することができる。したがって、搬送モータ１７４を駆動してベルトローラ１０６を回転させることにより、搬送ベルト１１１は、矢印Ａの方向に沿って移動する。
【００１８】
ベルトローラ１０７の近傍には、ニップローラ１３８とニップ受けローラ１３９とが、搬送ベルト１１１を挟むように配置されている。ニップローラ１３８は、図示しないバネによって下方に付勢されている。ニップローラ１３８の下方のニップ受けローラ１３９は、下方に付勢されたニップローラ１３８を、搬送ベルト１１１を介して受け止めている。２つのニップローラは回転可能に設置されており、搬送ベルト１１１に連動して回転する。
【００１９】
給紙ユニット１１４から搬送ユニット１２０へと送り出された印刷用紙Ｐは、ニップローラ１３８と搬送ベルト１１１との間に挟み込まれる。これによって、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の搬送面１２７に押し付けられ、搬送面１２７上に固着する。そして、印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１の回転に従って、液体吐出ヘッド２が設置されている方向へと搬送される。なお、搬送ベルト１１１の外周面１１３に粘着性のシリコンゴムによる処理を施してもよい。これにより、印刷用紙Ｐを搬送面１２７に確実に固着させることができる。
【００２０】
４つの液体吐出ヘッド２は、搬送ベルト１１１による搬送方向に沿って互いに近接して配置されている。各液体吐出ヘッド２は、下端にヘッド本体１３を有している。ヘッド本体１３の下面には、液体を吐出する多数の液体吐出孔８が設けられている液体吐出孔面４ａとなっている（図４、５および６参照）。
【００２１】
１つの液体吐出ヘッド２に設けられた液体吐出孔８からは、同じ色の液滴（インク）が吐出されるようになっている。各液体吐出ヘッド２には図示しない外部液体タンクから液体が供給される。各液体吐出ヘッド２の液体吐出孔８は、液体吐出孔面４ａに開口しており、一方方向（印刷用紙Ｐと平行で印刷用紙Ｐ搬送方向に直交する方向であり、液体吐出ヘッド２の長手方向）に等間隔で配置されているため、一方方向に隙間なく印刷することができる。各液体吐出ヘッド２から吐出される液体の色は、それぞれ、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、シアン（Ｃ）およびブラック（Ｋ）である。各液体吐出ヘッド２は、ヘッド本体１３の下面と搬送ベルト１１１の搬送面１２７との間にわずかな隙間をおいて配置されている。
【００２２】
搬送ベルト１１１によって搬送された印刷用紙Ｐは、液体吐出ヘッド２と搬送ベルト１１１との間の隙間を通過する。その際に、液体吐出ヘッド２を構成するヘッド本体１３から印刷用紙Ｐの上面に向けて液滴が吐出される。これによって、印刷用紙Ｐの上面には、制御部１００によって記憶された画像データに基づくカラー画像が形成される。
【００２３】
搬送ユニット１２０と紙受け部１１６との間には、剥離プレート１４０と二対の送りローラ１２１ａおよび１２１ｂならびに１２２ａおよび１２２ｂとが配置されている。カラ
ー画像が印刷された印刷用紙Ｐは、搬送ベルト１１１によって剥離プレート１４０へと搬送される。このとき、印刷用紙Ｐは、剥離プレート１４０の右端によって、搬送面１２７から剥離される。そして、印刷用紙Ｐは、送りローラ１２１ａ〜１２２ｂによって、紙受け部１１６に送り出される。このように、印刷済みの印刷用紙Ｐが順次紙受け部１１６に送られ、紙受け部１１６に重ねられる。
【００２４】
なお、印刷用紙Ｐの搬送方向について最も上流側にある液体吐出ヘッド２とニップローラ１３８との間には、紙面センサ１３３が設置されている。紙面センサ１３３は、発光素子および受光素子によって構成され、搬送経路上の印刷用紙Ｐの先端位置を検出することができる。紙面センサ１３３による検出結果は制御部１００に送られる。制御部１００は、紙面センサ１３３から送られた検出結果により、印刷用紙Ｐの搬送と画像の印刷とが同期するように、液体吐出ヘッド２や搬送モータ１７４等を制御することができる。
【００２５】
