JP2008074019A - Liquid ejecting device, image forming device and liquid ejecting method - Google Patents

Liquid ejecting device, image forming device and liquid ejecting method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a liquid ejecting device which can stabilize an ejection amount of a droplet with high accuracy. <P>SOLUTION: The liquid ejection device comprises: an ejection port 51 for ejecting a droplet; a heating element 58 arranged at a location opposite to the ejection port; a bubble generating chamber 52 for generating a bubble 66 in the internal liquid by the heating element; a bubble growing chamber 53 opening on the side of the bubble generating chamber, and having the ejection port on the side opposite to the bubble generating chamber; and a driving control means for controlling driving of the heating element. The driving control means generates predetermined heating energy at the heating element at a pulse width of 3 μ s or less, for film-boiling the liquid in the bubble generating chamber. Then the bubble generated by film-boiling in the liquid in the bubble generating chamber, passes a stage in which the bubble almost uniformly makes contact with an opening edge of the bubble growing chamber, close to the bubble generating chamber, grows in the bubble growing chamber, and then communicates with the atmosphere via the ejection port. At the same time the liquid in the bubble growing chamber is ejected from the ejection port as a droplet. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、液体吐出装置、画像形成装置、及び液体吐出方法に係り、特に、発熱素子で生じる熱エネルギーを利用してノズル(吐出口)から液滴を吐出する液体吐出装置、画像形成装置、及び液体吐出方法に関する。   The present invention relates to a liquid ejecting apparatus, an image forming apparatus, and a liquid ejecting method, and in particular, a liquid ejecting apparatus, an image forming apparatus, and the like that eject liquid droplets from nozzles (ejection ports) using thermal energy generated by a heating element. And a liquid discharge method.

インクジェット記録装置は、複数のノズル(吐出口)を有する記録ヘッドを記録媒体に対して相対的に移動させながら、各ノズルから記録媒体に向かってインク滴を吐出することにより、記録媒体上に所望の画像を記録するものであり、記録動作時の騒音性が低く、ランニングコストが安く、また、多種多様の記録媒体に対して高品位な画像を記録できることなどから広く普及している。記録ヘッドの吐出方式としては、吐出素子として、ヒーターなどの発熱素子を用いるサーマル方式と、ピエゾなどの圧電素子を用いる圧電方式に大別することができる。サーマル方式は、圧電方式に比べて、吐出素子の配設スペースを大きく確保する必要がなく、ヘッド構造を簡易化することができ、構造上ノズルピッチを高密度化するのに有利であり、高解像度記録化が進んでいる。   An ink jet recording apparatus ejects ink droplets from each nozzle toward a recording medium while moving a recording head having a plurality of nozzles (ejection ports) relative to the recording medium. These are widely used because they have low noise characteristics during recording operations, low running costs, and can record high-quality images on a wide variety of recording media. The ejection method of the recording head can be broadly classified into a thermal method using a heating element such as a heater and a piezoelectric method using a piezoelectric element such as a piezo. Compared with the piezoelectric method, the thermal method does not require a large space for disposing the ejection elements, can simplify the head structure, and is advantageous in increasing the nozzle pitch due to its structure. Resolution recording is progressing.

サーマル方式の記録ヘッドには、発熱素子とノズル(吐出口)が対向する位置に配置されたトップシューター型であり、且つ、発熱素子を駆動したときに発生する気泡を大気に連通させる大気連通駆動型のものがあり、ヘッド構造で液滴の吐出量を規定することができ、安定な吐出量を得るためのポテンシャルが高いという点で注目されている。   The thermal recording head is a top shooter type in which the heating element and the nozzle (discharge port) are opposed to each other, and the atmosphere communication drive for communicating bubbles generated when the heating element is driven to the atmosphere. There is a type, and it is drawing attention because it can regulate the discharge amount of droplets with a head structure and has a high potential for obtaining a stable discharge amount.

例えば、特許文献1には、トップシューター型であり、且つ、大気連通駆動型の記録ヘッドが記載されている。この記録ヘッドでは、吐出量の安定化や吐出効率の向上を図るために、第1及び第2の発泡室から成る2段発泡室構造が採用されている。
特開2004−42395号公報
For example, Patent Document 1 describes a recording head of a top shooter type and an atmospheric communication drive type. This recording head employs a two-stage foaming chamber structure composed of first and second foaming chambers in order to stabilize the ejection amount and improve the ejection efficiency.
JP 2004-42395 A

しかしながら、特許文献1に記載の記録ヘッドでは、気泡成長のばらつきによって吐出量がばらつく可能性があり、高精度に吐出量を安定化させることは難しい問題がある。特に、吐出量が1plクラス以下のドットを形成する場合、吐出量の安定化は難しく、記録画像を大きく劣化させてしまう要因となる。   However, in the recording head described in Patent Document 1, there is a possibility that the ejection amount varies due to variations in bubble growth, and it is difficult to stabilize the ejection amount with high accuracy. In particular, when forming dots with a discharge amount of 1 pl or less, it is difficult to stabilize the discharge amount, which causes a great deterioration in the recorded image.

特に、特許文献1の構造の場合、気泡の上面側が第2の発泡室内に成長した後の工程では、整流作用の効果によって第2の発泡室内の液体が効率的に吐出し、吐出体積のばらつきの低減が期待できる。しかし、気泡の上面が第1の発泡室内にある気泡成長の初期段階においては、吐出すべき液体が第2の発泡室から第1の発泡室の方へ向かって逃げてしまい、より高精度な液滴吐出量を得ることができないといった問題がある。   In particular, in the case of the structure of Patent Document 1, in the process after the upper surface side of the bubble grows in the second foaming chamber, the liquid in the second foaming chamber is efficiently discharged by the effect of the rectifying action, and the discharge volume varies. Reduction can be expected. However, in the initial stage of bubble growth where the upper surface of the bubble is in the first foaming chamber, the liquid to be discharged escapes from the second foaming chamber toward the first foaming chamber, and is more accurate. There is a problem that the droplet discharge amount cannot be obtained.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高精度に吐出量を安定化させることのできる液体吐出装置、画像形成装置、及び液体吐出方法を提供することを目的とする。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is that it provides a liquid discharge apparatus, an image forming apparatus, and a liquid discharge method capable of stabilizing the discharge amount with high accuracy.

前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、液滴を吐出する吐出口と、前記吐出口に対向する位置に配置され、液滴を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子と、前記発熱素子によって内部の液体に気泡を発生させる気泡発生室と、前記気泡発生室側に開口するとともに前記気泡発生室側の反対側に前記吐出口が形成され、前記気泡発生室の内部に発生した気泡を成長させるための気泡成長室と、前記発熱素子の駆動を制御する駆動制御手段と、を備え、前記駆動制御手段は、3μsec以下のパルス幅で前記発熱素子に所定の熱エネルギーを発生させ、前記気泡発生室内部の液体を膜沸騰させるものであり、前記膜沸騰によって前記気泡発生室内部の液体に発生した気泡は、前記気泡成長室の気泡発生室側開口端部に略均一に接触する状態を経て、前記気泡成長室内部で成長して前記吐出口から大気に連通するとともに、前記気泡成長室内部の液体は前記吐出口から液滴として吐出されることを特徴とする液体吐出装置を提供する。   In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 1 is characterized in that a discharge port for discharging a droplet and a heat generation that is arranged at a position facing the discharge port and generates thermal energy for discharging the droplet. An element, a bubble generation chamber for generating bubbles in an internal liquid by the heating element, an opening on the bubble generation chamber side and the discharge port on the opposite side of the bubble generation chamber side, A bubble growth chamber for growing bubbles generated inside, and drive control means for controlling the drive of the heating element, wherein the drive control means has a predetermined heat applied to the heating element with a pulse width of 3 μsec or less. Energy is generated, and the liquid in the bubble generation chamber is film-boiled. Bubbles generated in the liquid in the bubble generation chamber by the film boiling are generated at the bubble generation chamber side opening end of the bubble growth chamber. Abbreviation Through the contact state, the bubble grows in the bubble growth chamber and communicates with the atmosphere from the discharge port, and the liquid in the bubble growth chamber is discharged as a droplet from the discharge port. A liquid ejection device is provided.

