JP4286422B2 - Liquid transport device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インクの流れ方向によってコンダクタンスが変化する抵抗付与部を用いることによって異なるインクを合流させて画素ごとに設けたインク吐出口に連続流として吐出させ、その吐出流量を画像信号に基づいて画素ごとの各インクごとに制御して画像を形成する画像記録ヘッドに用いる液体輸送装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
画像信号に基づいてインクの吐出量を制御して、画像を形成する画像記録ヘッドとして、種々の方式のものが従来より提案されている。例えば吐出するインクの濃度を変化させて画像を形成するものが知られている(米国特許第4,109,282号、4,614,953号、特開平5−201024号、7−125259号、3−207664号、9−156131号など)。
【0003】
米国特許第4,109,282号(以下先行技術文献1という)には、クリアーインクとブラックインクの2液を、画像形成用の基体へ導くための流路中に、フラップバルブと称する弁を設け、この弁を変位させることによって各インクの流路を開閉し、2液を所望の濃度に混合して基体上に移送するプリント装置が開示されている。これによりTVスクリーンに表示された画像情報と同じグレースケール情報を持った画像をプリントアウトできるようにしたものである。ここには、フラップバルブの弁とその対向面に設けられた電極との間に電圧を印加し、その静電引力で弁自身を機械的に変形させることにより弁を変位させることが開示されている。またインクはプリント用紙の繊維間の毛管現象によって吸い出される。
【0004】
米国特許第4,614,953号(以下先行技術文献2)には、同じく複数の色の異なったインクと溶媒を所望の量だけ第3のチャンバーへ導き混合させるプリンターヘッド装置が開示されている。ここには所望の量のインクを秤量する手段として、チャンバーと、このチャンバーに取り付けられたダイアフラム状のピエゾ効果素子部とを用い、このピエゾ素子を駆動させて得られる圧力パルスを用いることが開示されている。
【0005】
特開平5−201024号(以下先行技術文献3)には、キャリア液体が充填される液体室と、液体室に設けられたインクジェット駆動手段と、前記液体室に連通するノズルと、このノズル内のキャリア液体にインクを混合する混合部とを備えたインクジェットプリントヘッドが開示されている。またここには、インクの混合量を所望の値に調整するために電気浸透現象を利用した調整手段を設けることも開示されている。
【0006】
特開平7−125259(以下先行技術文献4)には、同様に、第1と第2の濃度を有するインクを供給する第1および第2の供給手段と、所望のインク濃度になるように第2の供給手段による第2のインクの供給量を制御する制御手段とを有するインクジェット記録ヘッドが開示されている。
【0007】
ここには制御手段として、専用の発熱素子を持ちその熱エネルギーをもって駆動されるマイクロポンプによるものが開示されている。このマイクロポンプとしては、発熱素子により熱エネルギーを発生させ、それにより生じた核沸騰による圧力で、例えばピストン状の弁、もしくは片持ち梁的な弁を駆動する例が開示されている。またここには、この弁に形状記憶合金からなるアクチュエータを組合せて使用することにより、特に流入量の少ない領域においてインク流入量を効果的に制御することが可能になると説明されている。
【0008】
特開平3−207664号(以下先行技術文献5)には、先行技術文献2と似た構造であるが、複数のインクの吐出量を圧電素子に印加するパルス幅によって制御して、これらを混ぜ合せる構造のものが示されている。
【0009】
