JP2009083316A - 液体吐出方法、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液柱を迅速に切断して、吐出速度を低下させることなくサテライトレス化を図ること。
【解決手段】ノズル５１から液体を吐出する際に、ノズル５１から伸長している途中の液柱３４の根元に対して、ノズル５１の吐出軸３０上に配置されている気体口４１から、気泡３２を注入する。気泡３２の注入は、ノズル５１のメニスカスを押した後の引きで行うことが、好ましい。ノズル５１の吐出軸３０上に発熱体を配置して、この発熱体によって気泡を発生させてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体を吐出する液体吐出方法、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置に関する。

液体を吐出するノズルと、ノズルに連通する圧力室と、圧力室の容積を変化させることによりノズルから液体を吐出させる圧電素子とを備えた、いわゆるピエゾ式の液体吐出ヘッドが普及している。

また、液体を加熱して気泡を発生させることによりノズルから液体を吐出させる、いわゆるバブルジェット（登録商標）式の液体吐出ヘッドも知られている。

特許文献１には、ノズル内に、吐出方向とは直交する方向に向って気体を導入する通気路を配置し、吐出動作の開始前に、ノズル流路内で液体を予め分断するようにした構成が開示されている。
特開２００３−９４６６２号公報

ピエゾ式の液体吐出ヘッドでは、一般に、引き−押し−引き波形によって、液滴を吐出する。最後の「引き」波形による液柱の引きちぎり効果が、微液滴化、サテライトレス化、および高速吐出にとって重要であるが、図１７に示すように、液柱３４が伸び続ける一方で、ノズル５１内のメニスカス３１に接続された部分は引き込まれる。これに因り、吐出速度が落ちてしまう。更に、液柱３４がちぎれた時点で液柱先頭部分と末尾部分とで速度差が生じ、この速度差によって、ちぎれた後の飛翔液柱が球状になるのが遅れる。これに因り、着弾するまでの間に液柱が複数のサテライト液滴を生じ易くなる。

バブルジェット（登録商標）式の液体吐出ヘッドでも、膜沸騰による気泡の発達がピエゾ式の液体吐出ヘッドにおける押し波形の効果を持ち、また、気泡の収縮がピエゾ式の液体吐出ヘッドにおける引き波形の効果を持つだけである。したがって、基本的には、ピエゾ式の液体吐出ヘッドと同様に、上述の問題が起こる。バブルジェット式の液体吐出ヘッドでは、一般に、気泡はまず閉じた状態で成長し、気泡内の気体は吐出後に急激に収縮する。これに因り、気体の収縮力が液柱後端に作用して、結果的に液柱を引き伸ばしてしまう事になる。

特許文献１に記載の構成では、吐出方向とは直交する方向に向って空気を入れ込むことによって、吐出動作の開始前にノズル流路内で液体を予め分断するようになっており、マイクロバブル（直径数μｍ）と比較して、極めて大きな容量の空気を供給する必要がある。したがって、液体のリフィルには実際には時間がかかり、連続吐出を行う場合にさらに吐出速度を低下させてしまう。また、ノズルの高密度化を図る観点から、容量の大きな空気を供給する気体管をノズル毎に個別に実装することは、実際には困難である。液滴体積も実際には大きいものとならざるを得ない。気体流路をどうしても引き回す必要があるため、空気の圧縮性を考慮した場合、ロバスト性が低いという別の問題もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、液柱を迅速に切断して、吐出速度を低下させることなくサテライトレス化を図ることができる液体吐出方法、液体吐出ヘッドおよび液体吐出装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ノズルから液体を吐出する液体吐出方法において、気泡を供給する気泡供給手段を用い、前記ノズルから伸長している途中の液柱の根元に対して、気泡を注入することを特徴とする液体吐出方法を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記気泡の注入は、前記ノズルのメニスカスを前記液柱の伸長のために最初に押した後、行うことを特徴とする液体吐出方法液体吐出方法を提供する。

請求項３に記載の発明は、ノズル内の液体に圧力を与え、前記ノズルから液体を押し出して、液柱を伸長させ、伸長途中の前記液柱の根元に該液柱の根元の径よりも小さい径の気泡を注入し、前記気泡によって前記液柱を切断して、分離された液滴を飛翔させることを特徴とする液体吐出方法を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発明において、前記ノズル内に配置された気体口から、前記ノズルの液体吐出方向に沿って、前記気泡を押し出すことを特徴とする液体吐出方法を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記ノズル内に配置された気体口から、前記液柱の根元での液体の流速以上の速度で、前記気泡を押し出すことを特徴とする液体吐出方法を提供する。

