JP2008074019A - Liquid ejecting device, image forming device and liquid ejecting method - Google Patents
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Abstract
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 /
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
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
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
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
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 /
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
0.7 ≦ H2 / (H1 + H2) ≦ 0.9
It is. That is, by configuring the height H2 of the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
Claims (4)
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.
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
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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JP2006257799A JP2008074019A (en) | 2006-09-22 | 2006-09-22 | Liquid ejecting device, image forming device and liquid ejecting method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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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 |
-
2006
- 2006-09-22 JP JP2006257799A patent/JP2008074019A/en active Pending
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