本発明によれば、気泡成長室内部の液体が気泡発生室側(即ち、インク供給側)に逆流することなく、気泡成長のばらつきにも左右されず、気泡成長室の容積に略等しい液体が吐出口から吐出されるので、高精度に吐出量を安定化させることができる。   According to the present invention, the liquid in the bubble growth chamber does not flow back to the bubble generation chamber side (that is, the ink supply side), and is not affected by variations in bubble growth. Since the ink is discharged from the discharge port, the discharge amount can be stabilized with high accuracy.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の液体吐出装置であって、前記吐出口の吐出方向に関して、前記気泡発生室の高さをH1、及び前記気泡成長室の高さをH2としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
0.5≦H2/(H1+H2)≦0.9
According to a second aspect of the present invention, in the liquid ejection device according to the first aspect, the height of the bubble generation chamber is H1 and the height of the bubble growth chamber is H2 with respect to the ejection direction of the ejection port. The following formula is satisfied.
0.5 ≦ H2 / (H1 + H2) ≦ 0.9

請求項2の態様によれば、吐出量が安定するだけでなく、リフィル性が向上し、液体に対する熱ダメージを低減することができる。   According to the aspect of the second aspect, not only the discharge amount is stabilized, but also the refill property is improved, and the thermal damage to the liquid can be reduced.

また前記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の液体吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。   In order to achieve the above object, a third aspect of the present invention provides an image forming apparatus comprising the liquid ejection device according to the first or second aspect.

また前記目的を達成するために、液滴を吐出する吐出口と、前記吐出口に対向する位置に配置され、液滴を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子と、前記発熱素子によって内部の液体に気泡を発生させる気泡発生室と、前記気泡発生室側に開口するとともに前記気泡発生室側の反対側に前記吐出口が形成され、前記気泡発生室の内部に発生した気泡を成長させるための気泡成長室と、前記発熱素子の駆動を制御する駆動制御手段と、を備えた液体吐出装置の液体吐出方法であって、3μsec以下のパルス幅で前記発熱素子に所定の熱エネルギーを発生させ、前記気泡発生室内部の液体を膜沸騰させる工程と、前記膜沸騰によって前記気泡発生室内部の液体に発生した気泡を成長させて前記気泡成長室の気泡発生室側開口端部に略均一に接触させる工程と、前記気泡成長室で気泡を更に成長させて前記吐出口から大気に連通させるとともに、前記気泡成長室内部の液体を前記吐出口から液滴として吐出する工程と、を含むことを特徴とする液体吐出方法を提供する。   In order to achieve the above object, a discharge port that discharges droplets, a heating element that is disposed at a position facing the discharge port and generates thermal energy for discharging the droplets, and the heating element internally A bubble generating chamber for generating bubbles in the liquid, and an opening formed on the bubble generating chamber side and the discharge port on the opposite side of the bubble generating chamber side to grow bubbles generated inside the bubble generating chamber A liquid ejection method for a liquid ejection apparatus comprising a bubble growth chamber for controlling the drive of the heating element, and generates a predetermined thermal energy in the heating element with a pulse width of 3 μsec or less A step of film boiling the liquid in the bubble generation chamber, and the bubble generated in the liquid in the bubble generation chamber by the film boiling is grown, and is substantially at the bubble generation chamber side opening end of the bubble growth chamber. And a step of further growing bubbles in the bubble growth chamber so as to communicate with the atmosphere from the discharge port, and discharging the liquid in the bubble growth chamber as droplets from the discharge port. A liquid ejection method is provided.

本発明によれば、気泡成長室内部の液体が気泡発生室側(即ち、インク供給側)に逆流することなく、気泡成長のばらつきにも左右されず、気泡成長室の容積に略等しい液体が吐出口から吐出されるので、高精度に吐出量を安定化させることができる。   According to the present invention, the liquid in the bubble growth chamber does not flow back to the bubble generation chamber side (that is, the ink supply side), and is not affected by variations in bubble growth. Since the ink is discharged from the discharge port, the discharge amount can be stabilized with high accuracy.

以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

まず、本発明に係る画像形成装置の一実施形態としてのインクジェット記録装置について説明する。図1は、インクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示すように、本実施形態のインクジェット記録装置10は、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンダ(M)、イエロー(Y)の色インク毎に設けられた複数の記録ヘッドを有する印字部12と、各記録ヘッドに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵/装填部14と、記録紙16を供給する給紙部18と、記録紙16のカールを除去するデカール処理部20と、前記印字部12のノズル面(インク吐出面)に対向して配置され、記録紙16の平面性を保持しながら記録紙16を搬送する吸着ベルト搬送部22と、印字部12による印字結果を読み取る印字検出部24と、印画済みの記録紙(プリント物)を外部に排紙する排紙部26と、を備えている。   First, an ink jet recording apparatus as an embodiment of an image forming apparatus according to the present invention will be described. FIG. 1 is an overall configuration diagram of an ink jet recording apparatus. As shown in the figure, the ink jet recording apparatus 10 of the present embodiment has a plurality of recording heads provided for each color ink of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y). A printing unit 12; an ink storage / loading unit 14 that stores ink to be supplied to each recording head; a paper feeding unit 18 that supplies recording paper 16; and a decurling unit 20 that removes curl from the recording paper 16. The suction belt conveyance unit 22 that is arranged to face the nozzle surface (ink ejection surface) of the printing unit 12 and conveys the recording paper 16 while maintaining the flatness of the recording paper 16, and the printing result by the printing unit 12 A print detection unit 24 for reading and a paper discharge unit 26 for discharging printed recording paper (printed matter) to the outside are provided.

図1では、給紙部18の一例としてロール紙(連続用紙)のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。   In FIG. 1, a magazine for rolled paper (continuous paper) is shown as an example of the paper supply unit 18, but a plurality of magazines having different paper widths, paper quality, and the like may be provided side by side. Further, instead of the roll paper magazine or in combination therewith, the paper may be supplied by a cassette in which cut papers are stacked and loaded.

ロール紙を使用する装置構成の場合、図1のように、裁断用のカッター28が設けられており、該カッター28によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター28は、記録紙16の搬送路幅以上の長さを有する固定刃28Aと、該固定刃28Aに沿って移動する丸刃28Bとから構成されており、印字裏面側に固定刃28Aが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃28Bが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター28は不要である。   In the case of an apparatus configuration using roll paper, a cutter 28 is provided as shown in FIG. 1, and the roll paper is cut into a desired size by the cutter 28. The cutter 28 includes a fixed blade 28A having a length equal to or greater than the conveyance path width of the recording paper 16, and a round blade 28B that moves along the fixed blade 28A. The fixed blade 28A is provided on the back side of the print. The round blade 28B is arranged on the print surface side with the conveyance path interposed therebetween. Note that the cutter 28 is not necessary when cut paper is used.

複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。   When multiple types of recording paper are used, an information recording body such as a barcode or wireless tag that records paper type information is attached to the magazine, and the information on the information recording body is read by a predetermined reader. Therefore, it is preferable to automatically determine the type of paper to be used and perform ink ejection control so as to realize appropriate ink ejection according to the type of paper.

給紙部18から送り出される記録紙16はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部20においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム30で記録紙16に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。   The recording paper 16 delivered from the paper supply unit 18 retains curl due to having been loaded in the magazine. In order to remove this curl, heat is applied to the recording paper 16 by the heating drum 30 in the direction opposite to the curl direction of the magazine in the decurling unit 20. At this time, it is more preferable to control the heating temperature so that the printed surface is slightly curled outward.

デカール処理後、カットされた記録紙16は、吸着ベルト搬送部22へと送られる。吸着ベルト搬送部22は、ローラー31、32間に無端状のベルト33が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部12のノズル面に対向する部分が平面をなすように構成されている。   After the decurling process, the cut recording paper 16 is sent to the suction belt conveyance unit 22. The suction belt conveyance unit 22 has a structure in which an endless belt 33 is wound between rollers 31 and 32, and is configured such that at least a portion facing the nozzle surface of the printing unit 12 forms a flat surface.

