JP2017148999A - 液体吐出装置、液体吐出方法、および液体吐出ヘッド - Google Patents
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Abstract
Description
(第1の実施形態)
図1は、本発明の実施形態における液体吐出装置の概略構成を示す側面図である。ここに示す液体吐出装置は、インクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置(以下、記録装置とも称す)1000を構成している。なお、実施形態に係る記録装置は、プリンタ、複写機、通信システムを有するファクシミリ、プリンタ部を有するワードプロセッサなどの装置、さらには各種処理装置と複合的に組み合わせた産業記録装置に適用可能である。例えば、半導体や、バイオチップ作製や、電気回路印刷などの用途としても用いることができる。
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。図5は、この第2の実施形態における液体吐出装置の概略構成を示す側面図である。なお、図5において、上記第1の実施形態と同一もしくは相当部分には同一符合を付し、重複説明は省略する。この第2の実施形態に示す液体吐出装置2000は、上記第1の実施形態における脱気手段としての脱気モジュールに代えて、脱気タンク1023を脱気手段として備えた構成を有する。一般に用いられている脱気モジュール104はその構造上、比較的高価であり、小型の装置では装置全体のコストに対する脱気手段のコストが過大になる可能性もある。そこで、本実施形態では、安価に脱気システムを構築すべく、液体吐出ヘッド3に供給するインクを貯留すると共に、貯留したインクに対して脱気処理を行うことを可能とする脱気タンク1023を用いている。脱気タンク1023は、インク貯留空間の減圧を可能とする減圧機構と、インク貯留空間に貯留されたインクを撹拌する攪拌機構とを有するものとなっている。
次に、本発明の第3の実施形態を説明する。この第3の実施形態における液体吐出装置は、液体吐出ヘッドに形成される吐出口内のインクを流動させる吐出口内流動を実行する構成を備える。以下、本実施形態における液体吐出装置を詳細に説明する。
図11は、本発明の液体を吐出する液体吐出装置、特にはインクを吐出して記録を行うインクジェット記録装置(以下、記録装置とも称す)1000の概略構成を示した図である。記録装置1000は、記録媒体2を搬送する搬送部1と、記録媒体2の搬送方向と略直交して配置されるライン型の液体吐出ヘッド3とを備え、複数の記録媒体2を連続的もしくは間欠的に搬送しながら1パスで記録を行うライン型記録装置である。液体吐出ヘッド3は循環経路内の圧力(負圧)を制御する負圧制御ユニット230と、負圧制御ユニット230と流体連通した液体供給ユニット220と、液体供給ユニット220へのインクの供給口および回収口となる液体接続部111と、筺体80とを備えている。記録媒体2は、カット紙に限らず、連続したロール媒体であってもよい。液体吐出ヘッド3は、シアンC、マゼンタM、イエローY、ブラックKのインクによるフルカラー記録が可能であり、液体を液体吐出ヘッド3へ供給する供給路である液体供給手段、メインタンクおよびバッファタンク(後述する図2参照)が流体的に接続される。また、液体吐出ヘッド3には、液体吐出ヘッド3へ電力および吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続される。液体吐出ヘッド3内における液体経路および電気信号経路については後述する。
図12は、本実施形態の記録装置1000に適用される循環経路の第1循環形態を示す模式図である。液体吐出ヘッド3は、第1循環ポンプ(高圧側)1001、第1循環ポンプ(低圧側)1002およびバッファタンク1003等に流体的に接続されている。なお図12では、説明を簡略化するため、シアンC、マゼンタM、イエローY、ブラックKのインクの内の1色のインクが流動する経路のみを示しているが、実際には4色分の循環経路が、液体吐出ヘッド3および記録装置本体に設けられる。
図13は、本実施形態の記録装置に適用される循環経路のうち、上述した第1循環形態とは異なる循環形態である第2循環形態を示す模式図である。前述の第1循環形態との主な相違点は、負圧制御ユニット230を構成する2つの圧力調整機構が共に、負圧制御ユニット230よりも上流側の圧力の変動を、所望の設定圧を中心として一定範囲内に抑えるように制御する点である。また、第1循環形態との相違点として、第2循環ポンプ1004が負圧制御ユニット230の下流側を減圧する負圧源として作用する点がある。更に、第1循環ポンプ(高圧側)1001および第1循環ポンプ(低圧側)1002が液体吐出ヘッド3の上流側に配置され、負圧制御ユニット230が液体吐出ユニット300の下流側に配置されている点も相違する点である。
