JP2010214655A - 液滴吐出装置およびそれを備えた画像形成装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】粘度の高い液体であってもヘッドに安定的に供給し、ヘッドのノズルから確実かつ円滑に噴射できる、動作信頼性に優れた液滴吐出装置を提供する。
【解決手段】メインの液体タンク10と、液体タンク10からの液体を一時的に貯留し、タンク底面から吐出ヘッド1に向けて供給流路を有するサブタンク2と、内部流路15と吐出ノズルを有しする吐出ヘッド1と、吐出ヘッド1の内部流路15内の液体を加熱して流動性を高めるメインヒータ17aと、サブタンク2の供給流路内の液体を予め加熱して流動性を高めるサブヒータ17bを備えている。
【選択図】図1

Description

本発明は、液滴吐出装置およびそれを備えたインクジェットプリンタなどの画像形成装置に係り、特に活性エネルギー光線硬化型インクなどの常温で粘度の高い液体を吐出する液滴吐出装置およびそれを備えた画像形成装置に関するものである。
図5ならびに図6は従来のインクジェットプリンタに用いていたインクジェット記録ヘッド(以下、単にヘッドと略称する)を説明するための図で、図5はそのヘッド付近の一部を断面にした正面図、図6はそのヘッド付近の切断側面図である。
これらの図に示すようにヘッド1の上部にはサブタンク2が設けられ、サブタンク2とメインのインクタンク10の間はフレキシブルチューブからなるインク供給管9で連通している。3は、前記インク供給管9の一端をサブタンク2に連結する連結部である。前記サブタンク2は、高密度/高速の印刷を行う場合などのときに、インクタンク10からヘッド1にインクを供給するのが間に合わないときのために、予め一時的にインクをサブタンク2に蓄えておくためのものである。
サブタンク2の一側面には、印刷時に生じるサブタンク2内の圧力変動を緩和するためのダンパ4が設けられている。サブタンク2の底部に形成されたインク出口5は、フィルタ8で覆われており、サブタンク2からヘッド1に供給されるインクに含まれている不純物を濾過する。
前記インク出口5はサブタンク2の下部に形成されたヘッドインク供給口6と連通しており、そのヘッドインク供給口6はヘッド1に形成されたヘッド内部流路15の一端に連通している。
ヘッド1は、図示していないが多数のノズルを列設したオリフィスプレート、各ノズルと対応する圧力室などの流路を有するチャンバープレート、各圧力室の一側壁となる振動板をそれぞれ有するダイアフラムプレートの3層構造体からなる流路形成基板16と、各振動板に接着固定される多数の圧電素子を有するアクチュエータ14と、前記流路形成基板16を下面に接着固定するハウジング13とを有している。
インクタンク10からインク供給管9を通して送られるインクは、サブタンク2に一時的に貯留され、サブタンク2内のインクはフィルター8で濾過された後にヘッドインク供給口6、ヘッド内部流路15を通り、流路形成基板16内のインク流路に充満される。そして印字すべき画像情報に基づいて前記アクチュエータ14の圧電素子を個別に駆動することにより、前記振動板が変位して、オリフィスプレートの各ノズルからインク滴が吐出する機構になっている。
ハウジング13の内部にはインクを温めるためのヒータ11が設けられ、ハウジング13の壁面を通してヘッド内部流路15内のインクを温めている。ヒータ11によって温められたインクおよびハウジング13の温度をハウジング13内に備えられた温度センサ12で検出し、インクを印刷に適切な温度に制御している。
ハウジング13はステンレスなどの熱伝導性に優れた材料を使用しているため、ヒータ11で直接インクを温めたり、温度センサ12で直接インクの温度を測定しなくても、ハウジング13とヘッド内部のインクの温度はほぼ同じ値となり、ハウジング13の壁面にヒータ11と温度センサ12を密着して取り付けることによって温度の伝達および制御が行われている。
