JP2022065137A - 液体吐出ヘッド及び液体吐出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このような液体の増粘現象に対する対策の一つとして、液体吐出ヘッドに供給する液体を循環路により循環させる方法が知られている。特許文献1と非特許文献1には熱エネルギーを発生する記録素子を備えた液体吐出ヘッドが開示されている(以下、このような液体吐出ヘッドの方式をサーマル方式という場合がある)。液体の蒸発に伴う吐出口の目詰まりを防止するため、吐出口が形成される吐出口形成部材と記録素子が形成される基板との間の液流路で液体が循環させられる。特許文献1には50~2000μm/sの流速でインクを循環させることで発熱素子の近傍に残留する気泡を下流領域に排出することが記載されている。非特許文献1にはより速い流速でインクを循環させることが記載されている。
一方、特許文献1には50~2000μm/sの流速で液体を循環させることが記載されているが、流速が遅いため、残留気泡を下流側に移動させることは可能であっても、吐出口からの液体の蒸発による液体の増粘を抑制することは困難である。このように吐出口の近傍の液体が増粘すると、液滴の吐出速度が変化し、液滴の着弾位置が本来の着弾位置からずれることがある。特に、液体吐出ヘッドが高温で蒸発速度が高い場合や、液体中の固形分濃度が高い場合にこの問題が顕在化する。
本発明は、液滴の吐出方向が吐出口形成面と垂直な方向に対して傾きにくく、かつ吐出口からの液体の蒸発による液体の増粘を抑制することができる液体吐出ヘッド及び液体吐出方法を提供することを目的とする。
本実施形態は、タンクと液体吐出ヘッド間でインクを循環させるインクジェット記録装置に用いられる液体吐出ヘッドを対象とするが、吐出される液体はインクに限定されない。本発明では液体吐出ヘッドの液流路に循環流を生じさせるため、液流路の上流と下流の間に差圧を設けている。以下の実施形態では差圧を発生させるために圧力調整機構を用いているが、差圧の発生手段はこれに限定されない。例えば、液体吐出ヘッドの上流側と下流側に2つのタンクを設け、水頭圧を利用して一方のタンクから他方のタンクへ液体を流すことで、液体吐出ヘッドの上流側と下流側に差圧を設け、液流路内で液体を循環させてもよい。
以下に本発明を好適に適用可能な第1の適用例について説明する。
(インクジェット記録装置の説明)
本発明の、液体を吐出する装置、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1000(以下、記録装置とも称す)の概略構成を図1に示す。記録装置1000は被記録媒体2を搬送する搬送部1と、被記録媒体の搬送方向と略直交して配置されるライン型(ページワイド型)の液体吐出ヘッド3とを備える。それにより複数の被記録媒体2を連続的もしくは間欠的に搬送しながら1パスで連続記録を行う。被記録媒体2はカット紙に限らず、連続したロール紙であってもよい。液体吐出ヘッド3はCMYKインクによる(シアン、マゼンタ、イエロー、ブラック)フルカラー印刷が可能である。後述するようにインクを液体吐出ヘッドへ供給する供給路である液体供給手段と、メインタンクと、バッファタンク(図2参照)と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へ電力及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。吐出ヘッド3内における液体経路及び電気信号経路については後述する。
図2は、本実施形態の記録装置に適用される循環経路の1形態である第1の循環経路を示す模式図である。図2は液体吐出ヘッド3を、第1循環ポンプ(高圧側)1001、第1循環ポンプ(低圧側)1002、及びバッファタンク1003等に流体的に接続した図である。なお図2では、説明を簡略化するためにCMYKインクの内の一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及び記録装置本体に設けられる。メインタンク1006と接続される、サブタンクとしてのバッファタンク1003はタンク内部と外部とを連通する大気連通口(不図示)を有し、インク中の気泡を外部に排出することが可能である。バッファタンク1003は、補充ポンプ1005とも接続されている。補充ポンプ1005はインクを吐出しての記録や吸引回復等、液体吐出ヘッドの吐出口からインクを吐出(排出)することによって液体吐出ヘッド3でインクが消費された際に、消費されたインク分をメインタンク1006からバッファタンク1003へ移送する。