第1の実施形態に係る液体吐出ヘッド3の構成について説明する。図15(a)および図15(b)は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド3を示した斜視図である。液体吐出ヘッド3は、1つの記録素子基板10でシアンC/マゼンタM/イエローY/ブラックKの4色のインクを吐出可能な記録素子基板10を直線上に15個配列(インラインに配置)されるライン型の液体吐出ヘッドである。図15(a)に示すように液体吐出ヘッド3は、各記録素子基板10と、フレキシブル配線基板40および電気配線基板90を介して電気的に接続された信号入力端子91と電力供給端子92を備える。信号入力端子91および電力供給端子92は、記録装置1000の制御部と電気的に接続され、それぞれ吐出駆動信号および吐出に必要な電力を記録素子基板10に供給する。電気配線基板90内の電気回路によって配線を集約することで、信号出力端子91および電力供給端子92の数を記録素子基板10の数に比べて少なくすることができる。これにより、記録装置1000に対して液体吐出ヘッド3を組み付ける時または液体吐出ヘッドの交換時に取り外しが必要な電気接続部数が少なくて済む。図15(b)に示すように、液体吐出ヘッド3の両端部に設けられた液体接続部111は、記録装置1000の液体供給系と接続される。これによりシアンC/マゼンタM/イエローY/ブラックK4色のインクが記録装置1000の供給系から液体吐出ヘッド3に供給され、また液体吐出ヘッド3内を通ったインクが記録装置1000の供給系へ回収されるようになっている。このように各色のインクは、記録装置1000の経路と液体吐出ヘッド3の経路を介して循環可能である。
図14(a)は、1つの吐出モジュール200を示した斜視図であり、図14(b)は、その分解図である。吐出モジュール200の製造方法としては、まず記録素子基板10およびフレキシブル配線基板40を、予め液体連通口31が設けられた支持部材30上に接着する。その後、記録素子基板10上の端子16と、フレキシブル配線基板40上の端子41とをワイヤーボンディングによって電気接続し、その後にワイヤーボンディング部(電気接続部)を封止材110で覆って封止する。フレキシブル配線基板40の記録素子基板10と反対側の端子42は、電気配線基板90の接続端子93(図16参照)と電気接続される。支持部材30は、記録素子基板10を支持する支持体であるとともに、記録素子基板10と流路部材210とを流体的に連通させる流路部材であるため、平面度が高く、また十分に高い信頼性をもって記録素子基板と接合できるものが好ましい。材質としては例えばアルミナや樹脂材料が好ましい。
図21(a)は記録素子基板10の吐出口13が形成される側の面の平面図を示し、図21(b)は、図21(a)のAで示した部分の拡大図を示し、図21(c)は、図21(a)の裏面の平面図を示す。ここで、本実施形態における記録素子基板10の構成について説明する。図21(a)に示すように、記録素子基板10の吐出口形成部材12に、各インク色に対応する4列の吐出口列が形成されている。なお、以後、複数の吐出口13が配列される吐出口列が延びる方向を「吐出口列方向」と呼称する。図21(b)に示すように、各吐出口13に対応した位置には液体を熱エネルギーにより発泡させるための発熱素子である記録素子15が配置されている。隔壁22により、記録素子15を内部に備える圧力室23が区画されている。記録素子15は、記録素子基板10に設けられる電気配線(不図示)によって、端子16と電気的に接続されている。そして記録素子15は、記録装置1000の制御回路から、電気配線基板90(図16参照)およびフレキシブル配線基板40(図20参照)を介して入力されるパルス信号に基づいて発熱して液体を沸騰させる。この沸騰による発泡の力で液体を吐出口13から吐出する。図21(b)に示すように、各吐出口列に沿って、一方の側には液体供給路18が、他方の側には液体回収路19が延在している。液体供給路18および液体回収路19は記録素子基板10に設けられた吐出口列方向に伸びた流路であり、それぞれ供給口17a、回収口17bを介して吐出口13と連通している。
図23は、隣り合う2つの吐出モジュールにおける、記録素子基板の隣接部を部分的に拡大して示した平面図である。本実施形態では略平行四辺形の記録素子基板を用いている。各記録素子基板10における吐出口13が配列される各吐出口列(14a〜14d)は、記録媒体の搬送方向に対し一定角度傾くように配置されている。そして、記録素子基板10同士の隣接部における吐出口列は、少なくとも1つの吐出口が記録媒体の搬送方向にオーバーラップするようになっている。図23では、線D上の2つの吐出口が互いにオーバーラップする関係にある。このような配置によって、仮に記録素子基板10の位置が所定位置から多少ずれた場合でも、オーバーラップする吐出口の駆動制御によって、記録画像の黒スジや白抜けを目立たなくすることができる。複数の記録素子基板10を千鳥配置ではなく、直線上(インライン)に配置した場合も、図23のような構成により液体吐出ヘッド10の記録媒体の搬送方向の長さの増大を抑えつつ記録素子基板10同士のつなぎ部における黒スジや白抜け対策を行うことができる。なお、本実施形態では記録素子基板の主平面は平行四辺形であるが、これに限るものではなく、例えば長方形、台形、その他形状の記録素子基板を用いた場合でも、本発明の構成を好ましく適用することができる。