インクジェットプリンタで使用するインクには、例えば紫外線硬化型インクのように高い粘度特性をもったインクがある。このインクは常温のままでは粘度が高くて流動性が悪いため、インクタンク10→サブタンク2→ヘッド1へのインクの供給が間に合わなかったり、ヘッド1のノズル(微小孔)にインクが詰まるなどして、ヘッド1のノズルからのインク滴の吐出を安定的に行えず、印刷に支障をきたす場合がある。そのためインクを吐出前に低粘度化しておかなければならない。
このような問題に対応するために、ヒータを設けてインクの粘度を下げて吐出する手段がとられている。しかし、ヒータをインクタンク10やサブタンク2などのタンク内に設けて、タンク全体を温める加熱機構では、容量の大きいタンク内のインクの粘度を下げるために大容量の加熱源が必要となり、消費エネルギーが大きく、ランニングコストが高くつく。
また、タンク内のインクの粘度をある程度均一に保つためには攪拌機構が必要であり、カラー印刷が可能なように複数個のヘッド1を備えるインクジェットプリンタでは、タンクの数に応じて攪拌機構も複数個設けることになり、構造が複雑で大型になりコスト高を招く。さらにヘッド1にインクが到達する前にインクの温度が低下してしまい、加熱による効果が十分に発揮されない。さらにインクタンク10またはサブタンク2全体を温めてしまうと熱によるインクの劣化が促進されるので、加熱するインクの量を最小限に抑えることが必要となり、高密度/高速の印刷に障害となる。
このようなことから図5ならびに図6に示すように、ヒータ11をヘッド1に付設する構造が採られているが、ヘッド部分だけの加熱では高密度/高速の印刷に対応しきれない場合がある。特に冬季などの環境温度が低い条件での使用の場合にはその傾向が顕著であり、動作信頼性の問題がある。
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、例えば活性エネルギー光線硬化型インクなどのように粘度の高い液体であってもヘッドに安定的に供給し、ヘッドのノズルから確実かつ円滑に噴射できる、動作信頼性に優れた液滴吐出装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することにある。
前記目的を達成するため本発明の第1の手段は、液体を貯留するメインの液体タンクと、
その液体タンクから供給された液体を一時的に貯留するとともに、タンク底面から吐出ヘッドに向けて前記液体の供給流路を有するサブタンクと、
内部流路ならびにその内部流路と連通した複数の吐出ノズルを有し、前記サブタンクから供給された液体を前記内部流路を通して吐出ノズルから液滴として吐出する吐出ヘッドと、
その吐出ヘッドの前記内部流路内の液体を加熱して流動性を高めるメインヒータと、
前記サブタンクの供給流路内の液体を予め加熱して流動性を高めるサブヒータとを備えたことを特徴とするものである。
本発明の第2の手段は前記第1の手段において、前記液体が活性エネルギー光線硬化型液体であることを特徴とするものである。
本発明の第3の手段は前記第1の手段において、前記サブタンクの供給路の途中に液体溜り部を形成して、その液体溜り部の付近に前記サブヒータを設けたことを特徴とするものである。
本発明の第4の手段は前記第3の手段において、前記液体溜り部をサブタンクの底面とほぼ平行に形成して、液体溜り部とサブタンクの底面の間に前記サブヒータを設けたことを特徴とするものである。
本発明の第5の手段は前記第3または第4の手段において、前記サブタンクの前記吐出ヘッド側に肉厚部が設けられ、その肉厚部内部に前記液体溜り部とサブヒータが設けられていることを特徴とするものである。
本発明の第6の手段は前記第3ないし第5の手段において、前記液体溜り部の内側に前記液体を濾過するフィルタを設け、そのフィルタの付近に前記サブヒータを設けたことを特徴とするものである。
本発明の第7の手段は前記第1ないし第6の手段において、前記吐出ヘッドが複数設けられ、その吐出ヘッドに対応して前記液体タンク、サブタンク、メインヒータならびにサブヒータも複数設けられて、そのサブヒータが直列或いは並列に接続されていることを特徴とするものである。
本発明の第8の手段は前記第1ないし第6の手段において、前記吐出ヘッドが複数設けられ、その吐出ヘッドに対応して前記液体タンク、サブタンク、メインヒータならびにサブヒータも複数設けられて、そのサブヒータは個別に通電される構成になっていることを特徴とするものである。