ベルト33は、記録紙16の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔(不図示)が形成されている。図1に示したとおり、ローラー31、32間に掛け渡されたベルト33の内側において印字部12のノズル面に対向する位置には吸着チャンバー34が設けられており、この吸着チャンバー34をファン35で吸引して負圧にすることによってベルト33上の記録紙16が吸着保持される。   The belt 33 has a width that is greater than the width of the recording paper 16, and a plurality of suction holes (not shown) are formed on the belt surface. As shown in FIG. 1, a suction chamber 34 is provided at a position facing the nozzle surface of the printing unit 12 inside the belt 33 spanned between the rollers 31 and 32, and the suction chamber 34 is connected to the fan 35. The recording paper 16 on the belt 33 is sucked and held by suctioning to negative pressure.

ベルト33が巻かれているローラー31、32の少なくとも一方にモーター(不図示)の動力が伝達されることにより、ベルト33は図1において、時計回り方向に駆動され、ベルト33上に保持された記録紙16は紙搬送方向(副走査方向;図1の右方向)と搬送される。   The power of a motor (not shown) is transmitted to at least one of the rollers 31 and 32 around which the belt 33 is wound, so that the belt 33 is driven in the clockwise direction in FIG. The recording paper 16 is conveyed in the paper conveyance direction (sub-scanning direction; right direction in FIG. 1).

縁無しプリント等を印字するとベルト33上にもインクが付着するので、ベルト33の外側の所定位置(印字領域以外の適当な位置)にベルト清掃部36が設けられている。ベルト清掃部36の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。   Since ink adheres to the belt 33 when a borderless print or the like is printed, the belt cleaning unit 36 is provided at a predetermined position outside the belt 33 (an appropriate position other than the print area). Although details of the configuration of the belt cleaning unit 36 are not shown, for example, there are a method of niping a brush roll, a water absorbing roll, etc., an air blowing method of spraying clean air, or a combination thereof. In the case where the cleaning roll is nipped, the cleaning effect is great if the belt linear velocity and the roller linear velocity are changed.

なお、吸着ベルト搬送部22に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。   Although a mode using a roller / nip transport mechanism instead of the suction belt transport unit 22 is also conceivable, when the print area is transported by a roller / nip, the roller comes into contact with the print surface of the paper immediately after printing, so that the image blurs. There is a problem that it is easy. Therefore, as in this example, suction belt conveyance that does not contact the image surface in the printing region is preferable.

吸着ベルト搬送部22により形成される用紙搬送路上において印字部12の上流側には、加熱ファン40が設けられている。加熱ファン40は、印字前の記録紙16に加熱空気を吹きつけ、記録紙16を加熱する。印字直前に記録紙16を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。   A heating fan 40 is provided on the upstream side of the printing unit 12 on the paper conveyance path formed by the suction belt conveyance unit 22. The heating fan 40 heats the recording paper 16 by blowing heated air onto the recording paper 16 before printing. Heating the recording paper 16 immediately before printing makes it easier for the ink to dry after landing.

インク貯蔵/装填部14は、印字部12の各記録ヘッドに対応する色のインクを貯蔵するタンク(メインタンク)を有している。また、インク貯蔵/装填部14は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段(表示手段、警告音発生手段等)を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。   The ink storage / loading unit 14 has a tank (main tank) that stores ink of a color corresponding to each recording head of the printing unit 12. Further, the ink storage / loading unit 14 includes notifying means (display means, warning sound generating means, etc.) for notifying when the ink remaining amount is low, and has a mechanism for preventing erroneous loading between colors. is doing.

印字検出部24は、印字部12の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ(ラインセンサ等)を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。   The print detection unit 24 includes an image sensor (line sensor or the like) for imaging the droplet ejection result of the print unit 12, and means for checking nozzle clogging and other ejection defects from the droplet ejection image read by the image sensor. Function as.

本例の印字検出部24は、記録紙16の画像記録幅よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤(R)の色フィルタが設けられた光電変換素子(画素)がライン状に配列されたRセンサ列と、緑(G)の色フィルタが設けられたGセンサ列と、青(B)の色フィルタが設けられたBセンサ列とからなる色分解ラインCCDセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。   The print detection unit 24 of this example is composed of a line sensor having a light receiving element array that is wider than the image recording width of the recording paper 16. The line sensor includes an R sensor row in which photoelectric conversion elements (pixels) provided with red (R) color filters are arranged in a line, a G sensor row provided with green (G) color filters, The color separation line CCD sensor includes a B sensor array provided with a blue (B) color filter. Instead of the line sensor, an area sensor in which the light receiving elements are two-dimensionally arranged can be used.

印字検出部24は、各色の記録ヘッドにより印字されたテストパターンを読み取り、各記録ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。   The print detection unit 24 reads a test pattern printed by the recording head of each color, and detects ejection of each recording head. The ejection determination includes the presence / absence of ejection, measurement of dot size, measurement of dot landing position, and the like.

印字検出部24の後段には、後乾燥部42が設けられている。後乾燥部42は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。   A post-drying unit 42 is provided following the print detection unit 24. The post-drying unit 42 is means for drying the printed image surface, and for example, a heating fan is used. Since it is preferable to avoid contact with the printing surface until the ink after printing is dried, a method of blowing hot air is preferred.

多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。   When printing on porous paper with dye-based ink, the weather resistance of the image is improved by preventing contact with ozone or other things that cause dye molecules to break by blocking the paper holes by pressurization. There is an effect to.

後乾燥部42の後段には、加熱・加圧部44が設けられている。加熱・加圧部44は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー45で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。   A heating / pressurizing unit 44 is provided following the post-drying unit 42. The heating / pressurizing unit 44 is a means for controlling the glossiness of the image surface, and pressurizes with a pressure roller 45 having a predetermined uneven surface shape while heating the image surface to transfer the uneven shape to the image surface. To do.

このようにして生成されたプリント物は、排紙部26から排出される。本来プリントすべき本画像(目的の画像を印刷したもの)とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置10では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部26A、26Bへと送るために排紙経路を切り換える選別手段(不図示)が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター(第2のカッター)48によってテスト印字の部分を切り離す。カッター48は、排紙部26の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター48の構造は前述した第1のカッター28と同様であり、固定刃48Aと丸刃48Bとから構成されている。また、図示を省略したが、本画像の排出部26Aには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。   The printed matter generated in this manner is outputted from the paper output unit 26. It is preferable that the original image to be printed (printed target image) and the test print are discharged separately. The ink jet recording apparatus 10 is provided with sorting means (not shown) for switching the paper discharge path in order to select the print product of the main image and the print product of the test print and send them to the discharge units 26A and 26B. ing. Note that when the main image and the test print are simultaneously formed in parallel on a large sheet, the test print portion is separated by a cutter (second cutter) 48. The cutter 48 is provided immediately before the paper discharge unit 26, and cuts the main image and the test print unit when the test print is performed on the image margin. The structure of the cutter 48 is the same as that of the first cutter 28 described above, and includes a fixed blade 48A and a round blade 48B. Although not shown, the paper output unit 26A for the target prints is provided with a sorter for collecting prints according to print orders.

本実施形態では、KCMYの標準色(4色)の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する記録ヘッドを追加する構成も可能である。   In this embodiment, the configuration of KCMY standard colors (four colors) is illustrated, but the combination of ink colors and the number of colors is not limited to this embodiment, and light ink and dark ink are added as necessary. May be. For example, it is possible to add a recording head that discharges light ink such as light cyan and light magenta.