請求項６に記載の発明は、液体を吐出するノズルと、前記ノズルから伸長している途中の液柱の根元に気泡を注入する気泡供給手段と、を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記気泡供給手段は、気体を出す気体口および発熱体のうち少なくとも一方を含んで構成されていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の発明において、前記気泡供給手段は、前記ノズルの吐出軸上に配置されていることを特徴とする液体吐出ヘッドを提供する。

請求項９に記載の発明は、請求項６ないし８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置を提供する。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記ノズルのメニスカスの押し及び引きのタイミングを決める液体吐出用波形と、前記気泡供給手段による気泡の注入タイミングを決める気泡供給用波形とを同期させて前記液体吐出ヘッドに供給する駆動手段を備え、前記気泡供給用波形は、前記液体吐出用波形による前記メニスカスの最初の押し後に前記気泡の注入を行うためのパルス波形を有することを特徴とする液体吐出装置を提供する。

本発明によれば、液柱を迅速に切断して、吐出速度を低下させることなくサテライトレス化を実現することができる。また、マイクロバブルを用いて液柱の切断を行うことも可能であり、その場合には、気泡の発生、輸送に要するエネルギーが小さくて済み、効率的にサテライトレス化を図ることが可能である。

以下、添付図面に従って、本発明の実施形態について、詳細に説明する。

（液体吐出ヘッド）
本発明に係る液体吐出ヘッドの一例の要部を、図１（ａ）に示す。

液体吐出ヘッド５０は、液滴を吐出するノズル５１を備える。本例のノズル５１は、アウトレット５１０の径（液体吐出側の開口径である）がインレット５１１の径（液体供給側の開口径である）よりも小さい、いわゆるテーパ形状を有している。ノズル５１の吐出軸３０上には、気体を押し出す気体口４１が配置されている。

ノズル５１内のメニスカス３１（気液界面）を押した後の引き込みのタイミングに同期させて、吐出軸３０上に設けられた気体口４１から気泡３２を押し出す。これに因り、気泡３２は、伸長している途中の液柱３４の根元３５に注入される。その結果、薄い厚みのリガメント３６が生じる。

液柱３４に注入された気泡３２は、図１（ｂ）に示すように気体口４１から分離するか、もしくは、リガメント３６が切れるまで押し出される。薄い厚みのリガメント３６は、表面張力によって迅速に切れる。これに因り、液柱３４が過度に伸長する前に、液柱３４が早期に切断される。

なお、「吐出軸上」とは、吐出軸３０に気体口４１の開口中心が一致している場合に限定されず、気体口４１の開口の少なくとも一部が吐出軸３０上に位置している場合を含む。また、吐出軸３０上に気体口４１がない場合（吐出軸３０の近傍に気体口４１が位置している場合）でも、液柱３４の根元３５に対して気泡３２を注入可能な気体口４１であれば本発明を適用できる。

本発明では、気泡３２によって液柱３４のトポロジーを変化させる。つまり、新たな気液界面を液柱３４内に追加する。これに因り、液柱３４を迅速に切断して、吐出速度を低下させることなく、サテライトレス化を実現する。また、気泡３２は極めて小さいマイクロバブル（直径１〜５μｍ）として液柱３４内に注入することが可能であり、気泡３２の発生、輸送に要するエネルギーが小さくて済む。したがって、効率的にサテライトレス化および微液滴化を図ることができる。

図２は、液体吐出用圧力波形７１および気泡供給用圧力波形７２の一例を示すタイミングチャートである。

液体吐出用圧力波形７１は、ノズル５１から液滴を吐出するためにノズル５１内の液体に与えられる波形であり、第１の引き波形７１１、押し波形７１２、および、第２の引き波形７１３を含んで構成されている。

なお、図２では、図示の簡略化のため、液体吐出用圧力波形７１における第２の引き波形７１３よりも後ろの波形を、定常状態に近似して直線で示しているが、実際には、第２の引き波形７１３には残留振動としての押し波形および引き波形が続く。

気泡供給用圧力波形７２は、気泡３２を供給するために気体管４０内の気体に与えられる波形であり、液柱３４に気泡３２を注入するタイミングとしてのパルス波形７２０を有する。

液体吐出用圧力波形７１の最初の押し波形７１２の最中に気体口４１から気泡３２を押し出してしまうと、液柱３４内部に抱き込まれた気泡３２が液柱３４の伸長に併せて伸びてしまう。その結果として、却ってサテライト液滴を多く生じてしまう。これは特にテーパ形状のノズル５１において著しい。何故ならば、ノズル５１内の流速ベクトルが吐出軸３０中心に向うため、気泡３２も吐出軸３０中心に圧縮され、液柱３４内で細長くなってしまうからである。従って、図２に示すように、液柱伸長のための最初の押し波形７１２後の引き波形７１３の途中または終了時点で、パルス波形７２０により、気体口４１から気泡３２を押し出すことが、望ましい。