本発明の第9の手段は前記第7または第8の手段において、前記吐出ヘッドの内部流路内の液体温度を検出する温度センサを設け、その温度センサからの温度情報に基づいて前記メインヒータならびにサブヒータの通電制御を行う構成になっていることを特徴とするものである。
本発明の第10の手段は前記第1ないし第9の手段において、前記サブタンクならびに吐出ヘッドが例えばステンレスなどの熱伝導性の良好な材料で構成されていることを特徴とするものである。
本発明の第11の手段は画像形成装置において、前記第1ないし第10の手段の液滴吐出装置を備えたことを特徴とするものである。
本発明の第12の手段は前記第11の手段において、前記液体が画像形成用活性エネルギー光線硬化型インクであって、前記吐出ヘッドから吐出されたインクが記録媒体上に着弾して、前記吐出ヘッドの記録媒体搬送方向後流側に設置された活性エネルギー光線照射手段から前記記録媒体上に活性エネルギー光線を照射することを特徴とするものである。
本発明は前述のような構成になっており、例えば活性エネルギー光線硬化型インクなどのように粘度の高い液体であってもヘッドに安定的に供給し、ヘッドのノズルから確実かつ円滑に噴射できる、動作信頼性に優れた液滴吐出装置およびそれを備えた画像形成装置を提供することができる。
本発明の実施例1に係るインクジェット記録ヘッド付近の一部を断面にした正面図である。 そのインクジェット記録ヘッド付近の切断側面図である。 本発明の実施例3に係るインクジェット記録ヘッド付近の一部を断面にした正面図である。 本発明の実施例に係るインクジェット記録ヘッドを備えたインクジェッドプリンタの斜視図である。 従来のインクジェット記録ヘッド付近の一部を断面にした正面図である。 そのインクジェット記録ヘッド付近の切断側面図である。
次に本発明の各実施例を図面と共に説明する。
図1は実施例1に係るヘッド付近の一部を断面にした正面図、図2はそのヘッド付近の切断側面図である。
ヘッド1、サブタンク2、インクタンク10などの基本的な構成、接続ならびにインクの流れ方などは図5ならびに図6で説明した従来のもとほぼ同じなので、それらの重複する説明は省略す。
サブタンク2は例えばステンレスなどの熱伝導性の良好な材料で構成されており、図1ならびに図2に示すように、ヘッド1と接合される側には肉厚部18が設けられ、この肉厚部18のタンク底面側(内面側)にインク出口5が、肉厚部18のヘッド接合側(下面側)にヘッドインク供給口6が、左右ずれた位置に開設されている。そしてこの肉厚部18の厚さ方向の中間部分に、インク溜り部7が設けられている。このインク溜り部7はサブタンク2の底面とほぼ平行になるように水平方向に長く形成され、インク溜り部7の一方の端部がインク出口5と連通し、インク溜り部7の反対の端部がヘッドインク供給口6と連通している。
インク溜り部7の内部でインクが滞留しないでスムースに流れるように、インク溜り部7の底面はインク出口5からヘッドインク供給口6に向けて若干低くなるように傾斜している。そしてインク溜り部7の高さ方向の中間位置にインク溜り部7を横切るようにフィルタ8が設置され、インク溜り部7はフィルタ8を境にして上下に2つの平らな空間部が形成されている。
ヘッド1のハウジング13も例えばステンレスなどの熱伝導性の良好な材料で構成されており、その内部にはメインヒータ17aと温度センサ12が設けられている。また、前記インク溜り部7とサブタンク2のタンク底面との間には、水平方向に平板状のサブヒータ17bが設けられている。
本実施例はカラー印刷が可能なようにブラック、イエロー、シアン、マゼンダの4色に対応して、サブタンク2、インク供給管9、インクタンク10、温度センサ12、メインヒータ17a、サブヒータ17bなどがそれぞれ4個設けられている。但し、図面の簡略化のため、インクタンク10を除く他の部材は4個描かれていない。なお、4個のサブヒータ17bは電気的に直列或いは並列に接続されている。
前述のようにサブタンク2のインク出口5とヘッドインク供給口6の間にインク溜り部7を形成して、そのインク溜り部7の近傍(具体的にはフィルタ8の前の部分)にサブヒータ17bを設け、インク溜り部7に溜まったインクを事前に温めるようになっている。