図2は、インクジェット記録装置10の印字部周辺の構成を示した概略構成図である。インクジェット記録装置10は、ガイドレール90によって案内された状態で記録紙16の紙幅方向(主走査方向)に往復移動可能なキャリッジ92を備えている。このキャリッジ92上には、ブラック(K)、シアン(C)、マゼンダ(M)、イエロー(Y)の各色インクにそれぞれ対応する記録ヘッド12K、12C、12M、12Yが搭載される。各記録ヘッド12K、12C、12M、12Yは、発熱素子としてのヒーターを備えており、発熱素子で生じる熱エネルギーを利用してインク吐出口(ノズル)からインク滴を吐出させる。インクジェット記録装置10は、記録紙16を副走査方向(紙搬送方向)に搬送しつつ、各記録ヘッド12K、12C、12M、12Yと共にキャリッジ92を主走査方向に往復移動させながら、各記録ヘッド12K、12C、12M、12Yのノズルからそれぞれ対応する色インクのインク滴を吐出させる。これにより、記録紙16上に所望の画像が記録される。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration around the printing unit of the inkjet recording apparatus 10. The ink jet recording apparatus 10 includes a carriage 92 that can reciprocate in the paper width direction (main scanning direction) of the recording paper 16 while being guided by the guide rail 90. On the carriage 92, recording heads 12K, 12C, 12M, and 12Y corresponding to the respective color inks of black (K), cyan (C), magenta (M), and yellow (Y) are mounted. Each of the recording heads 12K, 12C, 12M, and 12Y includes a heater as a heating element, and ejects ink droplets from an ink ejection port (nozzle) using thermal energy generated by the heating element. The ink jet recording apparatus 10 transports the recording paper 16 in the sub-scanning direction (paper transport direction), and reciprocally moves the carriage 92 together with the recording heads 12K, 12C, 12M, and 12Y in the main scanning direction. , 12C, 12M, and 12Y, corresponding color ink droplets are ejected from the nozzles. As a result, a desired image is recorded on the recording paper 16.

各記録ヘッド12K、12C、12M、12Yはそれぞれサブタンク(不図示)と一体的に構成されており、記録動作中、サブタンク内に貯蔵されるインクが記録ヘッドのインク消費に伴って順次供給される。また、記録動作の進行に伴ってサブタンク内のインク残量が所定量以下になると、キャリッジ92は、図2に示すような所定の待機位置(メンテナンス位置)に移動される。待機位置では、メインタンクからサブタンクにインク補給が行われ、サブタンク内にインクが十分満たされた後、記録動作が再開される。なお、メインタンクは、図1に示したインク貯蔵/装填部14と等価なものである。   Each of the recording heads 12K, 12C, 12M, and 12Y is configured integrally with a sub tank (not shown), and ink stored in the sub tank is sequentially supplied as the recording head consumes ink during the recording operation. . Further, when the ink remaining amount in the sub-tank becomes a predetermined amount or less as the recording operation proceeds, the carriage 92 is moved to a predetermined standby position (maintenance position) as shown in FIG. At the standby position, ink is supplied from the main tank to the sub tank, and after the sub tank is sufficiently filled with ink, the recording operation is resumed. The main tank is equivalent to the ink storage / loading unit 14 shown in FIG.

以下では、各色に対応する記録ヘッド12K、12C、12M、12Yの構成は共通するので、これらを代表して符号50で記録ヘッドを表す。   In the following, since the recording heads 12K, 12C, 12M, and 12Y corresponding to the respective colors have the same configuration, the recording head is represented by reference numeral 50 as a representative of these.

図3は、記録ヘッド50の要部構成を示した断面図である。図3に示すように、本実施形態の記録ヘッド50は、吐出素子として発熱素子を利用したサーマル方式ヘッドであり、その中でも特に、発熱素子としてのヒーター58と吐出口(ノズル)51が対向して配置されたトップシューター型であり、且つ、ヒーター58を駆動したときに発生する気泡を大気に連通させる大気連通駆動型のヘッド構造が採用されたものである。なお、図3では、鉛直上方向がノズル51の吐出方向となるように示している。以下、記録ヘッド50の各部の構造について詳説する。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing the main configuration of the recording head 50. As shown in FIG. 3, the recording head 50 of the present embodiment is a thermal type head that uses a heating element as an ejection element, and in particular, a heater 58 as a heating element and an ejection port (nozzle) 51 face each other. The head shooter type head structure of the air communication drive type that allows bubbles generated when the heater 58 is driven to communicate with the atmosphere is employed. In FIG. 3, the vertical upward direction is shown as the ejection direction of the nozzle 51. Hereinafter, the structure of each part of the recording head 50 will be described in detail.

図3に示すように、記録ヘッド50は、第1の基板60、第2の基板62、及び第3の基板64が順次積層され接合されている。各基板の構成材料としては、例えば、第1の基板60がシリコン(Si)、第2及び第3の基板62、64が感光性樹脂であるが、各基板の構成材料はこれらに限定されず、金属、ガラス、セラミックスなど様々な材料を用いることができる。また、各基板の構成材料は全て同一材料でもよいし、互いに異なる材料であってもよい。ただし、各基板の反りを軽減する観点から全て同一材料で構成されることが好ましい。   As shown in FIG. 3, in the recording head 50, a first substrate 60, a second substrate 62, and a third substrate 64 are sequentially stacked and bonded. As a constituent material of each substrate, for example, the first substrate 60 is silicon (Si), and the second and third substrates 62 and 64 are photosensitive resins. However, the constituent material of each substrate is not limited thereto. Various materials such as metal, glass and ceramics can be used. Further, the constituent materials of the respective substrates may be the same material or different materials. However, it is preferable that they are all made of the same material from the viewpoint of reducing the warpage of each substrate.

第1の基板60には、吐出素子(発熱素子)としてのヒーター58が第2の基板62側の面に形成されるとともに、インク供給用の供給口54が貫通形成される。なお、図示は省略したが、第1の基板60には、ヒーター58に駆動信号を供給するための電気配線が所定形状にパターニングされる。第2の基板62には、気泡発生室52やインク供給路56の一部に相当する空間部が形成される。第3の基板64には、気泡成長室53やインク供給路56の一部に相当する空間部が形成されるとともに、インク滴を吐出するための吐出口(ノズル)51が貫通形成される。なお、図示は省略したが、記録ヘッド50には、複数のノズル51が2列で千鳥状に配列されており、各ノズル51に対応する気泡発生室52、気泡成長室53及びヒーター58が各々設けられている。   In the first substrate 60, a heater 58 as an ejection element (heat generating element) is formed on the surface on the second substrate 62 side, and a supply port 54 for supplying ink is formed therethrough. Although not shown, electrical wiring for supplying a drive signal to the heater 58 is patterned on the first substrate 60 in a predetermined shape. On the second substrate 62, a space corresponding to a part of the bubble generation chamber 52 and the ink supply path 56 is formed. In the third substrate 64, a space corresponding to part of the bubble growth chamber 53 and the ink supply path 56 is formed, and an ejection port (nozzle) 51 for ejecting ink droplets is formed therethrough. Although not shown, in the recording head 50, a plurality of nozzles 51 are arranged in a zigzag pattern in two rows, and a bubble generation chamber 52, a bubble growth chamber 53, and a heater 58 corresponding to each nozzle 51 are provided. Is provided.

各基板60〜64が積層接合された状態において、気泡発生室52の下面側にはヒーター58が配置され、その反対側(上面側)には気泡成長室53が連通する。気泡成長室53は気泡発生室52側に開口するとともに、その反対側(上面側)にはノズル51が連通する。このように気泡発生室52、気泡成長室53、及びノズル51は、ヒーター58が配置される面に対して垂直な方向に沿って(即ち、吐出方向に平行に)配置され連通した構造となっている。なお、本実施形態では、上述したように、ヒーター58とノズル51が対向する位置に配置されたトップシューター型のヘッド構造が採用されており、これらの間に気泡発生室52及び気泡成長室53が配置される。   In a state where the substrates 60 to 64 are laminated and bonded, the heater 58 is disposed on the lower surface side of the bubble generation chamber 52, and the bubble growth chamber 53 communicates with the opposite side (upper surface side). The bubble growth chamber 53 opens to the bubble generation chamber 52 side, and the nozzle 51 communicates with the opposite side (upper surface side). Thus, the bubble generation chamber 52, the bubble growth chamber 53, and the nozzle 51 are arranged and communicated along a direction perpendicular to the surface on which the heater 58 is arranged (that is, parallel to the discharge direction). ing. In the present embodiment, as described above, the top shooter type head structure in which the heater 58 and the nozzle 51 are arranged to face each other is employed, and the bubble generation chamber 52 and the bubble growth chamber 53 are interposed therebetween. Is placed.