図3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の循環経路とは異なる循環形態である第2の循環経路を示す模式図である。前述の第1の循環経路との主な相違点は以下の通りである。まず、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を、所望の設定圧を中心として一定範囲内の変動で制御する機構(所謂「背圧レギュレーター」と同作用の機構部品)を有している。次に、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ものである。さらに、第1循環ポンプ(高圧側)1001及び第1循環ポンプ(低圧側)1002が液体吐出ヘッド上流側に配置され、負圧制御ユニット230が液体吐出ヘッド下流側に配置されている。
図28は、本実施形態の記録装置に適用される循環経路の一形態である第3の循環経路を示す模式図である。上記第1および第2の循環経路と同様な機能、構成については説明を省略し、主に異なる点について説明する。
本循環経路では、液体吐出ヘッド3の中央部の2個所と、液体吐出ヘッド3の一端側の計3か所から液体吐出ヘッド3内にインクが供給される。インクは、共通供給流路211から各圧力室23を経た後に共通回収流路212に回収され、液体吐出ヘッド3の他端部にある回収開口から液体吐出ヘッド3の外部へ回収される。複数の個別流路213a,213bは共通供給経路211及び共通回収流路212と連通しており、各個別流路213a,213bの経路中に記録素子基板10およびその記録素子基板内に配される圧力室23が設けられている。よって、第1循環ポンプ1002で流すインクの一部は、共通供給流路211から記録素子基板10の圧力室23内を通過して、共通回収流路212へと流れる(図28の矢印)。これは、共通供給流路211に接続された圧力調整機構Hと、共通回収流路212に接続された圧力調整機構Lとの間に圧力差が設けられ、第1循環ポンプ1002が共通回収流路212のみに接続されているからである。
このようにして、液体吐出ユニット300では、共通回収流路212内を通過するインクの流れと、共通供給流路211から各記録素子基板10内の圧力室23を通過し、共通回収流路212に回収されるインクの流れが発生する。このため、圧力損失の増大を抑制しつつ、各記録素子基板10で発生する熱を共通供給流路211から共通回収流路212への流れで記録素子基板10の外部へ排出することができる。また、第3の循環経路によれば、上記第1および第2の循環経路に比べて液体の輸送手段であるポンプの数を少なくすることが可能となる。
第1の適用例に係る液体吐出ヘッド3の構成について説明する。図4(a)及び図4(b)は本実施形態に係る液体吐出ヘッド3の斜視図である。液体吐出ヘッド3は各々がC/M/Y/Kの4色のインクを吐出可能な記録素子基板10が直線上に15個配列(インラインに配置)されたライン型の液体吐出ヘッドである。図4(a)に示すように、液体吐出ヘッド3には各記録素子基板10と、フレキシブル配線基板40及び電気配線基板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及び電力供給端子92は記録装置1000の制御部と電気的に接続され、それぞれ、吐出駆動信号及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、信号入力端子91及び電力供給端子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を組み付ける時又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4(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CMYK4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。
次に液体吐出ユニット300に含まれる流路部材210の構成について説明する。図5に示したように、流路部材210は第1流路部材50、第2流路部材60、第3流路部材70を積層したものである。流路部材210は、液体供給ユニット220から供給されたインクを各吐出モジュール200へと分配し、また吐出モジュール200から環流するインクを液体供給ユニット220へと戻すための流路部材である。流路部材210は液体吐出ユニット支持部81にネジ止めで固定されており、それにより流路部材210の反りや変形が抑制されている。
図9(a)に1つの吐出モジュール200の斜視図を、図9(b)にその分解図を示す。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及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5参照)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為、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。