このサブヒータ17bの制御は、メインヒータ17aによって温められたハウジング13を介して検出される温度センサ12の温度データに基づいて行われ、ヘッド1の内部流路15にインクを送り込む前段階でインクの粘度を低下させ、ヘッド1の内部でメインヒータ17aによってさらにインクの粘性を低下させ、かつ印刷に適したインクの温度設定を円滑に行えるようにしている。
1個のサブヒータ17bの温度制御は、ブラック、イエロー、シアン、マゼンダ用の4個の温度センサ12が印刷に適した温度より高くならない範囲で行う。例えばインクが印刷に適した粘度になる温度が温度センサ12の計測値で60℃とした場合、まず、温度センサ12(4個)でそれぞれの色に対応したヘッド内部流路15のインクの温度を計測する。
計測したデータをTa、Tb、Tc、Tdとした場合、それぞれの値が60℃を超えないよう、ある一定の時間間隔(FT)毎にTa、Tb、Tc、Tdの温度を計測しながらサブヒータ17bに供給する電流値を制御する。ただし、ヘッド1の内部供給路15、インク溜り部7、およびサブタンク2の温度勾配が生じるのとサブヒータ17bとメインヒータ17aの加熱によるインクの温度上昇には、タイムラグが生じるので、それらの値を実験的に求め本制御システムに組み込むによって精度良い制御が可能である。
このようにヘッド1にインクを供給する事前の段階でインクの温度を吐出に適した温度60℃に近づけておくことにより、インクをヘッド1に安定的に供給してヘッド1のノズルから確実かつ円滑に噴射が可能となり、高密度/高速の印刷に十分対応できる。
また、インク溜り部7の加熱はヘッド1への供給前の予備的な加熱であるため、インク溜り部7でのインクの粘度はヘッド1からの吐出時に必要な最終的な粘度より少し高く設定し、且つ、ヘッド1への供給に対するインクの流動性が確保されていれば良く、インクの温度はある範囲内に収まっていれば機能的には役割を十分果たすので、サブヒータ17bの制御としては、印字ヘッド内部のメインヒータ17aよりも精密さを要求されないという特長がある。
前記実施例1はヘッド1内のインク室が4室に独立し、それに対応したメインヒータ17a(4個)、温度センサ12(4個)が実装されている例であるが、メインヒータ17aおよび温度センサ12がそれぞれ1個から多数個まで実装されているヘッドについても、インク溜り部7にサブヒータ17bを配置して同様の方式によって事前にインクを温めることが可能であり、その加熱手段としてのサブヒータ17bは1個で対応が可能である。
図3は、本発明の実施例3に係るヘッド付近の一部を断面にした正面図である。本実施例の場合、各インク溜り部7付近に設置するサブヒータ17bは互いに電気的には接続されておらず、各サブヒータ17bは独立している。そしてメインヒータ17aに対応する温度センサ12からの温度データをもとにそれぞれのサブヒータ17bが独立して通電制御される構成になっている。このようにすれば、より良好な感度でかつ精度の良い粘度(温度)の制御が可能となる。
活性エネルギー光線の照射を受けて硬化するインク組成物としては、例えばカチオン重合系インク組成物、ラジカル重合系インク組成物、水性インク組成物などがある。また、前記活性エネルギー光線としては、例えば紫外線、電子線、α線、γ線、X線などがある。
前記実施例ではサブタンク2をヘッド1と一体に接合したが、サブタンク2をヘッド1と別に設けることも可能であるが、サブタンク2がヘッド1から離れるとインクの温度(粘度)が下がるため、サブタンク2はヘッド1の近傍に設置する方が好ましい。
前記実施例ではサブヒータ17bをフィルタ8のインク流れ方向上流側(上側)に設けたが、サブヒータ17bをフィルタ8のインク流れ方向下流側(下側)に設けることも可能である。また、インク溜り部7の外周を螺旋状に取り巻くようにサブヒータ17bを設置することも可能である。
前記実施例ではインク溜り部7を一段形成したが、インク溜り部7を複数段形成することも可能である。
図4は、前記実施例に係るヘッドを搭載したインクジェットプリンタの斜視図である。なおこの図では、図面の簡略化のためにインク供給管9は1本しか描いていない。