気泡成長室53とノズル51はそれぞれ円柱状(断面ストレート状)に構成され、これらは同軸上に配置される。なお、図3に示すように、気泡成長室53の内径D2はノズル51の内径D1よりも大きく構成される(即ち、D2>D1)。   The bubble growth chamber 53 and the nozzle 51 are each formed in a columnar shape (straight section), and these are arranged on the same axis. As shown in FIG. 3, the inner diameter D2 of the bubble growth chamber 53 is configured to be larger than the inner diameter D1 of the nozzle 51 (that is, D2> D1).

図示は省略するがヒーター58の平面形状は円形状に構成され、気泡成長室53やノズル51の平面形状(軸方向に垂直な断面形状)と相似関係にあり、気泡成長室53やノズル51と同軸上に配置される。後述するように、本実施形態におけるヒーター58の好ましいサイズとしては、ヒーター58の長さ(外径)Lが気泡成長室の内径D2より大きく、且つ、気泡成長室の内径D2の1.2倍未満である。   Although not shown in the drawing, the planar shape of the heater 58 is circular, and is similar to the planar shape of the bubble growth chamber 53 and the nozzle 51 (cross-sectional shape perpendicular to the axial direction). It is arranged on the same axis. As will be described later, as a preferred size of the heater 58 in the present embodiment, the length (outer diameter) L of the heater 58 is larger than the inner diameter D2 of the bubble growth chamber and 1.2 times the inner diameter D2 of the bubble growth chamber. Is less than.

各部の寸法を一例として示すと、ノズル51の内径D1は13.5[μm]、気泡成長室53の内径D2及び高さH2はそれぞれ27[μm]、13.5[μm]、気泡発生室52の高さH1は9[μm]、ヒーター58の長さ(外径)Lは31.5[μm]である。   For example, the inner diameter D1 of the nozzle 51 is 13.5 [μm], the inner diameter D2 and the height H2 of the bubble growth chamber 53 are 27 [μm] and 13.5 [μm], respectively. The height H1 of 52 is 9 [μm], and the length (outer diameter) L of the heater 58 is 31.5 [μm].

気泡発生室52には、その側方(図3の右側)に形成されるインク供給路56が連通する。インク供給路56には、第1の基板60に貫通形成される供給口54が連通しており、記録ヘッド50の背面側(図3の下側)に配置されるサブタンク(不図示)から供給口54を介してインク供給が行われる。気泡発生室52や気泡成長室53の内部には、インク供給路56から供給されるインクが充填される。   An ink supply path 56 formed on the side (the right side in FIG. 3) communicates with the bubble generation chamber 52. A supply port 54 penetratingly formed in the first substrate 60 communicates with the ink supply path 56, and is supplied from a sub tank (not shown) disposed on the back side (lower side in FIG. 3) of the recording head 50. Ink is supplied through the port 54. The bubble generation chamber 52 and the bubble growth chamber 53 are filled with ink supplied from the ink supply path 56.

かかる構成により、ヒーター58に所定の駆動信号が供給されると、ヒーター58で生じる熱エネルギーによってヒーター58表面の気泡発生室52内のインクに気泡が発生する。本実施形態では、後述するように、ヒーター58表面の液体を膜沸騰させるのに十分な熱エネルギーが投入され、扁平状の気泡が発生する。気泡発生後、気泡は気泡発生室52や気泡成長室53で成長を続けてノズル51から大気に連通するとともに、気泡成長室53内のインクはノズル51から押し出される形で液滴として吐出される。   With this configuration, when a predetermined drive signal is supplied to the heater 58, bubbles are generated in the ink in the bubble generation chamber 52 on the surface of the heater 58 by the thermal energy generated by the heater 58. In the present embodiment, as will be described later, sufficient thermal energy is input to cause the liquid on the surface of the heater 58 to boil, and flat bubbles are generated. After the bubbles are generated, the bubbles continue to grow in the bubble generation chamber 52 and the bubble growth chamber 53 and communicate with the atmosphere from the nozzle 51, and the ink in the bubble growth chamber 53 is ejected as droplets while being pushed out of the nozzle 51. .

なお、本実施形態では、気泡成長室53は円柱状(断面ストレート状)に構成されているが、本発明の実施に際してはこれに限定されない。図4は、本実施形態の変形例としての記録ヘッドの要部構成を示した断面図である。図4中、図3と共通する部分には同一番号を付している。図4の記録ヘッド50′の気泡成長室53′は、ノズル51の吐出方向(図3の上側)に向かって先細となる円錐台状(断面テーパ状)に構成される。この場合、気泡成長室53′の傾斜面53aのテーパ角度(吐出方向に対する傾斜角度)θとしては、約10〜40[度]が好ましい。また、ノズル51についても同様に、円柱状(断面ストレート状)に限定されず、例えば、円錐台状(断面テーパ状)に構成されていてもよい。また、ヒーター58の平面形状は円形状に限らず、例えば、正方形状でもよい。   In the present embodiment, the bubble growth chamber 53 is formed in a columnar shape (straight section), but the present invention is not limited to this. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the main configuration of a recording head as a modification of the present embodiment. In FIG. 4, the same reference numerals are given to portions common to FIG. 3. The bubble growth chamber 53 ′ of the recording head 50 ′ in FIG. 4 is configured in a truncated cone shape (tapered section) that tapers in the ejection direction of the nozzle 51 (upper side in FIG. 3). In this case, the taper angle (inclination angle with respect to the ejection direction) θ of the inclined surface 53a of the bubble growth chamber 53 ′ is preferably about 10 to 40 degrees. Similarly, the nozzle 51 is not limited to a cylindrical shape (straight section), and may be configured in a truncated cone shape (tapered section), for example. Further, the planar shape of the heater 58 is not limited to a circular shape, and may be a square shape, for example.

次に、本発明の特徴的な部分である吐出制御方法について説明する。図5は、気泡の発生及び成長プロセスを示した説明図であり、図3のノズル周辺部の拡大図に相当する。   Next, a discharge control method that is a characteristic part of the present invention will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the bubble generation and growth process, and corresponds to an enlarged view of the nozzle periphery in FIG.

まず、0.5〜3.0[μsec]程度のパルス幅でヒーター58に所定の熱エネルギーを発生させる。具体的には、ヒーター58表面のインクを膜沸騰させるのに十分な熱エネルギーを投入する。これにより、図5(a)に示すように、ヒーター58表面のインクは気化し、扁平状の気泡66が発生する。なお、パルス幅が3.0[μsec]を超えてしまうと数十[kHz]オーダーの吐出周波数を実現することができないことから、上記範囲のパルス幅で所定の熱エネルギーを発生させることが好ましい。   First, predetermined heat energy is generated in the heater 58 with a pulse width of about 0.5 to 3.0 [μsec]. Specifically, sufficient thermal energy is input to boil the ink on the surface of the heater 58. As a result, as shown in FIG. 5A, the ink on the surface of the heater 58 is vaporized, and flat bubbles 66 are generated. Note that if the pulse width exceeds 3.0 [μsec], it is not possible to realize an ejection frequency on the order of several tens [kHz]. Therefore, it is preferable to generate predetermined thermal energy with a pulse width in the above range. .