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10(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10(b)は図10(a)のAで示した部分の拡大図を示し、図10(c)は図10(a)の裏面の平面図を示す。図10(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12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す平面図である。図10に示すように、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。図12に示すように各記録素子基板10における吐出口13が配列される各吐出口列(14a~14d)は、被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。それによって記録素子基板10同士の隣接部における吐出口は、少なくとも1つの吐出口が被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12では、D線上の2つの吐出口が互いにオーバーラップ関係にある。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ようにすることができる。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)に配置することもできる。この場合も、図12のような構成により液体吐出ヘッド3の被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、本発明は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。
図27~32を用いて、上述した液体吐出ヘッド構成の変形例について説明する。上述した例と同様な構成、機能については説明を省略し、主に異なる点について説明する。本変形例は、図27、29に示すように液体吐出ヘッド3と外部とのインクの接続部である複数の液体接続部111は、液体吐出ヘッドの長手方向の一端側に集約して配置されている。液体吐出ヘッド3の他端側には複数の負圧ユニット230を集約して配置している(図30)。液体吐出ヘッド3に含まれる液体供給ユニット220は、液体吐出ヘッド3の長さに対応した長尺状のユニットとして構成され、供給する4色のインクに対応した流路およびフィルタ221を備える。図30に示すように、液体吐出ユニット支持部81に設けられる開口83~86の位置も上述した液体吐出ヘッド3とは異なる位置に設けられている。
本発明を好適に適用可能な第2の適用例第2の適用例によるインクジェット記録装置1000及び液体吐出ヘッド3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実施形態と異なる部分のみを説明し、第1実施形態と同様の部分については説明を省略する。
本発明の第2の適用例によるインクジェット記録装置を図13に示す。第2実施形態の記録装置1000はCMYKのインクごとに対応した単色用の液体吐出ヘッド3を4つ並列配置させることで被記録媒体へフルカラー記録を行う点が第1実施形態とは異なる。第1の適用例において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2において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(図19(a))。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。さらに、不吐になる吐出口があったとしても、その吐出口に対して被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、商業印刷などに好適である。第1の適用例と同様に、各液体吐出ヘッド3に対して、記録装置1000の供給系、バッファタンク1003及びメインタンク1006(図2)が流体的に接続される。また、それぞれの液体吐出ヘッド3には、液体吐出ヘッド3へ電力及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。
記録装置1000及び液体吐出ヘッド3間の液体循環経路としては、第1の適用例同様、図2又は図3に示した第1及び第2の循環経路を用いることができる。
(液体吐出ヘッド構造の説明)