次に本発明の液体吐出ヘッドを構成するヘッド本体１３について説明する。図２は、図１に示されたヘッド本体１３を示す上面図である。図３は、図２の一点鎖線で囲まれた領域の拡大上面図であり、ヘッド本体１３の一部である。図４は、図３と同じ位置の拡大透視図で、液体吐出孔８の位置が分かりやすいように、一部の流路を省略して描いている。なお、図３および図４において、図面を分かり易くするために、圧電アクチュエータユニット２１の下方にあって破線で描くべき液体加圧室１０（液体加圧室群９）、しぼり１２および液体吐出孔８を実線で描いている。図５は図３のＶ−Ｖ線に沿った縦断面図である。
【００２６】
ヘッド本体１３は、平板状の流路部材４と、流路部材４上に、アクチュエータユニットである圧電アクチュエータユニット２１とを有している。圧電アクチュエータユニット２１は台形形状を有しており、その台形の１対の平行対向辺が流路部材４の長手方向に平行になるように流路部材４の上面に配置されている。また、流路部材４の長手方向に平行な２本の仮想直線のそれぞれに沿って２つずつ、つまり合計４つの圧電アクチュエータユニット２１が、全体として千鳥状に流路部材４上に配列されている。流路部材４上で隣接し合う圧電アクチュエータユニット２１の斜辺同士は、流路部材４の短手方向について部分的にオーバーラップしている。このオーバーラップしている部分の圧電アクチェータユニット２１を駆動することにより印刷される領域では、２つの圧電アクチュエータユニット２１により吐出された液滴が混在して着弾することになる。
流路部材４の内部には液体流路の一部であるマニホールド５が形成されている。マニホールド５は流路部材４の長手方向に沿って延び細長い形状を有しており、流路部材４の上面にはマニホールド５の開口５ｂが形成されている。開口５ｂは、流路部材４の長手方向に平行な２本の直線（仮想線）のそれぞれに沿って５個ずつ、合計１０個形成されている。開口５ｂは、４つの圧電アクチュエータユニット２１が配置された領域を避ける位置に形成されている。マニホールド５には開口５ｂを通じて図示されていない液体タンクから液体が供給されるようになっている。
【００２７】
流路部材４内に形成されたマニホールド５は、複数本に分岐している（分岐した部分のマニホールド５を副マニホールド５ａということがある）。開口５ｂに繋がるマニホールド５は、圧電アクチュエータユニット２１の斜辺に沿うように延在しており、流路部材４の長手方向と交差して配置されている。２つの圧電アクチュエータユニット２１に挟まれた領域では、１つのマニホールド５が、隣接する圧電アクチュエータユニット２１に共有されており、副マニホールド５ａがマニホールド５の両側から分岐している。これらの副マニホールド５ａは、流路部材４の内部の各圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域に互いに隣接してヘッド本体１３の長手方向に延在している。
【００２８】
流路部材４は、複数の液体加圧室１０がマトリクス状（すなわち、２次元的かつ規則的
）に形成されている４つの液体加圧室群９を有している。液体加圧室１０は、角部にアールが施されたほぼ菱形の平面形状を有する中空の領域である。液体加圧室１０は流路部材４の上面に開口するように形成されている。これらの液体加圧室１０は、流路部材４の上面における圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域のほぼ全面にわたって配列されている。したがって、これらの液体加圧室１０によって形成された各液体加圧室群９は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有している。また、各液体加圧室１０の開口は、流路部材４の上面に圧電アクチュエータユニット２１が接着されることで閉塞されている。
【００２９】
本実施形態では、図３に示されているように、マニホールド５は、流路部材４の短手方向に互いに平行に並んだ４列のＥ１〜Ｅ４の副マニホールド５ａに分岐し、各副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に４列配列されている。副マニホールド５ａに繋がった液体加圧室１０の並ぶ列は副マニホールド５ａの両側に２列ずつ配列されている。
【００３０】