膜沸騰によってヒーター58表面に気泡66が発生したら、ヒーター58に対する通電パルスをオフにする。これにより、熱エネルギーの投入が停止されるため、新たなインクの気化(蒸発)はほとんど発生しない。しかし、0.5〜3.0[μsec]程度の短時間のパルス幅で高い熱エネルギーを投入しているので、発生した気泡66は高温であるため膨張を開始する。ヒーター58表面に発生した気泡66は扁平状の形状から膨張するので、図5(b)に示すように、気泡66は気泡成長室53の気泡発生室52側(ヒーター58側)開口端部に略均一に接触する状態を経る。   When bubbles 66 are generated on the surface of the heater 58 due to film boiling, the energization pulse to the heater 58 is turned off. As a result, the input of thermal energy is stopped, and therefore, there is almost no vaporization (evaporation) of new ink. However, since high thermal energy is input with a short pulse width of about 0.5 to 3.0 [μsec], the generated bubbles 66 start to expand because of high temperature. Since the bubble 66 generated on the surface of the heater 58 expands from a flat shape, as shown in FIG. 5B, the bubble 66 is at the opening end of the bubble growth chamber 53 on the bubble generation chamber 52 side (heater 58 side). It goes through a state of contact in a substantially uniform manner.

更に、図5(c)に示すように、気泡66は膨張を続けて、気泡成長室53の容積と略等しい体積の液滴(インク滴)をノズル51から押し出す。やがて、気泡66はノズル51から大気に連通するとともに、液滴はノズル51から離れて飛翔する。   Further, as shown in FIG. 5C, the bubble 66 continues to expand, and a droplet (ink droplet) having a volume substantially equal to the volume of the bubble growth chamber 53 is pushed out from the nozzle 51. Eventually, the bubbles 66 communicate with the atmosphere from the nozzle 51, and the droplets fly away from the nozzle 51.

このように膜沸騰によってヒーター58表面に発生した扁平状の気泡66は、気泡成長室53の気泡発生室52側(ヒーター58側)開口端部に略均一に接触する状態(即ち、気泡成長室53の気泡発生室52側の開口端部が気泡表面で塞がれた状態)を経て、気泡成長室53内のインクをノズル51から押し出すような形で成長し、ノズル51から大気に連通するとともに、気泡成長室53内のインクは液滴としてノズル51から吐出される。つまり、気泡成長室53内のインクが気泡発生室52側(インク供給路56側)に逆流することがなく、気泡の成長ばらつきにも左右されず、気泡成長室53の容積に略等しいインクがノズル51から吐出されるので、高精度に吐出量を安定化させることができる。   Thus, the flat bubbles 66 generated on the surface of the heater 58 due to film boiling are in a state where they are in contact with the opening end of the bubble generation chamber 53 on the bubble generation chamber 52 side (heater 58 side) substantially uniformly (that is, the bubble growth chamber). 53, the opening end of the bubble generating chamber 52 side is closed with the bubble surface), and the ink in the bubble growing chamber 53 grows in such a manner as to be pushed out from the nozzle 51, and communicates from the nozzle 51 to the atmosphere. At the same time, the ink in the bubble growth chamber 53 is ejected from the nozzle 51 as droplets. That is, the ink in the bubble growth chamber 53 does not flow back to the bubble generation chamber 52 side (ink supply path 56 side), and is not affected by the bubble growth variation. Since the nozzle 51 discharges, the discharge amount can be stabilized with high accuracy.

発熱素子としてのヒーター58による加熱条件としては、上述したように、0.5〜3.0[μsec]程度の短時間のパルス幅で、ヒーター58表面のインクを膜沸騰させるのに十分な熱エネルギーを投入する。具体的には、水系インクの場合で、300〜400[℃]の気泡を発生させるための熱量を与える。発生する気泡に相当するインクの体積、蒸発潜熱、比熱などの関係から、適宜投入する熱エネルギーを設定すればよい。このように吐出サイクル初期の短時間に高い熱エネルギーを投入して膜沸騰を発生させ、ヒーター58表面に扁平状の気泡を生成させ、気泡が気泡成長室53に入る段階では気泡膨張のみが起こっているプロセスを実現する。   As described above, the heating condition by the heater 58 as a heating element is sufficient heat to cause the ink on the surface of the heater 58 to boil with a short pulse width of about 0.5 to 3.0 [μsec]. Input energy. Specifically, in the case of water-based ink, an amount of heat for generating bubbles of 300 to 400 [° C.] is given. What is necessary is just to set the thermal energy to input suitably from the relationship of the volume of the ink corresponding to the bubble to generate | occur | produce, latent heat of vaporization, specific heat, etc. In this way, high thermal energy is input in a short period of time at the beginning of the discharge cycle to generate film boiling, to generate flat bubbles on the surface of the heater 58, and only bubble expansion occurs when the bubbles enter the bubble growth chamber 53. Realize the process.

このような吐出制御を実現する上で、記録ヘッド50の各部の好ましい寸法条件としては、まず、気泡発生室52の高さH1については、膜沸騰による気泡発生時の気泡の高さよりも大きいことと、インクのリフィル性能を確保できることを考慮して、その下限値を決定することが好ましい。また、気泡成長室53の高さH2と内径D2については、ノズル51から吐出される液滴の吐出量(体積)に応じて決定すればよい。   In realizing such discharge control, as a preferable dimensional condition of each part of the recording head 50, first, the height H1 of the bubble generating chamber 52 is larger than the height of the bubbles when bubbles are generated by film boiling. In consideration of the fact that the ink refill performance can be ensured, it is preferable to determine the lower limit value. In addition, the height H2 and the inner diameter D2 of the bubble growth chamber 53 may be determined according to the discharge amount (volume) of the droplets discharged from the nozzle 51.

また、気泡発生室52及び気泡成長室53の高さH1+H2に対する気泡成長室53の高さH2の比H2/(H1+H2)については極力大きい方がノズル51の吐出量(体積)を高精度にすることができる。   Further, as for the ratio H2 / (H1 + H2) of the height H2 of the bubble growth chamber 53 to the height H1 + H2 of the bubble generation chamber 52 and the bubble growth chamber 53, the one that is as large as possible increases the discharge amount (volume) of the nozzle 51. be able to.

図6は、気泡発生室52及び気泡成長室53の高さH1+H2に対する気泡成長室53の高さH2の比H2/(H1+H2)を変化させたときの各特性(吐出量ばらつき性、リフィル性、インクの熱ダメージ)の評価結果である。各特性の評価基準としては、吐出量ばらつき性については、吐出量のばらつきが±3%以下の場合を◎、±3%〜±7%の場合を○、±7%以上の場合を×とした。また、リフィル性については、吐出周波数を変化させた場合に不吐出が発生しない限界周波数が30kHz以上の場合を◎、10〜30kHzの場合を○、10kHz以下の場合を×とした。また、インクの熱ダメージについては、熱エネルギーが付与される前後のインクの色濃度(光学濃度)の比の値が0.9以上の場合を◎、0.8以上0.9未満の場合を○、0.8未満の場合を×とした。なお、インクの熱ダメージについては、評価が×のものはなかった。   FIG. 6 shows various characteristics when the ratio H2 / (H1 + H2) of the height H2 of the bubble growth chamber 53 to the height H1 + H2 of the bubble generation chamber 52 and the bubble growth chamber 53 is changed (discharge amount variation, refill properties, This is an evaluation result of thermal damage of ink. As the evaluation criteria for each characteristic, the discharge amount variability is ◎ when the discharge amount variation is ± 3% or less, ◯ when it is ± 3% to ± 7%, and × when it is ± 7% or more. did. In addition, regarding the refill property, the case where the limit frequency at which non-ejection does not occur when the ejection frequency is changed is 30 kHz or more, the case where it is 10 to 30 kHz, and the case where it is 10 kHz or less are x. As for thermal damage of the ink, the ratio of the color density (optical density) of the ink before and after the thermal energy is applied is 0.9 or more, and 0.8 or less than 0.9. ○, the case of less than 0.8 was taken as x. In addition, the thermal damage of the ink was not evaluated as x.