本発明の第2の適用例に係る液体吐出ヘッド3の構造について説明する。図14(a)及び(b)は本実施形態に係る液体吐出ヘッド3の斜視図である。液体吐出ヘッド3は液体吐出ヘッド3の長手方向に直線上に配列される16個の記録素子基板10を備え、1色のインク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3は、第1の適用例同様、液体接続部111、信号入力端子91及び電力供給端子92を備える。しかしながら本実施形態の液体吐出ヘッド3は、第1の適用例に比べて吐出口列が多いため、液体吐出ヘッド3の両側に信号入力端子91及び電力供給端子92が配置されている。これは記録素子基板10に設けられる配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れの低減のためである。
図19(a)に、1つの吐出モジュール200の斜視図を、図19(b)にその分解図を示す。第1実施形態と異なり、記録素子基板10の複数の吐出口列方向に沿った両辺部(記録素子基板10の各長辺部)に複数の端子16がそれぞれ配置され、それに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10に対して2枚配置されている。これは記録素子基板10に設けられる吐出口列数が20列あり、第1の適用例の8列よりも大幅に増加しているためである。即ち、端子16から、吐出口列に対応して設けられる記録素子15までの最大距離を短く抑制して、記録素子基板10内の配線部で生じる電圧低下や信号伝送遅れを低減することを目的としている。また支持部材30の液体連通口31は記録素子基板10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の適用例と同様である。
図20(a)は記録素子基板10の吐出口13が配される側の面の模式図、図20(c)は図20(a)の面の裏面を示す模式図である。図20(b)は図20(c)において、記録素子基板10の裏面側に設けられている蓋部材20を除去した場合の記録素子基板10の面を示す模式図である。図20(b)に示すように、記録素子基板10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の適用例よりも大幅に増加しているものの、第1の適用例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、蓋部材20に、支持部材30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の適用例と同様である。
本発明の第3の適用例によるインクジェット記録装置1000及び液体吐出ヘッド3の構成を説明する。第3の適用例の液体吐出ヘッドは、B2サイズの被記録媒体に対して1スキャンで記録を行うページワイド型である。第3の適用例は第2の適用例と類似している点が多いため、以降の説明においては、主として第2適用例と異なる部分を説明し、第2の適用例と同様の部分については説明を省略する。
図33に本適用例のインクジェット記録装置の模式図を示す。記録装置1000は、液体吐出ヘッド3から被記録媒体に直接記録を行わず、一度、中間転写体(中間転写ドラム1007)にインクを吐出し、中間転写体上に画像を形成した後に、その画像を被記録媒体2に転写する構成である。記録装置1000では、CMYKの4種類のインクに夫々対応した4つの単色用の液体吐出ヘッド3が、中間転写ドラム1007に沿って円弧状に配置されている。これによって中間転写体上にフルカラー記録が行われ、その記録画像は、中間転写体上で適切な乾燥状態にされた後、紙搬送ローラー1009によって搬送される被記録媒体2へ、転写部1008で転写される。第2の適用例の紙搬送系は主にカット紙を意図した水平搬送であったのに対し、本適用例は本体ロール(不図示)から供給される連続紙にも対応可能である。このようなドラム搬送系では、紙に一定の張力をかけながら搬送することが容易なため、高速記録時においても搬送ジャムが少ない。このため装置の信頼性が向上し、商業印刷などに好適に用いることができる。第1及び第2の適用例と同様、各液体吐出ヘッド3に対して、記録装置1000の供給系、バッファタンク1003及びメインタンク1006が流体的に接続される。また、それぞれの液体吐出ヘッド3には、液体吐出ヘッド3へ電力及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。
上述した転写型の記録を行う第3の適用例における循環経路として、図2または図3に示した第1および第2の循環経路も適用可能であるが、図34に示す循環経路が好適に適用可能である。図3の第2の循環経路との主な差異は、第1循環ポンプ1001,1002及び第2循環ポンプ1004の各々の流路に連通するバイパス弁1010が付加されていることである。バイパス弁1010は、予め設定された圧力を超過すると開くことで、バイパス弁1010上流側の圧力を下げるという機能(第1の機能)を有する。またバイパス弁1010は、記録装置本体の制御基板からの信号によって、任意のタイミングで開閉する機能(第2の機能)も有する。