特開平9−156131号(以下先行技術文献6)には、画像データに基づいて、複数色の画像を形成する複数のプリンタヘッドを備え、インクと希釈液とを所定の混合比で混合して希釈インクとなし、前記希釈インクをノズルから噴射して記録媒体上に記録画像を形成するインクジェットプリンタが示されている。ここに、前記複数のプリンタヘッドに、インク混合量が小さく明確な印画濃度に達しない例えば全白の画像データが入力されたとき、複数のプリンタヘッドのうち、少なくとも一つのプリンタヘッドから前記希釈液を吐出させるインクジェットプリンタが開示されている。この結果急激な階調変化(トーンジャンプ)を防ぎ、希釈液の余分な消費を抑え乾燥性を向上させるものである。また希釈液の体積は圧電素子で形成される駆動部に印加するパルス電圧やパルス幅、パルス回数等に制御される。
【0010】
このように先行技術文献1では重力により流下するインクの量をインク吐出口の開口面積を変化させることにより制御する。文献2ではインクの吐出量はダイヤフラムの変位量や変位回数により制御される。文献3ではインクの吐出量は電気浸透により制御される。文献4では予め加圧したインクをヒータにより開閉されるマイクロポンプによりその吐出量を制御する。文献5では圧電素子の変位量と変位回数により制御される。文献6ではインク吐出量をインクタンクの壁を圧電素子により変位させることにより制御する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
これら先行技術の中で、インクを積極的に吐出するポンプ機能を有するものとしては、文献2,5,6のものが挙げられる。しかしこれらはいずれもインク流路の途中に容積が拡大した加圧室(キャビティ部)を持ち、この加圧室の容積をダイヤフラムやタンク壁の振動により変化させるものであり、この加圧室の上流側および下流側にはインクの逆流を防ぐための逆止弁などは持たないものであった。このため加圧室の容積変化に伴いインクは上流側へも逆流し、この逆流量も多くなってポンプとしての効率が悪くなるという問題があった。
【0012】
そこで出願人は、加圧室(キャビティ部)の上流側(入口側)および下流側(出口側)に、インクの流れ方向によりコンダクタンス(抵抗の逆数)が変化する抵抗付与部(絞り)を設けることを検討している(特願平11−351008号など)。この抵抗付与部は、一般的な一方向弁などのような機械的な可動部分を持たないから、耐久性・信頼性に優れ、かつマイクロマシンなどの製造方法により製造することができ、製作が容易である、という利点を持つ。
【0013】
しかしながらこの抵抗付与部は流路内壁面に微小な絞りなどの幾何学的に複雑な形状の部分を設けるため、万一液体に細かい気泡が含まれているとこの気泡がこの複雑な形状の部分に捕捉されて付着し易い。この気泡は抵抗付与部の微細な溝などに入るとその排出が極めて困難である。
【0014】
またこのように気泡が付着すると、キャビティ部の容積変化に伴って気泡の容積が変化することになり、キャビティ部の容積を変化させる駆動エネルギーが液体に十分に伝えることができなくなってポンプ効率が悪くなることが考えられる。
【0015】
この発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、画素ごとに異なるインクの逆流を防ぎ効率良く異なるインクを一方向へ連続流として輸送し合流させてインク吐出口から吐出させることができ、しかもマイクロマシンなどの製造方法を用いて製作でき、製作が容易になる画像記録ヘッドに用いる液体輸送装置を提供することを目的とする。
【0016】
【発明の構成】
この発明によればこの目的は、インク流路の途中に設けたインク吐出ポンプをパルス駆動することにより前記インク吐出ポンプが持つキャビティ部の容積を変化させ、インクを画像受容体に移送させて画像を形成する画像記録ヘッドに用いる液体輸送装置において、
乾燥後に実質的に画像を形成しない画像非形成インクと乾燥後に実質的に画像を形成する画像形成インクとを合流部で合流させて画素ごとに設けたインク吐出口から吐出させるインク流路と、前記インク流路のインクに一定圧力を付与するインク供給ポンプと、前記インク流路内に前記キャビティ部の上流側および前記キャビティ部と前記合流部との間にそのコンダクタンスが大きくなる方向をインクの輸送方向に揃えて設けられ、その内壁面付近に親水処理が施されている可動部を持たない抵抗付与部と、画素に対して前記インク吐出ポンプが吐出する前記画像非形成インクおよび画像形成インクの吐出流量をこれらの合計流量が略一定となるように画像信号に基づいて駆動パルス数により制御しつつこれらのインクを前記合流部で合流させ前記インク吐出口から連続流として吐出させて前記画像受容体に連続した流体として移送させる制御部とを備えることを特徴とする液体輸送装置、により達成される。