全体では、マニホールド５から繋がる液体加圧室１０は、等間隔に流路部材４の長手方向に並ぶ液体加圧室１０の列を構成し、その列は、短手方向に互いに平行に１６列配列されている。各液体加圧室列に含まれる液体加圧室１０の数は、アクチュエータである変位素子５０の外形形状に対応して、その長辺側から短辺側に向かって次第に少なくなるように配置されている。液体吐出孔８もこれと同様に配置されている。これによって、全体として長手方向に６００ｄｐｉの解像度で画像形成が可能となっている。
【００３１】
つまり、流路部材４の長手方向に平行な仮想直線に対して直交するように液体吐出孔８を投影すると、図３に示した仮想直線のＲの範囲に、各副マニホールド５ａ繋がっている４つの液体吐出孔８、つまり全部で１６個の液体吐出孔８が６００ｄｐｉの等間隔になっている。また、各副マニホールド５ａには平均すれば１５０ｄｐｉに相当する間隔で個別流路３２が接続されている。これは、６００ｄｐｉ分の液体吐出孔８を４つ列の副マニホールド５ａに分けて繋ぐ設計をする際に、各副マニホールド５ａに繋がる個別流路３２が等しい間隔で繋がるとは限らないため、マニホールド５ａの延在方向、すなわち主走査方向に平均１７０μｍ（１５０ｄｐｉならば２５．４ｍｍ／１５０＝１６９μｍ間隔である）以下の間隔で個別流路３２が形成されているということである。
【００３２】
圧電アクチュエータユニット２１の上面における各液体加圧室１０に対向する位置には後述する個別電極３５がそれぞれ形成されている。個別電極３５は液体加圧室１０より一回り小さく、液体加圧室１０とほぼ相似な形状を有しており、圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する領域内に収まるように配置されている。
【００３３】
流路部材４の下面の液体吐出面には多数の液体吐出孔８が形成されている。これらの液体吐出孔８は、流路部材４の下面側に配置された副マニホールド５ａと対向する領域を避けた位置に配置されている。また、これらの液体吐出孔８は、流路部材４の下面側における圧電アクチュエータユニット２１と対向する領域内に配置されている。これらの液体吐出孔群７は圧電アクチュエータユニット２１とほぼ同一の大きさおよび形状の領域を占有しており、対応する圧電アクチュエータユニット２１の変位素子５０を変位させることにより液体吐出孔８から液滴が吐出できる。液体吐出孔８の配置については後で詳述する。そして、それぞれの領域内の液体吐出孔８は、流路部材４の長手方向に平行な複数の直線に沿って等間隔に配列されている。
【００３４】
ヘッド本体１３に含まれる流路部材４は、複数のプレートが積層された積層構造を有している。これらのプレートは、流路部材４の上面から順に、キャビティプレート２２、ベ
ースプレート２３、アパーチャ（しぼり）プレート２４、サプライプレート２５、２６、マニホールドプレート２７、２８、２９、カバープレート３０およびノズルプレート３１である。これらのプレートには多数の孔が形成されている。各プレートは、これらの孔が互いに連通して個別流路３２および副マニホールド５ａを構成するように、位置合わせして積層されている。ヘッド本体１３は、図５に示されているように、液体加圧室１０は流路部材４の上面に、副マニホールド５ａは内部の下面側に、液体吐出孔８は下面にと、個別流路３２を構成する各部分が異なる位置に互いに近接して配設され、液体加圧室１０を介して副マニホールド５ａと液体吐出孔８とが繋がる構成を有している。なお、流路部材４の下面が、液体吐出孔８が開口している液体吐出孔面４ａである。
【００３５】
各プレートに形成された孔について説明する。これらの孔には、次のようなものがある。第１に、キャビティプレート２２に形成された液体加圧室１０である。第２に、液体加圧室１０の一端から副マニホールド５ａへと繋がる流路を構成する連通孔である。この連通孔は、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の入り口）からサプライプレート２５（詳細には副マニホールド５ａの出口）までの各プレートに形成されている。なお、この連通孔には、アパーチャプレート２４に形成されたしぼり１２と、サプライプレート２５、２６に形成された個別供給流路６とが含まれている。
【００３６】