以下、図面を参照して本発明の第4の実施形態によるインクジェット記録装置2000および液体吐出ヘッド2003の構成を説明する。なお以降の説明においては、主として第1の実施形態と異なる部分を説明する。
図31は、本実施形態を適用可能な、液体を吐出して記録を行うインクジェット記録装置2000を示した図である。本実施形態の記録装置2000は、シアンC、マゼンタM、イエローY、ブラックKの各インクに対応した単色用の液体吐出ヘッド2003を4つ並列配置させることで記録媒体へフルカラー記録を行う点が第1の実施形態とは異なる。第1の実施形態において1色あたりに使用できる吐出口列数が1列だったのに対し、本実施形態においては、1色あたりに使用できる吐出口列数は20列となっている。このため、記録データを複数の吐出口列に適宜振り分けて記録を行うことで、非常に高速な記録が可能となる。更に、不吐出になる吐出口があったとしても、その吐出口に対して記録媒体の搬送方向に対応する位置にある、他列の吐出口から補間的に吐出を行うことで信頼性が向上し、商業記録などに好適である。第1の実施形態と同様に、各液体吐出ヘッド2003に対して、記録装置2000の供給系、バッファタンク1003(図12、図13参照)およびメインタンク1006(図12、図13参照)が流体的に接続されている。また、それぞれの液体吐出ヘッド2003には、液体吐出ヘッド2003へ電力および吐出制御信号を伝送する電気制御部が電気的に接続されている。
第3の実施形態と同様に、記録装置2000および液体吐出ヘッド2003間の液体循環経路としては、第3の実施形態同様、図12または図13に示した第1および第2循環形態を用いることができる。また、液体吐出ヘッド2003に対する充填・回復動作も第3の実施形態と同様に行うことができる。
図24(a)および(b)は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド2003を示した斜視図である。ここで、本実施形態に係る液体吐出ヘッド2003の構造について説明する。液体吐出ヘッド2003は、液体吐出ヘッド2003の長手方向に直線上に配列される16個の記録素子基板2010を備え、1色の液体で記録が可能なインクジェット式のライン型記録ヘッドである。液体吐出ヘッド2003は、第1の実施形態と同様、液体接続部111、信号入力端子91および電力供給端子92を備える。しかしながら本実施形態の液体吐出ヘッド2003は、第1の実施形態に比べて吐出口列が多いため、液体吐出ヘッド2003の両側に信号出力端子91および電力供給端子92が配置されている。これは記録素子基板2010に設けられる配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減するためである。
図29(a)は、1つの吐出モジュール2200を示した斜視図であり、図29(b)は、その分解図である。第1の実施形態との差異は、記録素子基板2010の複数の吐出口列方向に沿った両辺部(記録素子基板2010の各長辺部)に複数の端子16がそれぞれ配置されている点である。これに伴い記録素子基板2010と電気接続されるフレキシブル配線基板40も、1つの記録素子基板2010に対して2枚配置されている。これは記録素子基板2010に設けられる吐出口列数が20列あり、第1の実施形態の8列よりも大幅に増加しているためであり、端子16から記録素子までの最大距離を短くして記録素子基板2010内の配線部で生じる電圧低下や信号遅れを低減するためである。また支持部材2030の液体連通口31は、記録素子基板2010に設けられ全吐出口列を跨るように開口している。その他の点は、第1の実施形態と同様である。
図30(a)は、記録素子基板2010の吐出口13が配される面の模式図であり、図30(c)は、図30(a)の面の裏面を示す模式図である。図30(b)は図30(c)において、記録素子基板2010の裏面側に設けられているカバープレート2020を除去した場合の記録素子基板2010の面を示す模式図である。図30(b)に示すように、記録素子基板2010の裏面には吐出口列方向に沿って、液体供給路18と液体回収路19とが交互に設けられている。吐出口列数は、第1の実施形態よりも大幅に増加しているものの、第1の実施形態との本質的な差異は、前述のように端子16が記録素子基板の吐出口列方向に沿った両辺部に配置されていることである。各吐出口列毎に一組の液体供給路18と液体回収路19が設けられていること、カバープレート2020に、支持部材2030の液体連通口31と連通する開口21が設けられていることなど、基本的な構成は第1の実施形態と同様である。
なお、上記実施形態の記載は本発明の範囲を限定するものではない。一例として、本実施形態では発熱素子により気泡を発生させて液体を吐出するサーマル方式について説明したが、ピエゾ方式およびその他の液体吐出方式が採用された液体吐出ヘッドにも本発明を適用することができる。
101 液体吐出ヘッド
104 脱気モジュール
114 キャップ
161 上流共通流路
121 減圧ポンプ
162 下流共通流路
1000,2000 液体吐出装置
1003 バッファタンク
1006 メインタンク
1023 脱気タンク
3000 制御手段
Claims (17)