サブタンク2付きのヘッド1は、図示していないタイミングベルトに連結された駆動モータの正逆転によりフレームから延びたガイド軸21、21上を往復移動しながら、搬送ローラ22によって搬送されて来た用紙などの記録媒体23上にインク滴を吐出して文字や図形などの画像を印刷する。
なお、図示していないが、ヘッド1から記録媒体23上に吐出したインク滴を素早く硬化するための活性エネルギー光線照射部が、ヘッド1の記録媒体搬送方向後流側に設けられている。
ヘッド1へのインクの供給は、メンイのインクタンク10からフレキシブルチューブからなるインク供給管9を介してサブタンク2、ヘッド1へと供給される。ヘッド1のホームポジションにあるヘッド保全部24は、印刷をしてないときにヘッド1のノズルからのインクの乾燥や異物の付着を防止するためにキャップ25、或いは図示していないが、ノズル面に付着したインクなどを除去するためのワイパーブレードなどが設けられている。前記キャップ25は、サブタンク2からヘッド1内のインクを充填するときや、ヘッド1内の停滞した気泡などを除去するために実施されるパージ動作をするときに吸引キャップとしても利用される。
本発明の請求項毎の作用効果を述べれば下記の通りである。
請求項1ならびに2に記載の発明によれば、活性エネルギー光線硬化型液体などの吐出ヘッドの内部流路内の液体を加熱して流動性を高めるメインヒータと、サブタンクの供給流路内の液体を予め加熱して流動性を高めるサブヒータとを備えることにより、粘度の高い液体であってもヘッドに安定的に供給し、ヘッドのノズルから確実かつ円滑に噴射でき、動作信頼性に優れている。
また吐出ヘッドには事前に温められた液体が供給されるので、吐出ヘッド内に設置するメインヒータの容量を小さくすることができ、吐出ヘッドの小型化とコストの低減が図れる。
さらにサブタンクの例えば細い供給流路を通過する液体をサブヒータで加熱する構成であるから、液体の攪拌装置などは不要であり、部品点数の増加、大型化、コストアップなどを抑制することができる。
請求項3に記載の発明によれば、サブタンクの供給路の途中に液体溜り部を形成して、その液体溜り部の付近にサブヒータを設けたから、所望量の液体を有効に加熱して粘度をさげることができる。
請求項4に記載の発明によれば、サブヒータがサブタンクの底面と液体溜り部との間に設けられているから、液体溜り部を通過する液体を温めながら、そのサブヒータの熱によってサブタンク内の液体も一部温めることができ、熱の有効利用が図れる。
請求項5に記載の発明によれば、サブタンクに肉厚部が設けられ、その肉厚部内部に液体溜り部とサブヒータが設けられているから、液体溜り部の形成とサブヒータの設置が容易であるとともに、肉厚部によって保有熱容量が大きくなり、液体の加熱に有利である。
請求項6に記載の発明によれば、フィルタの付近にサブヒータを設けることにより、フィルタを通過する液体の粘度が下がり、フィルタによる濾過がスムースに行われ、吐出ヘッドへの液体の供給がより円滑に行われる。
請求項7に記載の発明によれば、サブヒータの通電が一括して行われ、サブヒータの通電制御がよういである。
請求項8に記載の発明によれば、各サブヒータを個別に通電制御できるから、例えは液体の特性や液体供給路の流動抵抗など各液体供給条件に適合した液体の粘度管理が行われる。
請求項9に記載の発明によれば、温度センサからの温度情報に基づいてメインヒータならびにサブヒータの通電制御を行うため、粘度の高い液体であってもヘッドに安定的に供給し、ヘッドのノズルから確実かつ円滑に噴射でき、動作信頼性に優れている。
請求項10に記載の発明によれば、サブタンクならびに吐出ヘッドが熱伝導性の良好な材料で構成されているため、サブタンクならびに吐出ヘッドの全体で液体の低粘度化が行われる。
請求項11ならびに12に記載の発明によれば、画像品質の高い画像形成製装置を提供することができる。
前記実施例ではインクジェットプリンタなどの画像形成装置の場合について説明したが、本発明は例えば液晶ディスプレイ用カラーフィルターの製造に用いられる色材液、或いは有機ELディスプレイ用電極膜の製造に用いられる電極液材など他の液体を吐出する液滴吐出ヘッドにも適用可能である。