第３に、液体加圧室１０の他端から液体吐出孔８へと連通する流路を構成する連通孔であり、この連通孔は、以下の記載においてディセンダ（部分流路）と呼称される。ディセンダは、ベースプレート２３（詳細には液体加圧室１０の出口）からノズルプレート３１（詳細には液体吐出孔８）までの各プレートに形成されている。第４に、副マニホールド５ａを構成する連通孔である。この連通孔は、マニホールドプレート２７〜２９に形成されている。
【００３７】
このような連通孔が相互に繋がり、副マニホールド５ａからの液体の流入口（副マニホールド５ａの出口）から液体吐出孔８に至る個別流路３２を構成している。副マニホールド５ａに供給された液体は、以下の経路で液体吐出孔８から吐出される。まず、副マニホールド５ａから上方向に向かって、個別供給流路６を通り、しぼり１２の一端部に至る。次に、しぼり１２の延在方向に沿って水平に進み、しぼり１２の他端部に至る。そこから上方に向かって、液体加圧室１０の一端部に至る。さらに、液体加圧室１０の延在方向に沿って水平に進み、液体加圧室１０の他端部に至る。そこから少しずつ水平方向に移動しながら、主に下方に向かい、下面に開口した液体吐出孔８へと進む。
【００３８】
圧電アクチュエータユニット２１は、図５に示されるように、２枚の圧電セラミック層２１ａ、２１ｂからなる積層構造を有している。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂはそれぞれ２０μｍ程度の厚さを有している。圧電アクチュエータユニット２１全体の厚さは４０μｍ程度である。圧電セラミック層２１ａ、２１ｂのいずれの層も複数の液体加圧室１０を跨ぐように延在している（図３参照）。これらの圧電セラミック層２１ａ、２１ｂは、強誘電性を有するチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系のセラミックス材料からなる。
【００３９】
圧電アクチュエータユニット２１は、Ａｇ−Ｐｄ系などの金属材料からなる共通電極３４、Ａｕ系などの金属材料からなる個別電極３５を有している。個別電極３５は上述のように圧電アクチュエータユニット２１の上面における液体加圧室１０と対向する位置に配置されている。個別電極３５の一端は、液体加圧室１０と対向する領域外に引き出されて接続電極３６が形成されている。接続電極３６は例えばガラスフリットを含む金からなり、厚さが１５μｍ程度で凸状に形成されている。また、接続電極３６は、図示されていないＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）に設けられた電極と電気的に接合されている。詳細は後述するが、個別電極３５には、制御部１００からＦＰＣを通じて駆動信号（駆動電
圧）が供給される。駆動信号は、印刷媒体Ｐの搬送速度と同期して一定の周期で供給される。
【００４０】
共通電極３４は、圧電セラミック層２１ａと圧電セラミック層２１ｂとの間の領域に面方向のほぼ全面にわたって形成されている。すなわち、共通電極３４は、圧電アクチュエータユニット２１に対向する領域内の全ての液体加圧室１０を覆うように延在している。共通電極３４の厚さは２μｍ程度である。共通電極３４は図示しない領域において接地され、グランド電位に保持されている。本実施形態では、圧電セラミック層２１ｂ上において、個別電極３５からなる電極群を避ける位置に個別電極３５とは異なる表面電極（不図示）が形成されている。表面電極は、圧電セラミック層２１ｂの内部に形成されたスルーホールを介して共通電極３４と電気的に接続されているとともに、多数の個別電極３５と同様に、ＦＰＣ上の別の電極と接続されている。
【００４１】
図５に示されるように、共通電極３４と個別電極３５とは、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみを挟むように配置されている。圧電セラミック層２１ｂにおける個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域は活性部と呼称され、その部分の圧電セラミックスには厚み方向に分極が施されている。本実施形態の圧電アクチュエータユニット２１においては、最上層の圧電セラミック層２１ｂのみが活性部を含んでおり、圧電セラミック２１ａは活性部を含んでおらず、振動板として働く。この圧電アクチュエータユニット２１はいわゆるユニモルフタイプの構成を有している。
【００４２】