本発明の第3の適用例に係る液体吐出ヘッド3の構造について説明する。図35(a)は本適用例に係る液体吐出ヘッド3の斜視図、図35(b)はその分解斜視図である。液体吐出ヘッド3は液体吐出ヘッド3の長手方向に直線状(インライン)に配列される36個の記録素子基板10を備え、1色のインクで記録を行うインクジェット式のページワイド型の記録ヘッドである。液体吐出ヘッド3は、第2の適用例同様、信号入力端子91及び電力供給端子92を備える他、ヘッドの長手側面を保護するシールド板132が設けられている。
液体供給ユニット220内には液体接続部111とフィルタ221が設けられるとともに、負圧制御ユニット230が液体供給ユニット220の下方に一体化して形成されている。これによって負圧制御ユニット230と記録素子基板10との高さ方向の距離が、第2の適用例に比べて短くなっている。この構成により、液体供給ユニット220内の流路接続部の数が減り、インクの漏洩に対する信頼性が向上するだけでなく、部品点数や組み立て工程数も低減できるという利点がある。
図36(b)にHとLで示した負圧制御ユニット230は、高圧側(H)と、低圧側(L)のユニットである。それぞれの負圧制御ユニット230は、相対的に高(H)、低(L)の負圧で、負圧制御ユニット230よりも上流側の圧力を制御するように設定された背圧型の圧力調整機構である。共通供給流路211は負圧制御ユニット230(高圧側)と接続され、共通回収流路212は負圧制御ユニット230(低圧側)と接続されており、それにより共通供給流路211と共通回収流路212の間には差圧が発生する。その差圧によって、インクが、共通供給流路211から個別供給流路213a、記録素子基板10内の吐出口13(圧力室23)、個別回収流路213bを順に通過して共通回収流路212へと流れる。
ここで、図15に示した第2の適用例とは異なり、第1流路部材50の下面(第2流路部材60側の面)にある個別連通口53は、第2流路部材50の上面に形成される連通口61に対して十分大きな開口となっている。この構造により、吐出モジュール200を第2流路部材60上にマウントする際に位置がずれた場合でも、第1流路部材50と第2流部材60の間で確実に流体連通が行わるようになっているので、ヘッド製造時の歩留まりが向上しコストダウンが図れる。
図21(a)は液体吐出ヘッドの記録素子基板の斜視図、図21(b)は記録素子基板の内部の液流路を示す平面図、図21(c)は図21(b)のA-A線に沿った断面図である。記録素子基板10は、基板11と、基板11と対向し基板11に接合された吐出口形成部材12と、を有している。基板11にはインクを吐出するために利用される熱エネルギーを発生する記録素子(エネルギー発生素子)15が設けられている。吐出口形成部材12を吐出部25(ノズル)が貫通しており、その被記録媒体と対向する側の開口が、インクが吐出する吐出口13となっている。なお、吐出口形成部材12の吐出口13の開口した面(被記録媒体と対向する面)を吐出口形成面12aという場合がある。吐出口13は複数個形成され、複数の吐出口13は直線状に配列されて吐出口列を形成している。基板11と吐出口形成部材12との間に、記録素子15及び吐出口13と面する液流路24が画定されている。液流路24のうち、記録素子15と吐出口13が設けられている空間が圧力室23となっている。隣接する液流路24は壁26で仕切られている。
圧力室23に循環流を流しながらヘッド温度40℃で液滴を吐出させ、1秒間休止した後、再び液滴を20発連続して吐出させた。吐出口の口径は16μmとした。図22(a)は、循環流Fの循環流速が1mm/sと3mm/sの場合について、1発目から20発目の液滴の吐出速度を規準化して示している。図22(b)は循環流速3mm/sの場合の,図22(c)は循環流速1mm/sの場合の圧力室23内部のインクの濃縮の程度を示している。図中、色が濃いほどインクが濃縮され粘度が高くなっていることを示している。尚、ここで示す循環流速は、圧力室23におけるインクの循環流速である。
図24(a):循環流速=140mm/s(圧力差ΔP=1400mmAq)
図24(b):循環流速=500mm/s(圧力差ΔP=5000mmAq)
図24(c):循環流速=1000mm/s(圧力差ΔP=10000mmAq)
図24(d):循環流速=1500mm/s(圧力差ΔP=15000mmAq)
図24(b)~(d)のように循環流速が早くなるにつれ、記録素子15上の気泡Bが非対称化し、気泡Bによって吐出される液滴Lが、吐出口形成部材12の吐出口形成面12aと垂直な方向に対してより傾く傾向となる。一方、図24(a)のように循環流速が遅い場合、気泡Bは対称性を維持し、液滴Lは吐出口形成面12aと垂直な方向に対して傾きにくくなる。
以上より、循環流速を3~140mm/s(圧力差ΔPを30~1400mmAq高くする)にすることで、吐出口13からのインクの蒸発によるインクの増粘を軽減しつつ、気泡の非対称化とそれによる液滴の吐出方向の傾きの抑制が可能となる。