【0017】
同一の目的は、インク流路の途中に設けたインク吐出ポンプをパルス駆動することにより前記インク吐出ポンプが持つキャビティ部の容積を変化させ、インクを画像受容体に移送させて画像を形成する画像記録ヘッドに用いる液体輸送装置において、
乾燥後に実質的に画像を形成しない画像非形成インクと乾燥後に実質的に画像を形成する画像形成インクとを合流部で合流させて画素ごとに設けたインク吐出口から吐出させるインク流路と、前記インク流路のインクに一定圧力を付与するインク供給ポンプと、前記インク流路内に前記キャビティ部の上流側および前記キャビティ部と前記合流部との間にそのコンダクタンスが大きくなる方向をインクの輸送方向に揃えて設けられ、その内壁面はインクの輸送方向へ滑らかに連続する曲面で形成されている可動部を持たない抵抗付与部と、画素に対して前記インク吐出ポンプが吐出する前記画像非形成インクおよび画像形成インクの吐出流量をこれらの合計流量が略一定となるように画像信号に基づいて駆動パルス数により制御しつつこれらの異なるインクを前記合流部で合流させ前記インク吐出口から連続流として吐出させて前記画像受容体に連続した流体として移送させる制御部とを備えることを特徴とする液体輸送装置、によっても達成される。
【0019】
このような気泡の付着を防止するための構成は全ての抵抗付与部に設けてもよいが、一部の抵抗付与部にだけこの気泡付着防止のための構成を持たせたものであってもよい。
【0020】
キャビティ部の容積を変化させるためには、キャビティ部に駆動部により駆動される可動壁を設け、この可動壁を移動させる構造のものが使用できる。例えばキャビティ部の壁の一部をダイヤフラムで構成し、このダイヤフラムをピエゾ素子(圧電素子)や、磁歪素子、あるいは静電力を利用して駆動するものが可能である。
【0021】
抵抗付与部は、インクの輸送方向のコンダクタンスがその逆方向のコンダクタンスに比べて大きくなる幾何学的形状のものであればよい。例えば流路の断面積が最小になる喉を挟んで上流側で急激に断面積が増大し下流側で緩やかに断面積が増大する末広ノズル(デフィーザノズル)の形状にすることが可能である。キャビティ部の上流側およびキャビティ部と合流部との間のいずれか一方に複数の抵抗付与部を設けてもよいが、上流側およびキャビティ部と合流部との間の両方にそれぞれ複数の抵抗付与部を設ければ、インクの逆流は一層防止され、輸送効率の向上が増大する。
【0022】
この液体輸送装置は画像記録ヘッドに用いるものであり、異なるインクの吐出量を画像信号に基づいて制御することにより画像を形成する。この場合に異なるインクの合計吐出量は常にほぼ一定になるようにする。すなわち、吐出するインクを、乾燥後に実質的に画像を形成しない画像非形成インク(透明インク)と、乾燥後に実質的に画像を形成する画像形成インク(例えば黒インクなどの有色インク)とで形成し、これらのインクの合計流量が略一定となるように各液の吐出量を制御する。
【0023】
1つのインク吐出口の上流側で色が異なる複数のインク流路および画像非形成インクのインク流路を集合させ、各インク流路から供給されるインクの量を別々に制御することによりインク吐出口から吐出される流体の色を設定するようにしてもよい。
【0024】
インクはインク吐出口より連続して吐出し、このインクを画像受容体へ連続した流体として移送する(連続塗布方式)。ここに1つのインク吐出口から画像受容体に移送するインクを画像非形成液と画像形成液とで形成する場合には、各液は均質に混合してもよいが、これらを混合せずに層状に重ねた状態で塗布するようにしてもよい。
【0026】
【実施態様】
図1は本発明の一実施態様である連続塗布方式の画像形成装置の概念図、図2はここに用いる画像記録ヘッドの拡大断面図、図3はそのインク吐出ポンプの構造説明図、図4は抵抗付与部の拡大断面図である。図1において符号10はプラテン、12はこのプラテン10に巻掛けられた画像受容体としてのプリント用紙である。このプリント用紙12はプラテン10の図上時計方向の回転によって一定速度で矢印方向に送られる。