なお、後述のように、個別電極３５に選択的に所定の駆動信号が供給されることにより、この個別電極３５に対応する液体加圧室１０内の液体に圧力が加えられる。これによって、個別流路３２を通じて、対応する液体吐出口８から液滴が吐出される。すなわち、圧電アクチュエータユニット２１における各液体加圧室１０に対向する部分は、各液体加圧室１０および液体吐出口８に対応する個別の変位素子５０（アクチュエータ）に相当する。つまり、２枚の圧電セラミック層からなる積層体中には、図５に示されているような構造を単位構造とする変位素子５０が液体加圧室１０毎に、液体加圧室１０の直上に位置する振動板２１ａ、共通電極３４、圧電セラミック層２１ｂ、個別電極３５により作り込まれており、圧電アクチュエータユニット２１には変位素子５０が複数含まれている。なお、本実施形態において１回の吐出動作によって液体吐出口８から吐出される液体の量は５〜７ｐＬ（ピコリットル）程度である。
【００４３】
多数の個別電極３５は、個別に電位を制御することができるように、それぞれがＦＰＣ上のコンタクトおよび配線を介して、個別にアクチュエータ制御手段に電気的に接続されている。
【００４４】
本実施形態における圧電アクチュエータユニット２１の液体吐出時の駆動方法の一例を、個別電極３５に供給される駆動電圧（駆動信号）に関して説明する。個別電極３５を共通電極３４と異なる電位にして圧電セラミック層２１ｂに対してその分極方向に電界を印加したとき、この電界が印加された部分が、圧電効果により歪む活性部として働く。この時圧電セラミック層２１ｂは、その厚み方向すなわち積層方向に伸長または収縮し、圧電横効果により積層方向と垂直な方向すなわち面方向には収縮または伸長しようとする。一方、残りの圧電セラミック層２１ａは、個別電極３５と共通電極３４とに挟まれた領域を持たない非活性層であるので、自発的に変形しない。つまり、圧電アクチュエータユニット２１は、上側（つまり、液体加圧室１０とは離れた側）の圧電セラミック層２１ｂを、活性部を含む層とし、かつ下側（つまり、液体加圧室１０に近い側）の圧電セラミック層２１ａを非活性層とした、いわゆるユニモルフタイプの構成となっている。
この構成において、電界と分極とが同方向となるように、アクチュエータ制御部により個別電極３５を共通電極３４に対して正または負の所定電位とすると、圧電セラミック層
２１ｂの電極に挟まれた部分（活性部）が、面方向に収縮する。一方、非活性層の圧電セラミック層２１ａは電界の影響を受けないため、自発的には縮むことがなく活性部の変形を規制しようとする。この結果、圧電セラミック層２１ｂと圧電セラミック層２１ａとの間で分極方向への歪みに差が生じて、圧電セラミック層２１ｂは液体加圧室１０側へ凸となるように変形（ユニモルフ変形）する。
【００４５】
本実施の形態における実際の駆動手順は、あらかじめ個別電極３５を共通電極３４より高い電位（以下高電位と称す）にしておき、吐出要求がある毎に個別電極３５を共通電極３４と一旦同じ電位（以下低電位と称す）とし、その後所定のタイミングで再び高電位とする。これにより、個別電極３５が低電位になるタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが元の形状に戻り、液体加圧室１０の容積が初期状態（両電極の電位が異なる状態）と比較して増加する。このとき、液体加圧室１０内に負圧が与えられ、液体がマニホールド５側から液体加圧室１０内に吸い込まれる。その後再び個別電極３５を高電位にしたタイミングで、圧電セラミック層２１ａ、ｂが液体加圧室１０側へ凸となるように変形し、液体加圧室１０の容積減少により液体加圧室１０内の圧力が正圧となり液体への圧力が上昇し、液滴が吐出される。つまり、液滴を吐出させるため、高電位を基準とするパルスを含む駆動信号を個別電極３５に供給することになる。このパルス幅は、液体加圧室１０内において圧力波がマニホールド５から液体吐出孔８まで伝播する時間長さであるＡＬ（Acoustic Length）が理想的である。これによると、液体加圧室１０内部が負圧状態から正
圧状態に反転するときに両者の圧力が合わさり、より強い圧力で液滴を吐出させることができる。
【００４６】