第2の実施形態は、記録素子基板10の構成は図21に示すものと同じであるが、液体供給路18の入口圧力Pinと液体回収路19の出口圧力Poutが共に大気圧より低い負圧とされている。本実施形態でも、PinとPoutの間に差圧ΔPを設け、循環流Fを形成している。PinとPoutが共に負圧であるため、液流路24の、吐出口13と対向する位置(圧力室23)における圧力Pnozも負圧となる。従って、液体供給路18や液体回収路19の圧力が気泡などの発生で変動しても、Pnozは常に負圧が維持される。よって、本実施形態では、吐出口13からのインク漏れが抑制されるという利点が得られる。
第3の実施形態は、記録素子基板10の構成は図21に示すものと同じであるが、
Pnoz=(Pin+Pout)/2≧-4×γ/Φ ・・・(式1)
の関係が成り立っている。ここで、
γ:インクの表面張力
Φ:吐出口の有効径 である。
既に説明したように、Pinは液体供給路18の入口圧力、Poutは液体回収路19の出口圧力、Pnozは液流路24の、吐出口13と対向する位置における圧力である。PinとPoutとPnozの関係は、液流路24の入口端部24aおよび出口端部24bまでの寸法がほぼ等しい場合、概略以下のとおりである。
Pnoz=(Pin+Pout)/2 ・・・(式2)
Pnozが負圧の場合、図25(a)に示すように、液体吐出口25内のインクのメニスカスの界面が沈降する。更に負圧が大きくなると、図25(b)に示すように、メニスカスの界面が崩壊し、記録素子15上に十分なインクが存在しないか、またはインクが存在しない状態となり、正常な吐出が困難になる。
Pin≦-0、Pnoz≧-4×γ/Φ、Pout≧-8×γ/Φ ・・・(式3)
となる。Pinを負圧に維持する場合、メニスカスの界面崩壊を防止するため、上記関係を満足させる必要がある。前述のように吐出口Φが12μm、表面張力γが20mN/mの場合、
Pin≦-0、Pnoz≧-700mmAq、
Pout≧-1400mmAqとなる。従って、Pinを負圧に維持する場合、メニスカスの界面崩壊を防止するためにも、1400mmAqを超える差圧ΔPを設定することは困難である。上記数値は表面張力や吐出口の口径により変化する。
図26(a)は記録素子基板の内部の液流路を示す平面図、図26(b)は図26(a)のA-A線に沿った断面図である。本実施形態では、液体供給路18と液流路24を接続する供給口17a、及び液体回収路19と液流路24を接続する回収口17bがそれぞれ複数個設けられている。隣接する供給口17a同士、あるいは隣接する液体回収口17b同士の間は壁27で仕切られている。壁27に、記録素子15に接続される電気配線を通すことで、一つの供給口または回収口だけを設けた場合と比べて、電気配線の配線スペースの確保が容易となる。なお、本実施形態では供給口17aと回収口17bはそれぞれ各記録素子15に対応して設けられているが、供給口17aと回収口17bの個数はこれに限定されず、供給口17aと回収口17bの少なくともいずれかが複数個設けられていればよい。
12 吐出口形成部材
13 吐出口
15 記録素子
18 液体供給路
19 液体回収路
24 液流路
Claims (22)
- 液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する記録素子が設けられた基板と、
前記記録素子と対向し前記液体が吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、を有する液体吐出ヘッドであって、
前記記録素子を内部に備える圧力室と、前記圧力室に液体を供給する第1の液流路と、前記圧力室から液体を回収する第2の液流路と、を備え、
前記基板は、前記第1の液流路に接続され、液体を前記第1の液流路に供給する液体供給路と、前記第2の液流路に接続され、液体を前記第2の液流路から回収する液体回収路と、を有し、
前記液体供給路の入口部の圧力は、前記液体回収路の出口部の圧力に対して30~1400mmAq高くされている、液体吐出ヘッド。 - 液体を吐出するために利用される熱エネルギーを発生する記録素子が設けられた基板と、
前記記録素子と対向し液体が吐出する吐出口が形成された吐出口形成部材と、を有する液体吐出ヘッドであって、
前記記録素子を内部に備える圧力室と、前記圧力室に液体を供給する第1の液流路と、前記圧力室から液体を回収する第2の液流路と、を備え、
前記基板は、前記第1の液流路に接続され、液体を前記第1の液流路に供給する液体供給路と、前記第2の液流路に接続され、液体を前記第2の液流路から回収する液体回収路と、を有し、