【0027】
14は下塗り部であり、インクの付着性を向上させて画質の向上を図るために透明な下塗り液をプリント用紙12に塗布する。16は画像記録ヘッドであり、第1のインクと第2のインクとを混合してプリント用紙12に導くことによりプリント用紙12に画像を形成する。18はこの画像記録ヘッド16で画像が形成されたプリント用紙12を加熱し、インクを乾燥させるヒータである。
【0028】
画像記録ヘッド16は図2に示すように、第1のインク流路20と、第2のインク流路22とを備え、これらの各流路20,22にはそれぞれ第1のインクおよび第2のインクが供給される。各インクの流量はインク吐出ポンプ24,26によって制御されてから合流し、インク吐出口28に導かれる。
【0029】
インク吐出口28はプリント用紙12の幅方向の画素ごとに設けられ、各インク吐出口28からは各画素に対応して濃度および/または色が制御されたインクが吐出される。第1のインクとしては無色透明インク、すなわち乾燥した時に無色透明となるインクが使用可能であり、酸化防止剤や紫外線吸収剤などの退色防止剤を含む。第2のインクは例えば黒色のインクである。
【0030】
これら第1および第2のインクはそれぞれインクタンク30,32に収容され、これらのインクタンク30,32からインク供給ポンプ34,36によってそれぞれ第1および第2のインク流路20,22に一定圧力で送出される。ここで用いるポンプ34,36として例えばインク吐出側に圧力調整弁を備え、吐出圧を一定に保持する構造のものが適する。またタンク30,32を密閉型のものとしてこれらに一定空気圧を供給することによりインクを加圧するものも適する。
【0031】
インク吐出ポンプ24,26は、例えば1つの画素に対応するものを共通の基板上に形成することができる。各画素ごとに用意した各基板を仕切板を挟んで積層することにより画像記録ヘッド16を作ることができる。
【0032】
ポンプ24,26は、可動部を持たない抵抗付与部42a、42bおよび44a、44bと、これらの抵抗付与部42aと42bの間および44a、44bの間に形成されたキャビティ部46,48と、このキャビティ部46,48に臨むダイヤフラム50,52と、これらのダイヤフラム50および52を駆動する駆動部54,56とを有する。
【0033】
抵抗付与部42a、42bおよび44a、44bは、可動部を持たず、キャビティ部46,48に対してインクの流れ方向によってコンダクタンス(抵抗の逆数)が変化する形状とした絞りで形成される。すなわちこれらの抵抗付与部42a、42b、44a、44bはインクの流れ方向(輸送方向)に対するコンダクタンス(抵抗の逆数)がその逆方向に対するコンダクタンスよりも大きくなるような幾何学的形状を持つ絞りとしたものである。従って可動部分を持たず、マイクロマシンの製造方法によって製造することが容易である。これらの抵抗付与部42a、42b、44a、44bはいずれも同じ構造であるから、一方のインク吐出ポンプ24に用いている1つの抵抗付与部42aを用いてその構造を説明する。
【0034】
抵抗付与部42aは、図3に示すようにインクの流れ方向(図2、3の左から右に向かう方向)に向ってインク流路面積がほぼ連続的に増加する斜面Aと、逆方向に向ってインク流路面積が急激に増加する平面Bとを持つ。すなわち流路断面積が最小になる喉を挟みその下流側が長く上流側が短い末広ノズルとなっている。
【0035】
この抵抗付与部42aの動作を定性的に説明する。まずインクは図2、3上で左側から右側に向って流れる時には、インクは喉を通り斜面Aに沿って整流に近い流れとなって流れる。このためその時の圧力損失は小さくなり、流動抵抗が小さい。反対にインクが右側から左側へ向って流れる時には、インクは喉を通り平面Bにより急激に膨張することになり、乱流となる。このため圧力損失が大きくなり、流動抵抗が大きくなる。なお斜面A,平面Bの角度によってはこの流動抵抗が大きくなる流れ方向が逆になることもあり得るので、この時は抵抗付与部の向きを逆にする。
【0036】