以上のような液体吐出ヘッド２を印刷などに使用していると、流路内で異物が詰まったり、液体吐出孔面４ａに異物や液体が付着することにより、液滴が吐出されなくなったり、吐出速度や吐出量が変わったりすることがある。そのような場合、ワイピングを行なうことになる。また、液体吐出ヘッド２を最初に使用する際には、流路部材４の流路に液体を入れる必要があるが、ほぼ必然的に、液体吐出孔８から液体が出るなどして、液体吐出孔面４ａに液体が付着している状態になるため、ワイピングを行なうことになる。
【００４７】
ワイピング方法の説明の前に、水頭差について説明する。図６は、水頭差を説明する模式図である。液体吐出孔８の開口している液多吐出孔面４ａを有する流路部材４（内部の流路は省略して描いている）に、外部液体タンク２０１がチューブ２０３ａ、２０３ｂを介して繋がっている。チューブ２０３ａ、２０３ｂの間には開閉できる弁２０５を介して外部チューブ２０７が繋がっている。外部液体タンク２０１には液体２１０が入っており、液面２１０ａは、外部液体タンク２０１内の液体２１０の上面である。液体２１０は、チューブ２０３ａ、２０３ｂを通って流路部材４の中の流路を満たしており、液体２１０は液体吐出孔８の内側でメニスカス２１０ｂを張っている。また、外部液体タンク２０１は、管２０９により大気と繋がっている。このようなメニスカス２１０ｂは、液体吐出孔面４ａを液体２１０に対する撥水処理を行なったものとし、液体吐出孔８の内側の壁よりも液体２１０に対する接触角を大きくすることで安定されやすくなる。なお、撥水処理は、液体吐出孔８の内側の壁の液体吐出孔面４ａに近い部分にも施されていてもよい。
【００４８】
上述のような液体吐出ヘッド２では、吐出を行なう際は流路内の液体に負圧が加わるようにする。正の圧力が加わっていると液体吐出孔８から液体が外に漏れることになるし、負力が加わっていなかったり、負圧が低いとメニスカス２１０ｂの形状が安定しない。逆に負圧が大きいと、メニスカス２１０ｂが流路部材４内に引き込まれてしまい、やはり形状が安定しない。適切な負圧を得るため、液体吐出孔面４ａに対して、液面２１０ａを低くすることが行なわれており、この液体吐出孔面４ａから液面２１０ａまでの高さの差を水頭差という。吐出を行なう際の水頭差は、負圧を加えるように負の値にされる。上述の液体吐出ヘッドでは、吐出時の水頭差は−２０〜−１２０ｍｍである。なお、重要なのは
、メニスカスに負圧が加わるようにすることであるので、水頭差に相当する圧力を外部から加えることにより、メニスカス２１０ｂを維持してもよい。
【００４９】
また、液体吐出ヘッド２への液体の供給は、次のように行なわれる。弁２０５を外部チューブ２０７からチューブ２０３ｂへ液体２１０が流れるようにし、ポンプなどにより外部液体タンク２０１に液体２１０を入れる。弁２０５を外部チューブ２０７からチューブ２０３ａへ液体２１０が流れるようにし、流路部材４の流路に液体２１０を入れる。流路の液体２１０に正の圧力を加えるには、弁２０５を外部チューブ２０７からチューブ２０３ａへ液体２１０が流れるようにし、ポンプなどで外部チューブ２０７から液体を送るか、弁２０５をチューブ２０３ｂからチューブ２０３ａへ液体２１０が流れるようにし、水頭差を正にすればよい。吐出を行なう際には、弁２０５をチューブ２０３ｂからチューブ２０３ａへ液体２１０が流れるようにし、水頭差を負の値の一定範囲にすることにより、負の圧力を加えるが、弁２０５を外部チューブ２０７からチューブ２０３ａへ液体２１０が流れるようにし、ポンプなど負圧にしてもよい。
【００５０】
ワイピングを行なう際には、液多吐出孔面４ａに、樹脂やゴムなど、ある程度変形する弾性材料のクリーニング部材２２０を押し当て、接触させながら移動させてクリーニングを行なう。この際、クリーニング部材２２０と液体吐出面４ａが接触している部分が移動する範囲を、液体吐出孔８の開口している領域全体よりも大きくすることで、液体吐出孔８の周囲に異物や液体が残りにくくできる。
【００５１】