図6から分かるように、H2/(H1+H2)の好ましい範囲としては、
0.5≦H2/(H1+H2)≦0.9
である。つまり、気泡成長室53の高さH2が、気泡発生室52及び気泡成長室53の高さH1+H2の50〜90[%]の範囲となるように構成することで、吐出量のばらつきを低減することができ、且つ、リフィル性が向上し、また、インクの熱ダメージを抑制することができる。また、H2/(H1+H2)のより好ましい範囲としては、
0.7≦H2/(H1+H2)≦0.9
である。つまり、気泡成長室53の高さH2が、気泡発生室52及び気泡成長室53の高さH1+H2の70〜90[%]の範囲となるように構成することで、吐出量のばらつきを更に低減することができ、インクの熱ダメージをより抑制することができる。H2/(H1+H2)の下限値を0.7とすることで、気泡成長室53が全体に占める割合が高くなり、ヒーター58で高温に加熱されたインクの大半を1回の吐出サイクルでヘッド外部に吐出することができるので、インクの色素の熱ダメージを低減することができるためである。
As can be seen from FIG. 6, as a preferable range of H2 / (H1 + H2),
0.5 ≦ H2 / (H1 + H2) ≦ 0.9
It is. That is, by configuring the height H2 of the bubble growth chamber 53 to be in the range of 50 to 90 [%] of the height H1 + H2 of the bubble generation chamber 52 and the bubble growth chamber 53, variation in the discharge amount is reduced. In addition, refilling properties can be improved, and thermal damage of the ink can be suppressed. As a more preferable range of H2 / (H1 + H2),
0.7 ≦ H2 / (H1 + H2) ≦ 0.9
It is. That is, by configuring the height H2 of the bubble growth chamber 53 to be in the range of 70 to 90 [%] of the height H1 + H2 of the bubble generation chamber 52 and the bubble growth chamber 53, the variation in the discharge amount is further reduced. And thermal damage of the ink can be further suppressed. By setting the lower limit value of H2 / (H1 + H2) to 0.7, the ratio of the bubble growth chamber 53 to the whole becomes high, and most of the ink heated to a high temperature by the heater 58 is outside the head in one ejection cycle. This is because the thermal damage of the ink pigment can be reduced.

また、気泡の成長過程において、図5(b)に示したように、気泡成長室53の気泡発生室52側(ヒーター58側)開口端部に気泡が均一に接触するのに好ましい条件としては、ヒーター58の長さ(外径)をLとしたとき(図3参照)、次式に示すとおりである。   Further, in the bubble growth process, as shown in FIG. 5B, as a preferable condition for the bubbles to uniformly contact the opening end of the bubble growth chamber 53 on the bubble generation chamber 52 side (heater 58 side). When the length (outer diameter) of the heater 58 is L (see FIG. 3), the following formula is obtained.

1.2×D2>L>D2
ヒーター58の長さLが気泡成長室53の内径D2に比べて必要以上に大きすぎると、特に気泡成長室53の内径D2の1.2倍以上であると、ヒーター58の気泡発生室52側の表面積が大きくなり、吐出に寄与しない無駄な熱エネルギーが消費されてしまう。このため、ヒーター58の長さLは、気泡成長室53の内径D2より大きく、且つ、気泡成長室53の内径D2の1.2倍未満であることが好ましい。
1.2 × D2>L> D2
If the length L of the heater 58 is excessively larger than the inner diameter D2 of the bubble growth chamber 53, particularly 1.2 times or more the inner diameter D2 of the bubble growth chamber 53, the bubble generation chamber 52 side of the heater 58 As a result, the surface area increases and wasteful heat energy that does not contribute to ejection is consumed. Therefore, the length L of the heater 58 is preferably larger than the inner diameter D2 of the bubble growth chamber 53 and less than 1.2 times the inner diameter D2 of the bubble growth chamber 53.

図7は、インクジェット記録装置10のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置10は、通信インターフェース70、システムコントローラ72、画像メモリ74、モータードライバ76、ヒータードライバ78、プリント制御部80、画像バッファメモリ82、ヘッドドライバ84等を備えている。   FIG. 7 is a principal block diagram showing the system configuration of the inkjet recording apparatus 10. The inkjet recording apparatus 10 includes a communication interface 70, a system controller 72, an image memory 74, a motor driver 76, a heater driver 78, a print control unit 80, an image buffer memory 82, a head driver 84, and the like.

通信インターフェース70は、ホストコンピュータ86から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース70にはシリアルインターフェースやパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ(不図示)を搭載してもよい。   The communication interface 70 is an interface unit that receives image data sent from the host computer 86. A serial interface or a parallel interface can be applied to the communication interface 70. In this part, a buffer memory (not shown) for speeding up communication may be mounted.

ホストコンピュータ86から送出された画像データは通信インターフェース70を介してインクジェット記録装置10に取り込まれ、一旦画像メモリ74に記憶される。画像メモリ74は、通信インターフェース70を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ72を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ74は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。   Image data sent from the host computer 86 is taken into the inkjet recording apparatus 10 via the communication interface 70 and temporarily stored in the image memory 74. The image memory 74 is a storage unit that temporarily stores an image input via the communication interface 70, and data is read and written through the system controller 72. The image memory 74 is not limited to a memory made of a semiconductor element, and a magnetic medium such as a hard disk may be used.

システムコントローラ72は、通信インターフェース70、画像メモリ74、モータードライバ76、ヒータードライバ78等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ72は、中央演算処理装置(CPU)及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ86との間の通信制御、画像メモリ74の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモーター88やヒーター89を制御する制御信号を生成する。   The system controller 72 is a control unit that controls each unit such as the communication interface 70, the image memory 74, the motor driver 76, the heater driver 78, and the like. The system controller 72 includes a central processing unit (CPU) and its peripheral circuits, and performs communication control with the host computer 86, read / write control of the image memory 74, and the like, as well as a transport system motor 88 and heater 89. A control signal for controlling is generated.

モータードライバ76は、システムコントローラ72からの指示に従ってモーター88を駆動するドライバ(駆動回路)である。ヒータードライバ78は、システムコントローラ72からの指示に従って後乾燥部42その他各部のヒーター89を駆動するドライバである。   The motor driver 76 is a driver (drive circuit) that drives the motor 88 in accordance with an instruction from the system controller 72. The heater driver 78 is a driver that drives the heaters 89 of the post-drying unit 42 and other units in accordance with instructions from the system controller 72.

プリント制御部80は、システムコントローラ72の制御に従い、画像メモリ74内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号(ドットデータ)をヘッドドライバ84に供給する制御部である。プリント制御部80において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ84を介して記録ヘッド50のインク滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。本発明の駆動制御手段は、プリント制御部80内部に設けられる駆動制御部80aに相当する。駆動制御部80aにおいて上述した吐出制御が行われる。   The print control unit 80 has a signal processing function for performing various processing and correction processing for generating a print control signal from the image data in the image memory 74 according to the control of the system controller 72, and the generated print A control unit that supplies a control signal (dot data) to the head driver 84. Necessary signal processing is performed in the print control unit 80, and the ejection amount and ejection timing of the ink droplets of the recording head 50 are controlled via the head driver 84 based on the image data. Thereby, a desired dot size and dot arrangement are realized. The drive control means of the present invention corresponds to a drive control unit 80 a provided inside the print control unit 80. The above-described discharge control is performed in the drive control unit 80a.

プリント制御部80には画像バッファメモリ82が備えられており、プリント制御部80における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ82に一時的に格納される。なお、図7において画像バッファメモリ82はプリント制御部80に付随する態様で示されているが、画像メモリ74と兼用することも可能である。また、プリント制御部80とシステムコントローラ72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。   The print control unit 80 includes an image buffer memory 82, and image data, parameters, and other data are temporarily stored in the image buffer memory 82 when image data is processed in the print control unit 80. In FIG. 7, the image buffer memory 82 is shown in a mode associated with the print control unit 80, but it can also be used as the image memory 74. Also possible is an aspect in which the print controller 80 and the system controller 72 are integrated and configured with one processor.

ヘッドドライバ84は、プリント制御部80から与えられるドットデータに基づいて各色の記録ヘッド50のヒーター58(図3参照)を駆動するための駆動信号を生成し、ヒーター54に生成した駆動信号を供給する。ヘッドドライバ84には記録ヘッド50の駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。   The head driver 84 generates a drive signal for driving the heater 58 (see FIG. 3) of the recording head 50 for each color based on the dot data supplied from the print control unit 80, and supplies the generated drive signal to the heater 54. To do. The head driver 84 may include a feedback control system for keeping the driving conditions of the recording head 50 constant.