- 液体吐出ヘッドに形成された吐出口から液体を吐出させて記録媒体への記録動作を行う液体吐出装置であって、
液体供給源から前記液体吐出ヘッドを経て前記液体供給源に至る循環流路内に前記液体を循環させる循環手段と、
前記液体の溶存気体量を減少させる脱気動作を行う脱気手段と、
前記吐出口からの液体吐出性能を回復させるために前記吐出口から液体を排出させる回復動作を行う回復手段と、
前記循環手段および脱気手段の駆動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記回復動作後であって、かつ、前記回復動作後の最初の前記記録動作が開始される以前に、前記脱気動作を開始させると共に、前記循環経路内に、前記脱気動作によって脱気された液体を循環させることを特徴とする液体吐出装置。 - 前記回復動作は、前記液体吐出ヘッドに対する液体の充填後に行われる回復動作であることを特徴とする請求項1に記載の液体吐出装置。
- 前記液体の充填は、液体吐出装置の着荷後あるいは記録ヘッドを交換した後に行なわれることを特徴とする請求項2に記載の液体吐出装置。
- 前記回復動作は、前回の回復動作から前記液体吐出ヘッドによる液体の吐出に影響を及ぼす気泡が生成される時間が経過する前に行なわれることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
- 前記制御手段は、前記循環流路内に残留する気泡の径が所定の径より小さくなるまで前記脱気された液体を循環させるよう前記循環手段を制御することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
- 前記所定の径は、気泡の最大径が、前記各循環流路の断面の最大寸法未満である請求項4に記載の液体吐出装置。
- 前記所定の径は、0.2mmであることを特徴とする請求項4または6に記載の液体吐出装置。
- 前記脱気された液体の溶存気体量は、前記液体吐出ヘッドの使用最高温度における飽和溶存気体量未満であることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
- 前記脱気手段は、脱気モジュールと前記脱気モジュール内を減圧する減圧手段とを備えることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
- 前記脱気手段は、前記液体供給源としてのタンクと、前記タンク内を減圧する減圧手段と、を備えることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
- 前記制御手段は、記録開始信号を受信した場合、前記記録開始信号に応じた記録動作によって液体の溶存気体量の推定値が所定の溶存気体量の閾値を超えるか否かを判断し、前記推定値が前記閾値以下であると判断した場合には前記記録開始信号に応じた記録動作を実行し、前記推定値が前記閾値を超えると判断した場合には前記タンクにおける液体の脱気動作を前記記録動作に優先して行なうことを特徴とする請求項10に記載の液体吐出装置。
- 前記制御手段は、前記タンクにおける液体の脱気動作が終了してから液体の循環が開始されるまでの時間、液体の循環時間、液体の温度、前記タンクにおける液体の充填量から溶存気体量を推定することを特徴とする請求項11に記載の液体吐出装置。
- 前記脱気された液体の循環は、前記液体吐出ヘッドの前記吐出口をキャップによって覆った状態で行なうことを特徴とする請求項1ないし12のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
- 前記液体吐出ヘッドは、前記吐出口内の液体の流動を可能とすることを特徴とする請求項1ないし13のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
- 前記液体吐出ヘッドは、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する素子と、前記素子を内部に備える圧力室とを備え、前記圧力室内の液体は当該圧力室の外部との間で循環される請求項14に記載の液体吐出装置。
- 液体供給源から液体吐出ヘッドを経て前記液体供給源に至る循環流路内に液体を循環させつつ液体吐出ヘッドに形成された吐出口から液体を吐出させて記録媒体への記録を行う液体吐出方法であって、
前記吐出口からの液体吐出性能を回復させるために前記吐出口から液体を排出させる回復動作を行う回復工程と、
前記回復動作後であって、かつ、前記回復工程の後の最初の記録動作が開始される以前に、前記液体の溶存気体量を減少させる脱気動作を行う脱気工程と、
前記脱気動作によって脱気された液体を前記循環流路内に循環させることを特徴とする液体吐出方法。 - 請求項1の液体吐出装置に含まれる液体吐出ヘッドであって、
前記液体吐出ヘッドは、液体を吐出する吐出口と、液体を吐出するために利用されるエネルギーを発生する記録素子と、前記記録素子を内部に備える圧力室と、を備え、前記圧力室内の液体は当該圧力室の外部との間で循環されることを特徴とする液体吐出ヘッド。
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