まず、液体吐出面４ａに対する濡れ性が低い、液体吐出面４ａに対する接触角が６０度より大きい液体を使用している場合の、本発明のワイピング方法以外のワイピング方法を説明する。図７（ａ）〜（ｃ）は、ワイピング方法の各工程の模式図である。図７（ａ）では流路部材４内の液体２１０に正圧が加えられ、液体吐出孔８から液体２１０を溢れさせている。図では液体吐出孔８の周囲に広がっているだけだが、実際には液体吐出ヘッド２から外部に垂れるほど出される。この際、液体吐出ヘッド２の下などが濡れないように、カバーを付けた状態で行なってもよい。その後、水頭差が付けられると、図７（ｂ）に示されるように、液体吐出孔８の中に液体２１０が引き込まれる。ただし、液体吐出孔面４ａの液体吐出孔８の開口と隣の液体吐出孔８の開口との間など、図示しない部分に液体２１０は残っている。その後クリーニング部材２２０が、液体吐出孔面４ａに押し当てられ、図７（ｃ）に示されるように、接触させられながら移動させられる。この様にすることでワイピングが行なわれる。
【００５２】
これと同様の工程を、液体吐出面４ａに対する濡れ性が高い、液体吐出面４ａに対する接触角が６０度以下の液体を使用している場合に行なうと、液体吐出孔面４ａの異物や液体が２１０は取り除かれているにもかかわらず、ワイピング後の液体吐出ばらつきが大きくなることがある。これは、図７（ｄ）〜（ｆ）で説明する原因よると考えられる。
【００５３】
図７（ｄ）では流路部材４内の液体２１０に正圧が加えられ、液体吐出孔８から液体２１０を溢れさせている。その後、水頭差が付けられると、図７（ｅ）に示されるように、液体吐出孔８の中に液体２１０が引き込まれるが、液体２１０の濡れ性が高いため、液体吐出孔８の周囲に液体２１０が残される。そして、この残される液体２１０により、液体２１０は、液体吐出孔８の周囲の縁を覆う状態（図のＡの部分）となり、形成されるメニスカスは、図７（ｂ）と比べて、液体吐出孔８に深く落ち込んだものとなる。その後クリーニング部材２２０が、液体吐出孔面４ａに押し当てられ、図７（ｆ）に示されるように、接触させられながら移動させられると、多数ある液体吐出孔８のうちの幾つかの液体吐出孔８では、深く落ち込んだメニスカス直下の空気が気泡として巻き込まれてしまう。液体吐出ばらつきが大きくなるのは、流路内にこの気泡２１５が入り込むことが原因と考えられる。
【００５４】
本発明の一実施例のワイピング方法は、上述の気泡２１５に起因すると考えられる、液体吐出面４ａに対する接触角が６０度以下の液体を使用している場合の吐出ばらつきを少なくするため、次のように行なう。図８（a）〜（ｅ）はその工程の断面図である。
【００５５】
まず、流路部材４内の流路の液体に正の圧力を加える加圧工程を行なう。これにより、図８（ａ）に示すように、液体吐出孔８から液体２１０が溢れる。加圧工程の後、図８（ｂ）に示すように、液体２１０に圧力を加えない状態にする。これは弁２０５を閉じたり、弁２０５を外部チューブ２０７からチューブ２０３ａへ液体２１０が流れるようにし、外部からのポンプによる液体２１０の供給を止めたりすることで行なえる。また、水頭差を事実上０ｍｍにしてもよい。０ｍｍからのずれは液体吐出ヘッド２の構造にもよるが±５ｍｍ程度であれば許容できる。具体的には、正圧については、液体吐出孔面４ａに液体が溢れ出続けない範囲にすればよく、負圧については、図７（ｅ）に示されるような深いメニスカスが形成されないようにすればよい。ここでいう深いとは、液体を吐出する際のメニスカスよりも深いということである。そのような状態で、図８（ｃ）に示されるように、クリーニング部材２２０が液体吐出孔面４ａに押し当てられ、接触させながら移動させることで、クリーニング工程が行なわれる。クリーニング工程の後では、図８（ｄ）に示されるように、液体２１０が液体吐出孔８の中に入った状態になる。図では液体２１０の表面が平面であるように示しているが、液体２１０の表面張力や流路部材４に対する液体２１０の濡れによっては、凹あるいは凸の形状になる。凹であっても流路部材４の中にまで引き込まれなければよく、凸になっても液体吐出孔８の左右にまで濡れ広がってなければよい。その後、吐出が行なえるように、負圧が加えられ図８（ｅ）に示されるようにメニスカスが形成される。
【実施例】
【００５６】
図２〜５で示した液体吐出ヘッドを作製し、印刷ばらつきを評価した。まず、圧電セラミック層に用いる圧電材料をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）とし、ＰＺＴを用いたスラリーを作成し、このスラリーから、成形方法としてロールコーター法を採用して、グリーンシートを作製した。
【００５７】
次いで、金型打ち抜きによって、１００μｍ径の貫通孔をグリーンシートに形成した。その後、Ａｇ−Ｐｄ合金を含む導体ペーストを用いたスクリーン印刷法により、各グリーンシートの表面に、共通電極となる電極パターンを形成した。