前記液体供給路の入口部の圧力は、前記液体回収路の出口部の圧力よりも高く、前記圧力室における液体の流速が3~140mm/sである、液体吐出ヘッド。 - 前記第1の液流路と前記第2の液流路と前記圧力室は、前記基板と前記吐出口形成部材との間に設けられている、請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第1の液流路と第2の液流路の高さは3μm以上、25μm以下である、請求項1から3のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 複数の前記吐出口が600dpi以上の配列密度で配列されており、前記第1及び第2の液流路の高さは7μm以下である、請求項4に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記液体供給路の前記入口部の圧力をPin、前記液体回収路の前記出口部の圧力をPout、前記圧力室の圧力をPnoz、前記液体の表面張力をγ、前記吐出口の有効径を
Φ、としたときに
Pnoz=(Pin+Pout)/2≧-4×γ/Φ
が成り立つ、請求項1から5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記液体供給路の前記入口部の圧力と前記液体回収路の前記出口部の圧力が共に負圧である、請求項1から6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記液体供給路と前記第1の液流路との接続部である供給口と、前記液体回収路と前記第2の液流路との接続部である回収口とを備え、前記供給口と前記回収口の少なくとも一方は複数個設けられている、請求項1から7のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記液体供給路および前記液体回収路は、複数の前記吐出口が配列される方向に延在している、請求項1から8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記供給口および前記回収口は、前記基板の主面に交差する方向に延在している、請求項8に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記基板と前記吐出口形成部材とを含む記録素子基板と、
複数の前記記録素子基板を支持する流路部材と、
を備える、請求項1から10のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。 - 複数の前記記録素子基板は直線状に配列されている、請求項11に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記流路部材は、複数の前記記録素子基板に液体を供給するための共通供給流路と、複数の前記記録素子基板から液体を回収するための共通回収流路と、を備える、請求項11または12に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記記録素子基板と、前記記録素子基板に接続されるフレキシブル配線基板と、前記記録素子基板を支持する支持部材と、をそれぞれが含む複数の吐出モジュールを備える、請求項11から13のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- ページワイド型の液体吐出ヘッドであって、
前記共通供給流路および前記共通回収流路は、複数の前記記録素子基板が配列される方向に延在している、請求項13に記載の液体吐出ヘッド。 - 前記基板の前記吐出口形成部材が設けられる面の裏面には、前記液体供給路と連通する供給開口と、前記液体回収路と連通する回収開口とを備える蓋部材を備える、請求項1から15のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記蓋部材はフィルム状の樹脂部材である、請求項16に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記液体供給路から前記第1の液流路を介して前記圧力室に、固形分濃度が6~25wt%の液体を供給する、請求項1から17のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記圧力室内の液体は前記液体供給路と前記液体回収路とを介して外部との間で循環される、請求項1から18のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記圧力室内の液体を外部との間で循環させながら前記記録素子を駆動して前記吐出口から液体を吐出する、請求項1から19のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 請求項1から20のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドの前記液体供給路に固形分濃度が6~25wt%の液体を供給することを含む、液体吐出方法。
- 前記圧力室内の液体を外部との間で循環させながら前記記録素子を駆動して前記吐出口から液体を吐出する、請求項21に記載の液体吐出方法。
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