なお、気泡注入のためのパルス波形７２０が、最初の押し波形７１２の直後の引き波形７１３の期間に存在する場合を例に説明したが、このような場合に本発明は限定されず、残留振動としての図示を省略した引き波形または押し波形の期間にパルス波形７２０が存在する場合も本発明に含まれる。

図３は、マルチノズルの場合の液体吐出ヘッドの一例を示す平面透視図である。なお、図１で既に示した構成要素には、図１と同じ符号を付してある。

図３の液体吐出ヘッド５０は、いわゆるフルライン型であり、被吐出媒体の搬送方向（図中に矢印Ｓで示す副走査方向）と直交する方向（図中に矢印Ｍで示す主走査方向）において、被吐出媒体の幅に対応する長さにわたり、被吐出媒体に向けて液体を打滴する多数のノズル５１を２次元的に配列させた構造を有している。

図４は、図３の４−４線に沿った断面図である。

液体吐出ヘッド５０は、ノズル５１、ノズル５１に連通する圧力室５２、圧力室５２へ液体を供給するための液体供給口５３、圧力室５２の容積を変化させることによりノズル５１から液体を吐出させる液体吐出用の圧電素子５８を含んでなる複数の液体吐出素子５４が、主走査方向Ｍおよび主走査方向Ｍに対して所定の鋭角をなす斜め方向の２方向に沿って配列されている。圧力室５２の液体供給口５３は、複数の圧力室５２で共通の液体流路に連通している。

また、液体吐出ヘッド５０は、気体口４１、気体口４１に気体管４０を介して連通する気体室４２、気体室４２へ気体を供給するための気体供給口４３、気体室４２の容積を変化させることにより気体口４１から気泡を吐出させる気泡供給用の圧電素子４８を含んでなる複数の気泡供給素子４４が、主走査方向Ｍおよび主走査方向Ｍに対して所定の鋭角をなす斜め方向の２方向に沿って配列されている。気体室４２の気体供給口４３は、複数の気体室４２で共通の気体流路に連通している。

なお、図３および図４では、図示の便宜上、一部の液体吐出素子５４および一部の気泡供給素子４４のみ描いている。

液体吐出素子５４の圧電素子５８には、図２の液体吐出用圧力波形７１に相当する駆動信号が後述のヘッドドライバ（図１６の２０７）から与えられる。また、気泡供給素子４４の圧電素子４８には、図２の気泡供給用圧力波形７２に相当する駆動信号が、後述のヘッドドライバ（図１６の２０７）から与えられる。このヘッドドライバ（図１６の２０７）は、ノズル５１のメニスカスの押し及び引きのタイミングを決める液体吐出用圧力波形７１と、気体口４１による気泡の注入タイミングを決める気泡供給用圧力波形７２とを同期させる。この同期により、ノズル５１のメニスカスが液柱の伸長のために最初に押された後、伸長途中の液柱に気泡が注入される。

気体管４０は、一端が気体口４１であり、他端は気体室４２に接続されている。本例の気体管４０は、ノズル５１の吐出軸３０と平行に配設されている。

このような液体吐出ヘッド５０において、気泡供給素子４４の圧電素子４８によって気体室４２の容積を変化させることにより、ノズル５１内に配置された気体口４１から、ノズル５１の液体吐出方向に沿って、気泡が押し出される。気泡の発生面とノズル面とは略平行に配置されている。言い換えると、液体の吐出方向と気泡の押し出し方向とが略一致している。

また、液体吐出方向において、液柱の根元の液体（気体口４１の近傍の液体）の流速以上の速度で、気体口４１から気泡が押し出される。

なお、図２において、液体吐出用圧力波形７１は、液体吐出素子５４の圧電素子５８に与えられる駆動信号の波形そのものを示しているわけではない。例えば、第２の引き波形７１３に相当する波形が駆動信号に無い場合、すなわち第２の引き波形がメニスカスの自発的な揺り返しにより形成されている場合でも、本発明を適用できる。

液柱３４に気泡を注入する好適な条件について、以下説明する。

液柱３４に気泡３２を注入しない場合のメニスカス（気液界面）の変化について説明しておく。図５（ａ）は１回目の引き、図５（ｂ）は１回目の押し、図５（ｃ）は２回目の引き、図５（ｄ）は２回目の押しにおけるメニスカスをそれぞれ示す。ここで、「引き」および「押し」とは、現象としてのメニスカスの形状に則した説明であって、必ずしも液体吐出素子５４の圧電素子５８に与えられた駆動信号のみに起因するものでない。たとえば、図５（ｃ）から図５（ｄ）への変化は、メニスカスの自発的な揺り返しも寄与している。