印字検出部24は、記録ヘッド50により記録されたテストパターンを読み取り、所要の信号処理などを行って記録ヘッド50のインク吐出状況(吐出の有無、ドットサイズ、ドット位置等)を検出し、その検出結果をプリント制御部80に提供する。プリント制御部80は、必要に応じて印字検出部24から得られる情報に基づいて記録ヘッド50に対する各種補正を行う。   The print detection unit 24 reads the test pattern recorded by the recording head 50, performs necessary signal processing, etc., and detects the ink ejection status (existence of ejection, dot size, dot position, etc.) of the recording head 50. The detection result is provided to the print control unit 80. The print control unit 80 performs various corrections on the recording head 50 based on information obtained from the print detection unit 24 as necessary.

以上説明したように、本実施形態によれば、気泡成長室53内のインクが気泡発生室52側(インク供給路56側)に逆流することがなく、気泡の成長ばらつきにも左右されず、気泡成長室53の容積に略等しいインクがノズル51から吐出されるので、高精度に吐出量を安定化させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the ink in the bubble growth chamber 53 does not flow back to the bubble generation chamber 52 side (ink supply path 56 side), and is not affected by bubble growth variation. Since ink substantially equal to the volume of the bubble growth chamber 53 is ejected from the nozzle 51, the ejection amount can be stabilized with high accuracy.

以上、本発明の液体吐出装置、画像形成装置、及び液体吐出方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。   The liquid ejection apparatus, the image forming apparatus, and the liquid ejection method of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above examples, and various improvements can be made without departing from the gist of the present invention. It goes without saying that or may be modified.

インクジェット記録装置の全体構成図Overall configuration diagram of inkjet recording apparatus インクジェット記録装置の印字部周辺の構成を示した概略構成図Schematic configuration diagram showing the configuration around the printing unit of an inkjet recording apparatus 記録ヘッドの要部構成を示した断面図Sectional view showing the main configuration of the recording head 第1の実施形態の変形例としての記録ヘッドの要部構成を示した断面図Sectional drawing which showed the principal part structure of the recording head as a modification of 1st Embodiment 気泡の発生及び成長プロセスを示した説明図Explanatory diagram showing bubble generation and growth process 気泡発生室及び気泡成長室の高さに対する気泡成長室の高さの比を変化させたときの各特性の評価結果を示した図The figure which showed the evaluation result of each characteristic when changing the ratio of the height of a bubble growth chamber to the height of a bubble generation chamber and a bubble growth chamber インクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図Main block diagram showing the system configuration of the inkjet recording apparatus

符号の説明Explanation of symbols

10…インクジェット記録装置、50…記録ヘッド、52…気泡発生室、53…気泡成長室、54…供給口、56…インク供給路、58…ヒーター、60…第1の基板、62…第2の基板、64…第3の基板、80…プリント制御部、80a…駆動制御部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Inkjet recording device 50 ... Recording head 52 ... Bubble generation chamber 53 ... Bubble growth chamber 54 ... Supply port 56 ... Ink supply path 58 ... Heater 60 ... First substrate 62 ... Second Substrate, 64 ... third substrate, 80 ... print controller, 80a ... drive controller

Claims (4)

液滴を吐出する吐出口と、
前記吐出口に対向する位置に配置され、液滴を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子と、
前記発熱素子によって内部の液体に気泡を発生させる気泡発生室と、
前記気泡発生室側に開口するとともに前記気泡発生室側の反対側に前記吐出口が形成され、前記気泡発生室の内部に発生した気泡を成長させるための気泡成長室と、
前記発熱素子の駆動を制御する駆動制御手段と、を備え、
前記駆動制御手段は、3μsec以下のパルス幅で前記発熱素子に所定の熱エネルギーを発生させ、前記気泡発生室内部の液体を膜沸騰させるものであり、
前記膜沸騰によって前記気泡発生室内部の液体に発生した気泡は、前記気泡成長室の気泡発生室側開口端部に略均一に接触する状態を経て、前記気泡成長室内部で成長して前記吐出口から大気に連通するとともに、前記気泡成長室内部の液体は前記吐出口から液滴として吐出されることを特徴とする液体吐出装置。
A discharge port for discharging droplets;
A heating element that is disposed at a position facing the discharge port and generates thermal energy for discharging droplets;
A bubble generation chamber for generating bubbles in the liquid inside by the heating element;
A bubble growth chamber for opening the bubble generation chamber side and forming the discharge port on the opposite side of the bubble generation chamber side to grow bubbles generated inside the bubble generation chamber;
Drive control means for controlling the drive of the heating element,
The drive control means generates predetermined heat energy in the heating element with a pulse width of 3 μsec or less, and causes the liquid in the bubble generation chamber to boil.
Bubbles generated in the liquid in the bubble generation chamber due to the film boiling grow in the bubble growth chamber and pass through the bubble generation chamber through the state where the bubbles grow in the bubble generation chamber side opening end. A liquid ejecting apparatus, wherein the liquid communicates with air from an outlet, and the liquid in the bubble growth chamber is ejected as droplets from the ejection port.
前記吐出口の吐出方向に関して、前記気泡発生室の高さをH1、及び前記気泡成長室の高さをH2としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
0.5≦H2/(H1+H2)≦0.9
2. The liquid ejection apparatus according to claim 1, wherein the ejection direction of the ejection port satisfies the following expression when the height of the bubble generation chamber is H <b> 1 and the height of the bubble growth chamber is H <b> 2. .
0.5 ≦ H2 / (H1 + H2) ≦ 0.9
請求項1又は請求項2に記載の液体吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。   An image forming apparatus comprising the liquid ejection device according to claim 1. 液滴を吐出する吐出口と、
前記吐出口に対向する位置に配置され、液滴を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子と、
前記発熱素子によって内部の液体に気泡を発生させる気泡発生室と、
前記気泡発生室側に開口するとともに前記気泡発生室側の反対側に前記吐出口が形成され、前記気泡発生室の内部に発生した気泡を成長させるための気泡成長室と、
前記発熱素子の駆動を制御する駆動制御手段と、を備えた液体吐出装置の液体吐出方法であって、
3μsec以下のパルス幅で前記発熱素子に所定の熱エネルギーを発生させ、前記気泡発生室内部の液体を膜沸騰させる工程と、
前記膜沸騰によって前記気泡発生室内部の液体に発生した気泡を成長させて前記気泡成長室の気泡発生室側開口端部に略均一に接触させる工程と、
前記気泡成長室で気泡を更に成長させて前記吐出口から大気に連通させるとともに、前記気泡成長室内部の液体を前記吐出口から液滴として吐出する工程と、
を含むことを特徴とする液体吐出方法。
A discharge port for discharging droplets;
A heating element that is disposed at a position facing the discharge port and generates thermal energy for discharging droplets;
A bubble generation chamber for generating bubbles in the liquid inside by the heating element;
A bubble growth chamber for opening the bubble generation chamber side and forming the discharge port on the opposite side of the bubble generation chamber side to grow bubbles generated inside the bubble generation chamber;
A liquid discharge method for a liquid discharge apparatus comprising: a drive control means for controlling the drive of the heat generating element;
Generating a predetermined thermal energy in the heating element with a pulse width of 3 μsec or less, and boiling the liquid in the bubble generating chamber;
A step of growing bubbles generated in the liquid in the bubble generation chamber by the film boiling and contacting the bubble generation chamber side opening end of the bubble growth chamber substantially uniformly;
A step of further growing bubbles in the bubble growth chamber and communicating with the atmosphere from the discharge port, and discharging the liquid in the bubble growth chamber as droplets from the discharge port;
A liquid discharge method comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113490545A (en) * 2019-02-28 2021-10-08 佳能株式会社 Microbubble-generating apparatus, microbubble-generating method, microbubble-containing liquid, and program

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