抵抗付与部42aと42bの間および44aと44bの間には容積が変動するキャビティ部46,48があり、このキャビティ部46,48の容積は駆動部54,56により駆動されるダイヤフラム50,52によって変化する。駆動部54,56はピエゾ素子(圧電素子)、磁歪素子が適し、特にPZT(チタン酸鉛・ジルコン酸鉛固容体)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、PZTとチタン酸バリウムの固容体などを用いたピエゾ素子が最適である。
【0037】
なお駆動部54,56には、ピエゾ効果や磁歪効果を利用するものに代えて他の効果を利用するものでもよい。熱一圧力効果、静電引力もしくは静電斥力、画像形成に用いる複数の流体とは異なる流体の界面張力の効果、画像形成に用いる複数の流体とは異なる流体の電気分解and/or熱により生じる気泡、画像形成に用いる複数の流体とは異なる流体の流路抵抗を変化させて該液体の液圧を変化させる効果、などを利用するものでもよい。
【0038】
ダイヤフラム50,52の変動によってキャビティ部46,48の容積が変動すると、インクが抵抗付与部42a、42bおよび44a、44bを往復動する。この時のインク流動は図2、3で右方向に向かう時に抵抗は小さくなり、逆方向(左方向)に向かう時に抵抗が大きくなる。このためキャビティ部46,48の連続する容積変動により、インクは抵抗の小さい方向へ流れることになり、逆止弁として機能するものである。
【0039】
なお抵抗付与部はキャビティ部46,48の上流側および下流側にそれぞれ複数ずつ設ければポンプの機能が向上するが、上・下流側の一方に設ける抵抗付与部を1つとしてもよい。この実施態様のようにキャビティ部46,48を挟んで両側にそれぞれ2つ以上ずつ設ければ、ポンプの機能が一層向上する。
【0040】
駆動部54,56を駆動すると、ダイヤフラム50,52がキャビティ部46,48内へ進退動し、キャビティ部46,48の容積が変化する。このためインクはインク吐出口28に向って流れる。この時のダイヤフラム50,52の移動範囲を一定に規制しておけば、ダイヤフラム50,52の1回の往復動により吐出されるインク量は一定となる。従って各駆動部54,56に印加する駆動パルス数を制御することにより、第1および第2のインクの供給量を高精度に制御することができる。
【0041】
このように駆動部54,56の1回の往復動によるインク吐出量を一定にすれば、各インク吐出ポンプ24,26によるインク吐出量は駆動部54,56の駆動回数に比例することになる。ここでは各インク通路20,22から供給される第1および第2のインクの合計供給量S0を常に一定とするように、制御部62(図1)は各駆動部54,56を制御する。
【0042】
この制御部62は、図2に示すように演算部64とドライバ66,68を備える。演算部64は、濃度信号(画像信号)に基づいて第1および第2のインクの混合割合(S1/S2)を演算する。ここに第1および第2のインクの供給量S1,S2は、その合計(S1+S2)が一定量S0となるように決める。ドライバ66,68は各流路20,22の供給量がS1,S2となるように駆動部54,56を駆動する。
【0043】
駆動部54,56はパルスによって駆動され、このパルス数によってダイヤフラム50,52の開閉回数が制御され、その結果流量S1,S2が制御されるように構成することができる。この場合に、インク流路20,22の流路抵抗やインク供給圧力やダイヤフラム50,52の開閉条件等が揃っていて、1つのパルスによってそれぞれが吐出するインク量が同じであるものとすれば、駆動部54,56の駆動パルス数の合計が一定になるように制御することにより、合計流量S0=S1+S2を一定に管理することができる。
【0044】
画像記録ヘッド16は前記したように基板と仕切板とを交互に積層したものである。各基板には、図2に示すように1つの画素に対応するインク吐出口28、インク流路20,22、インク吐出ポンプ24,26が形成される。ここに各基板のインク吐出口28は、プリント用紙12の走行方向に直交する直線上に並ぶ。またこの場合には隣接する各インク吐出口28の間隔は記録画像の画素間隔に一致する。従って1枚の基板と1枚の仕切板の合計厚さは画素間隔に一致する。
【0045】