液柱３４に気泡３２を注入する場合、気泡注入のタイミングや位置には、特に注意が必要である。

最初の押しの途中に気泡を押し出した場合について、図６（ａ）〜（ｅ）の模式図を用いて説明する。図６（ａ）は、ノズル５１内のメニスカスを引く前を示しており、気体口４１から気体（本例では大気）を未だ出していない。図６（ｂ）は、メニスカスを引いた状態を示しており、気体を出す直前である。図６（ｃ）は、メニスカスを押し始めた状態を示しており、伸長を開始したメニスカス（初期の液柱）に対して気体の注入を開始した。このようにメニスカスの最初の押しの途中に気体を出してしまうと、図６（ｄ）および（ｅ）に示すように、液柱３４の内部に抱きこまれた気体も、液柱３４の伸長に併せて伸びてしまう。この液柱３４の内部の気体柱が、複数の気泡へと分裂する事に因って、却ってサテライト液滴を多く生じてしまうことになる。

この問題は、気体を押し出す速度および体積にも依存する。液体の流速に比べて十分速い速度で気体を押し出すか、ノズル５１のアウトレット径に近い直径の気泡として押し出せば、上記の問題は起こらないと考えられる。しかし、気体の注入速度や体積に十分な注意が必要となるので、図６（ｃ）に示したようなタイミングよりも、図１（ａ）および図２に示したように、ノズル５１内のメニスカスを最初に押した後の引きのタイミングで、気体口４１から気体を押し出すことが、望ましい。

なお、気泡３２の直径は、図７（ａ）では７．５μｍ、図８（ａ）では９μｍ、図９（ａ）では７．５μｍである。

以下では、大きい気泡の場合と小さい気泡の場合とに分けて、タイミングおよび位置について詳細に説明する。

大きい気泡（直径５〜１０μｍ）は、潰れたり溶解したりする事は無いが、メニスカスの引き始め時点で早々に入れてしまうと、図７（ａ）に示すように、気泡３２の入れる位置がメニスカス３１に近接している場合には、図７（ｂ）および（ｃ）に示すように、引き込み時に大気側に開放されてしまって、消失する可能性がある。このような事が起こらない程度に、図８（ａ）に示すように、メニスカス３１から離れた位置に気泡３２を入れた場合でも、図８（ｂ）および（ｃ）に示すように、液柱３４の先頭部分に気泡３２が位置することになって、液柱３４の分断に寄与しない。図９（ａ）に示すように、メニスカス３１からさらに離れた位置に気泡３２を入れると、図９（ｂ）に示す状態から、液柱３４の伸長と同時に気泡３２が引き伸ばされて、図９（ｃ）に示すように、液柱３４の内部に複数の微小気泡として分布することになり、結局、液柱３４を複数ミストに分断してしまう事になりかねない。また、図示を省略したが、ノズル５１の内部では、気泡３２はその位置で前後動するだけであって、やはり液柱３４の分断には何ら寄与しない事になってしまう。

従って、図１（ａ）に示したように、ノズル５１内のメニスカス３１と液柱３４との接続点が明確に形成されてから、そこに気泡３２を入れ込むことが、望ましい。

小さい気泡（直径５μｍ未満）は、大きい気泡のように引き伸ばされる事は無いが、入れ込むタイミングと位置は、大きい気泡の場合と同様である。小さい気泡の場合には、メニスカスの引き始め時点で早々に入れてしまうと、特に圧力変動の大きな箇所では潰れたり溶解したりして、そもそも液柱分断時には、既に消失してしまっている事になりかねない。

つまり、気泡の大小によって考慮すべき現象には若干異なる点はあるが、図１（ａ）に示したように、ノズル５１内のメニスカス３１を最初に押した後、くびれ形状を有する液柱３４の根元３５に対して、気泡３２を注入することが、望ましい。より好ましくは、最初の押しの直後の引きの期間において、その引き期間の後半で注入する。最も好ましくは、最初の押し直後の引きが終わる時点で注入する。

液柱３４に注入する気泡３２のサイズは、液柱３４の根元の直径未満である。液柱３４の根元の直径は、常識的に考えて、ノズル５１のアウトレット５１０の直径以下である。

前述の図５（ａ）から（ｄ）に示した場合において、図５（ｃ）の時点（すなわち引きの終了時点）での液柱３４の根元３５の直径はおよそ４〜５μｍであり、前述の「小さい気泡」を適切に注入することが出来る条件であれば、十分と言える。