【００５８】
また、Ａｇ−Ｐｄ合金に対して、圧電体粉末をフィラー剤として３０体積％添加してビア導体ペーストを作製し、これをスクリーン印刷にて、グリーンシートに形成した貫通孔の内部に充填し、ビア電極を形成した。
【００５９】
次いで、このグリーンシートを２層積層して、内部に共通電極及びビア電極を備えた積層成形体を作製した。その後、この積層成形体を１０２０℃の温度で焼成して圧電焼結体を作製した。得られた圧電焼結体は１層あたり約２０μｍであった。
【００６０】
この圧電焼結体の表面に、変位素子を構成する部分の共通電極に相対するように主成分Ａｕを含む導体ペーストを用いたスクリーン印刷により、マトリックス状に個別電極を形成し、しかる後に、８００℃の熱処理によって個別電極を形成して圧電アクチュエータユニットを作製した。
【００６１】
【表１】
2012030440.tif 000003
【００６２】
表１は、液体吐出孔面４ａに対する接触角が４０度の液体を用いた際の試験結果である。評価は、ワイピングを行なった後、縦横６００ｄｐｉの印刷が可能な条件にし、３００ｄｐｉの間隔で直線を印刷し、この直線の間の間隔のばらつき（標準偏差）を測定したもので、単位はμｍである。クリーニング工程における水頭差を吐出時の水頭差と同じにした、本発明のワイピング方法以外のワイピング方法では、偏差が５μｍより大きくなり、印刷精度が悪くなってしまうことがあるのに対し、クリーニング工程において弁を閉じて圧力を加えない状態とした、本発明のワイピング方法では、偏差が５μｍ以下になり、良好な印刷結果が得られた。液体吐出孔８の径が大きくなるほど、ばらつきが大きくなる傾向がある。これは、径が大きくなるほど、メニスカスが深くなりやすく、気泡の巻き込みが生じ易いからであると考えられ、１８から３０μｍの径で、安定した印刷がかのうであった。
【００６３】
【表２】
2012030440.tif 000004
【００６４】
表２は、同様の試験を、液体吐出孔の孔径が２０μｍの液体吐出ヘッドを使用し、液体を接触角の異なるものに変えて行なった結果である。液体吐出孔面４ａに対する液体の接触角が６０度よりも低い液体では、クリーニング工程における水頭差を吐出時の水頭差と同じにした、本発明のワイピング方法以外のワイピング方法では、偏差が５μｍより大きくなり、印刷精度が悪くなってしまうことがあるのに対し、クリーニング工程において弁を閉じて圧力を加えない状態とした、本発明のワイピング方法では、偏差が５μｍ以下と
なり、良好な印刷結果が得られた。
【符号の説明】
【００６５】
１・・・プリンタ
２・・・液体吐出ヘッド
４・・・流路部材
４ａ・・・液体吐出孔面
５・・・マニホールド
５ａ・・・副マニホールド
５ｂ・・・マニホールドの開口
６・・・個別供給流路
８・・・液体吐出孔
９・・・液体加圧室群
１０・・・液体加圧室
１１ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体加圧室列
１２・・・しぼり
１３・・・液体吐出ヘッド本体
１５ａ、ｂ、ｃ、ｄ・・・液体吐出孔列
１６・・・液体吐出孔開口領域
２１・・・圧電アクチュエータユニット
２１ａ・・・圧電セラミック層（振動板）
２１ｂ・・・圧電セラミック層
２２〜３１・・・プレート
３２・・・個別流路
３４・・・共通電極
３５・・・個別電極
３６・・・接続電極
５０・・・加圧部（変位素子）
２０１・・・外部液体タンク
２０３ａ、２０３ｂ・・・チューブ
２０５・・・弁
２０７・・・外部チューブ
２０９・・・管
２１０・・・液体
２１０ａ・・・外部液体タンク内の液面
２１０ｂ・・・メニスカス（液体吐出孔内の液面）
２１５・・・気泡
２２０・・・クリーニング部材
【図１】
2012030440.tif 000005
【図２】
2012030440.tif 000006
【図３】
2012030440.tif 000007
【図４】
2012030440.tif 000008
【図５】
2012030440.tif 000009
【図６】
2012030440.tif 000010
【図７】
2012030440.tif 000011
【図８】
2012030440.tif 000012