前記したようにインク吐出ポンプ24,26で流量が制御された第1および第2のインクは、第1および第2の流路20,22が合流するインク吐出口28から連続流となって吐出され、このインク吐出口28に近接して対向するプリント用紙12に連続塗布される。この時駆動パルス数により合計吐出流量S1+S2=S0が一定になるように管理するから、インクを円滑かつ安定してプリント用紙12に塗布できる。この場合に第1および第2のインクは図2に示すように互いに混合せず乱れの無い層流として塗布する。
【0046】
ここに層流は、第1および第2のインクの境界近傍だけで混合した状態の流れを含む。第1、第2のインクは均一に混合してもよいが、このように層流とすることにより、プリント用紙12に形成した画像表面をいずれかのインク(ここでは第1のインク)で覆うことができる。またいずれかのインク(ここでは第2のインク)をプリント用紙12の下塗り層に対してなじみが良いインクとすることにより画質を向上させることができる。
【0047】
第1、第2のインク流路20,22およびインク吐出ポンプ24,26はプリント用紙12の幅方向(移動方向に直交する方向)に多数並設され画素ごとに設けられるから、各画素に対応するインク吐出ポンプ24,26をそれぞれの濃度信号(画像信号)によって制御することにより画像を形成することができる。この場合、各画素ごとにインク吐出口28を独立させてプリント用紙12に対向させておくことができる。またこれらのインク吐出口28をプリント用紙12の幅方向に連通するスリット内に開口させ、インク液体をこのスリットから帯状にプリント用紙12に移送し塗布することもできる。
【0048】
このように構成された画像記録ヘッド16において、インクタンク30、32からこの画像記録ヘッド16に導かれるインクに微細な気泡が含まれていることがある。この気泡はインク吐出ポンプ24、26内に入るとインク流路20、22の内壁面などに付着し易い。特に抵抗付与部42a、42b、44a、44bでは内壁面の形状が複雑に変化し、インク流路面積が急激に変化してインクの流れに乱れが発生するから、インク流れに淀みが生じるところに気泡が付着し易い。
【0049】
そこでこの実施態様では、抵抗付与部42a、42b、44a、44bの付近に親水処理Pを施したものである。すなわち気泡が付着し易い部分である平面Bに親水処理を施した。なお図4は1つの抵抗付与部42aの断面を示すが、他の抵抗付与部42b、44a、44bも全く同じ構造であり、同じように親水処理を施すのは勿論である。
【0050】
ここに親水処理は、インクの接触面に親水性樹脂の膜を形成することにより施すことができる。このような親水性樹脂としては、ナイロン樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂などが適する。親水処理は界面活性剤を塗布することによっても施すことができる。親水処理は抵抗付与部42aの平面Bだけに施すのに代えて、斜面Aや、抵抗付与部42aの内壁面全体に施してもよいし、抵抗付与部42a、42bを含むインク流路20の内壁面全体に親水処理を施してもよい。
【0051】
この実施態様によれば、インクに混入した気泡がインク流路20、22に入り抵抗付与部42a、42b、44a、44bを通っても、これら抵抗付与部42a、42b、44a、44bの特に気泡が付着し易い平面Bに親水処理が施されているので、この平面Bに気泡が付着せず円滑に排出される。このため特にキャビティ部46、48の近くに気泡が残留しにくくなり、ポンプ効率の低下を招くことがない。
【0052】
【他の実施態様】
図5は他の実施態様である抵抗付与部の拡大断面図である。この抵抗付与部142は、内壁面をインク輸送方向へ向かって滑らかに連続する曲面で形成したものである。すなわち内壁面が複雑に形状変化しないように滑らかな曲面としたものであり、換言すれば内面の曲率半径が急激に変化しないようにしたものである。
【0053】
この実施態様によれば、インク流路120の内壁面から立上がる壁面Bの隅に曲面R1ができ、喉の縁(平面Bと斜面Aが交わる部分)がエッジ状にならず滑らかな曲面R2となり、斜面Aとインク流路120の内壁面とが交わる隅に曲面R3ができる。このため気泡がこれらの隅や縁に付着しにくくなる。従ってキャビティ部に気泡が残留しにくくなり、ポンプ効率の低下を招くことがない。