図１０（ａ）および（ｂ）は、液柱３４に適切に気泡３２を注入した場合のシミュレーション結果を示す。その条件は以下の通りである。

＜シミュレーションの条件＞
液体の粘度：１０ｃＰ
ノズルインレット直径：７２μｍ
ノズルアウトレット直径：２４μｍ
ノズル板厚：３０μｍ
気泡の直径：１μｍ
シミュレーションは、幅１μｍの円形溝を２本彫った円柱を、ノズル５１の吐出軸上に配置し、且つ、溝領域に空気を置いて行った。この場合、溝は、大気には連通していないが、吐出による負圧はこの溝内の空気を引き出すのに十分であり、結果的に、液柱３４内に微小気泡３２が巻き込まれる。

図１７に示す従来例と、図１０（ａ）および（ｂ）に示す本実施例とを比較する。図１７の従来例も図１０の本発明の実施例も、ノズル５１のインレットに入力している流体の速度波形（引き−押し−引き波形による）はいずれも同一である。しかし、図１７の従来例では、液体に速度波形を印加後、約２６μＳ経っても液柱３４がノズル５１内のメニスカス３１に接続していた。その一方で、図１０（ｂ）に示すように本発明の実施例では、液柱３４の早期切断が実現し、吐出速度の低下を殆ど生じない。

以上、液柱に気泡を注入する手段として、ノズル５１の吐出軸３０上に液体口４１を設けて、液体口４１から圧力によって気体を押し出す場合を例に説明したが、このような場合に本発明は限定されない。

図１１は、熱電対６１（発熱抵抗体）をノズル５１の吐出軸３０上に配置した場合を示す。熱電対６１の加熱による相変化や電気分解反応等により、気泡を発生させる。熱電対６１としては、例えば、互いの接合点６１Ｘにおいてゼーベック効果を起こす異種金属６１Ａ、６１Ｂを用いる。異種金属６１Ａ、６１Ｂの材料としては、例えば、ニッケル合金とクロム合金とを用いる。

図１２は、気体管４０として、大気に連通した管（大気連通管）を用いた場合を示す。気体管４０の一端は気体口４１であり、他端は大気に開放されている。液体吐出による負圧で、気体管４０を介して微小気泡群が自然供給され、微小気泡群が合一して形成された気泡が液柱の内部に自然供給される。この場合、気泡が引き出されるタイミングが図２に示すタイミングに相当するように、構造決定および定常圧力調整することが必要である。

また、図４では、気体管４０をノズル５１の吐出軸３０に沿って平行に配置した場合を例示しているが、このような場合に本発明は限定されない。図１３に示すように、気体管４０を吐出軸３０とは非平行に配置してもよい。本例でも気体口４１は、ノズル５１の吐出軸３０上に配置されている。気体管４０の気体供給側は、本例では、ノズル５１が形成されているノズル板５０１に配設されている。

また、図４では、気体口４１をノズル５１のアウトレット５１０の位置よりも液体供給側（図４の圧力室５２側）に配置された場合を例示しているが、このような場合に本発明は限定されない。図１４に符号４１ａで示すように、ノズル５１のアウトレット５１０の位置よりも液体吐出側に気体口を配置してもよいし、符号４１ｂで示すように、ノズル５１のアウトレット５１０の位置に気体口を配置してもよい。

なお、気体口４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）の直径は、ノズル５１のアウトレット５１０の直径よりも、小さい。なお、本例のノズル５１はテーパ形状であり、ノズル５１のアウトレット５１０の直径は、ノズル５１のインレット５１１の直径よりも小さい。

大きな気泡を液体と同程度以下の速度で注入する場合には、符号４１ａで示すように液体吐出側に飛び出している形態を適用し得る。大きな気泡を低速で注入すると、液柱内で気泡が細長く伸びて分布してしまうためである。

大きな気泡を液体よりも速い速度で注入する場合、あるいは小さな気泡を注入する場合には、符号４１ａ、４１ｂ、４１ｃで示したいずれの位置でも可能である。すなわち液体吐出側および液体供給側のいずれでもよい。

ただし、メニスカス３１を最初に押した直後の引きで液柱の根元に気泡を注入する場合には、ノズル５０のアウトレット５１０の位置よりも液体供給側に気体口４１ｃを配置する。

以上説明した本実施形態の液体吐出ヘッド５０では、ノズル５１内の液体に圧力を与え、ノズル５１から液体を押し出して、液柱を伸長させ、伸長途中の液柱の根元に当該液柱の根元の径よりも小さい径の気泡を注入し、気泡によって液柱を切断して、分離された液滴を飛翔させる。これにより、液柱を迅速に切断して、吐出速度を低下させることなくサテライトレス化を実現することができる。