1:ヘッド、2:サブタンク、3:連結部、4:ダンパ、5:インク出口、6:ヘッドインク供給口、7:インク溜り部、8:フィルタ、9:インク供給管、10:インクタンク、12:温度センサ、13:ハウジング、14:アクチュエータ、15:ヘッド内部流路、16:流路形成基板、17a:メインヒータ、17b:サブヒータ、18:肉厚部、21:ガイド軸、22:搬送ローラ、23:記録媒体、24:ヘッド保全部、25:キャップ。
特開2004−174773号公報

Claims (12)

  1. 液体を貯留するメインの液体タンクと、
    その液体タンクから供給された液体を一時的に貯留するとともに、タンク底面から吐出ヘッドに向けて前記液体の供給流路を有するサブタンクと、
    内部流路ならびにその内部流路と連通した複数の吐出ノズルを有し、前記サブタンクから供給された液体を前記内部流路を通して吐出ノズルから液滴として吐出する吐出ヘッドと、
    その吐出ヘッドの前記内部流路内の液体を加熱して流動性を高めるメインヒータと、
    前記サブタンクの供給流路内の液体を予め加熱して流動性を高めるサブヒータとを備えたことを特徴とする液滴吐出装置。
  2. 請求項1に記載の液滴吐出装置において、前記液体が活性エネルギー光線硬化型液体であることを特徴とする液滴吐出装置。
  3. 請求項1に記載の液滴吐出装置において、前記サブタンクの供給路の途中に液体溜り部を形成して、その液体溜り部の付近に前記サブヒータを設けたことを特徴とする液滴吐出装置。
  4. 請求項3に記載の液滴吐出装置において、前記液体溜り部をサブタンクの底面とほぼ平行に形成して、液体溜り部とサブタンクの底面の間に前記サブヒータを設けたことを特徴とする液滴吐出装置。
  5. 請求項3または4に記載の液滴吐出装置において、前記サブタンクの前記吐出ヘッド側に肉厚部が設けられ、その肉厚部内部に前記液体溜り部とサブヒータが設けられていることを特徴とする液滴吐出装置。
  6. 請求項3ないし5のいずれか1項に記載の液滴吐出装置において、前記液体溜り部の内側に前記液体を濾過するフィルタを設け、そのフィルタの付近に前記サブヒータを設けたことを特徴とする液滴吐出装置。
  7. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の液滴吐出装置において、前記吐出ヘッドが複数設けられ、その吐出ヘッドに対応して前記液体タンク、サブタンク、メインヒータならびにサブヒータも複数設けられて、そのサブヒータが直列或いは並列に接続されていることを特徴とする液滴吐出装置。
  8. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の液滴吐出装置において、前記吐出ヘッドが複数設けられ、その吐出ヘッドに対応して前記液体タンク、サブタンク、メインヒータならびにサブヒータも複数設けられて、そのサブヒータは個別に通電される構成になっていることを特徴とする液滴吐出装置。
  9. 請求項7または8に記載の液滴吐出装置において、前記吐出ヘッドの内部流路内の液体温度を検出する温度センサを設け、その温度センサからの温度情報に基づいて前記メインヒータならびにサブヒータの通電制御を行う構成になっていることを特徴とする液滴吐出装置。
  10. 請求項1ないし9のいずれか1項に記載の液滴吐出装置において、前記サブタンクならびに吐出ヘッドが熱伝導性の良好な材料で構成されていることを特徴とする液滴吐出装置。
  11. 請求項1ないし10のいずれか1項に記載の液滴吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
  12. 請求項11に記載の画像形成製装置において、前記液体が画像形成用活性エネルギー光線硬化型インクであって、前記吐出ヘッドから吐出されたインクが記録媒体上に着弾して、前記吐出ヘッドの記録媒体搬送方向後流側に設置された活性エネルギー光線照射手段から前記記録媒体上に活性エネルギー光線を照射することを特徴とする画像形成装置。
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