（画像形成装置）
図１５は、画像形成装置１００の一例の全体構成図である。

図１５において、画像形成装置１００は、インクの各色別に複数の液体吐出ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙを有する液体吐出部１１２と、各液体吐出ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１１４と、紙などの記録媒体１１６（被吐出媒体）を供給する給紙部１１８と、記録媒体１１６のカールを除去するデカール処理部１２０と、液体吐出部１１２のノズル面に対向して配置され、記録媒体１１６の平面性を保持しながら記録媒体１１６を搬送する搬送部１２２と、液体吐出部１１２による吐出結果（液滴の着弾状態である）を読み取る吐出検出部１２４と、プリント済みの記録媒体を外部に排出する排紙部１２６とを備えている。

なお、図１５の液体吐出ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙとしては、図３および図４に示した液体吐出ヘッド５０が用いられる。

液体吐出ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙから記録媒体１１６に向けて着色剤（「色材」ともいう）を含む液体（インク）を吐出することにより、記録媒体１１６に画像を形成する。

図１５においては、給紙部１１８の一例としてロール紙（連続用紙）を給紙するものを示しているが、予めカットされているカット紙を給紙するものを用いてもよい。ロール紙を使用する装置構成の場合、裁断用のカッタ１２８が設けられる。ところで、給紙部１１８から送り出される記録媒体１１６は一般に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１２０において巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム１３０で記録媒体１１６に熱を与える。デカール処理後、カット済の記録媒体１１６は、搬送部１２２へと送られる。

デカール処理後、カットされた記録紙１１６は、搬送用ローラ対１３１によってニップ搬送され、プラテン１３２上へと送られる。プラテン１３２の後段（液体吐出部１１２の下流側）にも搬送用ローラ対１３３が配置されており、前段の搬送用ローラ対１３１と後段の搬送用ローラ対１３３とが連動して記録紙１１６を所定の速度で搬送する。

プラテン１３２は記録紙１１６の平面性を保ちつつ記録紙１１６を保持（支持）する部材（記録媒体の保持手段）として機能するとともに、背面電極として機能する部材である。図１５におけるプラテン１３２は記録紙１１６の幅よりも広い幅寸法を有し、少なくとも液体吐出部１１２のノズル面及び吐出検出部１２４のセンサ面に対向する部分が水平面（フラット面）をなすように構成されている。

搬送部１２２により形成される用紙搬送路上において液体吐出部１１２の上流側には、加熱ファン１４０が設けられている。加熱ファン１４０は、プリント前の記録媒体１１６に加熱空気を吹きつけ、記録媒体１１６を加熱する。プリント直前に記録媒体１１６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。

液体吐出部１１２は、最大紙幅に対応する長さを有するライン型ヘッドを媒体搬送方向（副走査方向）と直交する方向（主走査方向）に配置した、いわゆるフルライン型のヘッドとなっている。具体的には、各液体吐出ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙは、本画像形成装置１００が対象とする最大サイズの記録媒体１１６の少なくとも一辺を超える長さにわたってノズル（液体吐出口）が複数配列されたライン型ヘッドで構成されている。

記録媒体１１６の搬送方向（媒体搬送方向）に沿って、上流側から黒（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロ（Ｙ）の順に各色インクに対応した液体吐出ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙが配置されている。記録媒体１１６を搬送しつつ各液体吐出ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙからそれぞれ色材を含むインクを吐出することにより記録媒体１１６上にカラー画像を形成し得る。

このように、紙幅の全域をカバーするフルラインヘッドがインク色別に設けられてなる液体吐出部１１２によれば、媒体搬送方向（副走査方向）について記録媒体１１６と液体吐出部１１２を相対的に移動させる動作を一回行うだけで（すなわち、一回の副走査で）記録媒体１１６の全面に画像を記録することができる。これにより、インク吐出ヘッドが媒体搬送方向と直交する方向（主走査方向）に往復動作するシャトル型ヘッドに比べて高速プリントが可能であり、生産性を向上させることができる。

なお、主走査方向及び副走査方向とは、次に言うような意味で用いている。すなわち、記録媒体の全幅に対応したノズル列を有するフルラインヘッドで、ノズルを駆動する時、（１）全ノズルを同時に駆動するか、（２）ノズルを片方から他方に向かって順次駆動するか、（３）ノズルをブロックに分割して、ブロックごとに片方から他方に向かって順次駆動するか、等のいずれかのノズルの駆動が行われ、用紙の幅方向（記録媒体の搬送方向と直交する方向）に１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットから成るライン）のプリントをするようなノズルの駆動を主走査と定義する。そして、この主走査によって記録される１ライン（帯状領域の長手方向）の示す方向を主走査方向という。

一方、上述したフルラインヘッドと記録媒体とを相対移動することによって、上述した主走査で形成された１ライン（１列のドットによるライン又は複数列のドットからなるライン）のプリントを繰り返し行うことを副走査と定義する。そして、副走査を行う方向を副走査方向という。結局、記録媒体の搬送方向が副走査方向であり、それに直交する方向が主走査方向ということになる。

また、本実施形態では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インクの色数や色の組み合わせについては本実施形態に示す例には限定されず、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インク吐出ヘッドを追加する構成も可能である。

インク貯蔵／装填部１１４は、各液体吐出ヘッド１１２Ｋ、１１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙに対応する色のインクを貯蔵するインクタンクを有し、各インクタンクは図示を省略した管路を介して各液体吐出ヘッド１１２Ｋ、１２Ｃ、１１２Ｍ、１１２Ｙと連通されている。

吐出検出部１２４は、液体吐出部１１２の吐出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。

吐出検出部１２４の後段には、後乾燥部１４２が設けられている。後乾燥部１４２は、プリント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。後乾燥部１４２の後段には、加熱・加圧部１４４が設けられている。加熱・加圧部１４４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凹凸形状の表面を有する加圧ローラ１４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。

このようにして生成されたプリント物は、排紙部１２６から排出される。この画像形成装置１００では、本画像のプリント物と、テストプリントのプリント物とを選別してそれぞれの排出部１２６Ａ、１２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（図示省略）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテストプリントとを同時に並列に形成する場合は、カッタ（第２のカッタ）１４８によってテストプリントの部分を切り離す。カッタ１４８は、排紙部１２６の直前に設けられており、画像余白部にテストプリントを行った場合に、本画像とテストプリント部を切断するものである。また、図示を省略したが、本画像の排出部１２６Ａには、オーダ別に画像を集積するソータが設けられている。

図１６は、画像形成装置１００の一例の制御系を示すブロック図である。

図１６において、画像形成装置１００は、主として、液体吐出ヘッド５０（図１５の１１２）、通信インターフェース２０１、システムコントローラ２０２、メモリ２０３ａ、２０３ｂ、搬送用モータ２０４、搬送ドライバ２０５、プリント制御部２０６、ヘッドドライバ２０７、給液部２０８、および、給液制御部２０９を含んで構成されている。

本画像形成装置１００は、Ｋ（黒）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロ）の各色毎に合計４つの液体吐出ヘッド５０を備える。

通信インターフェース２０１は、ホストコンピュータ２９０から送信される画像データを受信する画像データ入力手段である。通信インターフェース２０１には、有線又は無線のインターフェースを適用することができる。この通信インターフェース２０１によって画像形成装置１００に取り込まれた画像データは、この画像データ記憶用の第１のメモリ２０３ａに一旦記憶される。

システムコントローラ２０２は、マイクロコンピュータ及びその周辺回路等から構成されており、所定のプログラムに従って画像形成装置１００の全体を制御する主制御手段である。すなわち、システムコントローラ２０２は、通信インターフェース２０１、搬送ドライバ２０５、プリント制御部２０６等の各部を制御する。

搬送用モータ２０４は、紙などの被吐出媒体を搬送するためのローラやベルト等に動力を与える。この搬送用モータ２０４によって、被吐出媒体と液体吐出ヘッド５０とが相対的に移動される。搬送ドライバ２０５は、システムコントローラ２０２からの指示に従って搬送用モータ２０４を駆動する回路である。

給液部２０８は、インクタンク（図１５のインク貯蔵／装填部１１４）から液体吐出ヘッド５０へインクを供給する。

給液制御部２０９は、マイクロコンピュータ及びその周辺回路を含んで構成されており、給液部２０８を用いて、液体吐出ヘッド５０に対してインクを供給する制御を行うものである。

プリント制御部２０６は、マイクロコンピュータ及びその周辺回路等から構成されており、画像形成装置１００に入力される画像データに基づいて、液体吐出ヘッド５０が被吐出媒体に向けて吐出（打滴）を行って被吐出媒体上にドットを形成するために必要なドットデータ（「打滴データ」ともいう）を生成する。すなわち、プリント制御部２０６は、システムコントローラ２０２の制御に従い、第１のメモリ２０３ａ内の画像データから打滴用のドットデータを生成するための各種の加工、補正などの画像処理を行う画像処理手段として機能し、生成したドットデータをヘッドドライバ２０７に供給する。

プリント制御部２０６には第２のメモリ２０３ｂが付随しており、プリント制御部２０６における画像処理時にドットデータ等が第２のメモリ２０３ｂに一時的に格納される。

ヘッドドライバ２０７は、プリント制御部２０６から与えられるドットデータ（第２のメモリ２０３ｂに記憶されたドットデータである）に基づき、液体吐出ヘッド５０の液体吐出用の圧電素子５８に対して液体吐出用の駆動信号を出力する。このヘッドドライバ２０７から出力された駆動信号が液体吐出ヘッド５０の液体吐出用の圧電素子５８に与えられることによって、液体吐出ヘッド５０のノズル５１から被吐出媒体に向けて液体（液滴）が吐出される。

また、ヘッドドライバ２０７は、ドットデータに基づき、液体液体吐出ヘッド５０の気泡供給用の圧電素子４８に対して気泡供給用の駆動信号を出力する。このヘッドドライバ２０７から出力された駆動信号が液体吐出ヘッド５０の気泡供給用の圧電素子４８に与えられることによって、液体吐出ヘッド５０の気体口４１から液柱に向けて気泡が注入される。

なお、インクを吐出する場合について説明したが、このような場合に本発明は特に限定されず、インク以外の液体を吐出する場合に適用できることは、言うまでもない。

また、いわゆるピエゾ式の液体吐出ヘッドを例に説明したが、このような場合に本発明は特に限定されず、ピエゾ式以外の例えばバブルジェット式等の液体吐出ヘッドを用いる場合に適用できることも、言うまでもない。

本発明は、本明細書において説明した例や図面に図示された例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の設計変更や改良を行ってよいのはもちろんである。

液体吐出ヘッドの一例の要部を示す断面図 液体吐出用圧力波形および気体供給用圧力波形の一例を示す波形図 液体吐出ヘッドの一例の全体構造を示す平面透視図 図３の４−４線に沿った断面図 気泡を注入しない場合のメニスカスの変化を示す図 最初の押しの途中に気泡を注入した場合のメニスカスの変化を示す図 気泡が大気に開放される場合のメニスカスの変化を示す図 気泡が液柱の先頭部分に位置する場合のメニスカスの変化を示す図 気泡が液柱内で引き伸ばされ分散する場合のメニスカスの変化を示す図 適切に気泡を注入した場合のメニスカスの変化を示す図 熱電対を備えた液体吐出ヘッドの要部を示す断面図 大気連通した気体供給管を備えた液体吐出ヘッドの要部を示す断面図 液体吐出ヘッドの他の例の要部を示す断面図 気体口の配置のバリエーションを示す断面図 画像形成装置の一例を示す全体構成図 画像形成装置の制御系のブロック図 従来の液体吐出方法の説明に用いる説明図

符号の説明

３０…吐出軸、３２…気泡、３４…液柱、４０…気体管、４１…気体口（気泡供給手段）、４２…気体室、４８…圧電素子、５０…液体吐出ヘッド、５１…ノズル、５２…圧力室、５８…圧電素子、６１…熱電対（気泡供給手段）、２０６…プリント制御部、２０７…ヘッドドライバ（駆動手段）、５１０…ノズルのアウトレット、５１１…ノズルのインレット

Claims (10)

1. ノズルから液体を吐出する液体吐出方法において、
   気泡を供給する気泡供給手段を用い、前記ノズルから伸長している途中の液柱の根元に対して、気泡を注入することを特徴とする液体吐出方法。
2. 前記気泡の注入は、前記ノズルのメニスカスを前記液柱の伸長のために最初に押した後、行うことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出方法。
3. ノズル内の液体に圧力を与え、前記ノズルから液体を押し出して、液柱を伸長させ、
   伸長途中の前記液柱の根元に該液柱の根元の径よりも小さい径の気泡を注入し、
   前記気泡によって前記液柱を切断して、分離された液滴を飛翔させることを特徴とする液体吐出方法。
4. 前記ノズル内に配置された気体口から、前記ノズルの液体吐出方向に沿って、前記気泡を押し出すことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体吐出方法。
5. 前記ノズル内に配置された気体口から、前記液柱の根元での液体の流速以上の速度で、前記気泡を押し出すことを特徴とする請求項４に記載の液体吐出方法。
6. 液体を吐出するノズルと、
   前記ノズルから伸長している途中の液柱の根元に気泡を注入する気泡供給手段と、
   を備えたことを特徴とする液体吐出ヘッド。
7. 前記気泡供給手段は、気体を出す気体口および発熱体のうち少なくとも一方を含んで構成されていることを特徴とする請求項６に記載の液体吐出ヘッド。
8. 前記気泡供給手段は、前記ノズルの吐出軸上に配置されていることを特徴とする請求項６または７に記載の液体吐出ヘッド。
9. 請求項６ないし８のいずれか１項に記載の液体吐出ヘッドを備えた液体吐出装置。
10. 前記ノズルのメニスカスの押し及び引きのタイミングを決める液体吐出用波形と、前記気泡供給手段による気泡の注入タイミングを決める気泡供給用波形とを同期させて前記液体吐出ヘッドに供給する駆動手段を備え、
    前記気泡供給用波形は、前記液体吐出用波形による前記メニスカスの最初の押し後に前記気泡の注入を行うためのパルス波形を有することを特徴とする請求項９に記載の液体吐出装置。

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