【0054】
【他の実施態様】
図6は他の実施態様である抵抗付与部の拡大断面図である。この抵抗付与部242は、インク流路断面積が最小となる喉に向かって上流側から立上がる斜面Baの立上がり角度βと、喉に向かって下流側から立上がる斜面Aの立上がり角度αとが、次の関係式;0<β<α;となるように設定したものである。
【0055】
この実施態様によれば、上流側の斜面Baが喉に向かって下流側へ傾いているので、この斜面Baに気泡が付着しにくくなる。すなわちインク流路220内のインクの流れ方向に対して垂直に交わる壁を持たない形状とすることにより、気泡の付着を防ぐものである。
【0056】
【他の実施態様】
図7は他の実施態様である抵抗付与部の拡大断面図である。この抵抗付与部342は、前記図4、5、6の実施態様を組合せたものである。すなわち、図6の実施態様と同様に、インク流路320の内壁面から喉に向かって立上がる角度β、αが、0<β<αとなるように設定した斜面BaとAとを持ち、インク流路320と斜面Ba、Aが交わる隅および斜面BaとAが交わる喉の縁とを曲面R1、R3、R2とし、さらに上流側に対向する斜面Baに親水処理Pを施したものである。
【0057】
この実施態様によれば、前記図4、5、6の各実施態様の長所を併せて持つことができる。なお図4〜7の各実施態様は1つのインク吐出ポンプ24、26内の異なる抵抗付与部に対して組み合わせて用いることも可能であるが、製作工数の増加を防ぐためには同一構造の抵抗付与部を用いるのがよい。
【0058】
また各インク吐出ポンプ24、26内の全ての抵抗付与部に図4〜7に示したような気泡付着を防ぐ構成を持たせてもよいが、一部の抵抗付与部だけにこの気泡付着防止の構成を設けておいてもよい。
【0059】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、画像非形成インクと画像形成インクとを合流部で合流させて画素ごとに設けたインク吐出口から吐出させるインク流路と、インク送出方向に一定圧力を加えるインク供給ポンプと、インク流路に設けたキャビティ部の上流側およびこのキャビティ部と合流部との間に、可動部を持たない抵抗付与部を設け、これらの抵抗付与部はインクの輸送方向にコンダクタンスが大きく逆方向に小さくなる向きに揃え、画像非形成インクおよび画像形成インクの吐出量をこれらの合計流量が略一定となるように画像信号に基づいて画素ごとに制御しつつこれらのインクを合流部で合流させ連続流としてインク吐出口から吐出させ画像受容体に連続した流体として移送させるように制御した画像記録ヘッド用の液体輸送装置であるから、ポンプとしての効率を向上させ、異なるインクを合流させ連続流として吐出させつつ画像を形成することができる。
【0060】
特に抵抗付与部の内壁面付近には親水処理を施したから、この抵抗付与部付近に気泡が付着しにくくなり、液体を吐出する際のポンプ効率が気泡の付着により低下するのを防止することができる。またこの抵抗付与部は可動部を持たないから、製作が容易であり、例えばマイクロマシンの製造方法を用いて製作することも可能になる。
【0061】
請求項2の発明によれば、抵抗付与部の内壁面は液体の輸送方向へ滑らかに連続する曲面で形成されているから、内壁面に気泡が付着しにくくなり、前記請求項1の発明と同様な効果が得られる。
【0063】
キャビティ部の容積を変化させるには、キャビティ部の壁を駆動部により振動させてもよい(請求項3)。しかし壁の一部をダイヤフラムとしてもよい。
【0064】
この液体輸送装置はプリンタなどの画像記録ヘッドに用いるものであり、この場合各画素ごとに設けたインク吐出口に供給する画像非形成インクおよび画像形成インクの量をこの液体輸送装置を用いて制御する。また画像非形成インクと画像形成インクとを合流させて画像信号に対応する濃度あるいは/および色のインクを形成し、これを画像受容体に移送し、この時に合計流量が略一定となるようにするから画像受容体へのインクの移送が安定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施態様である画像形成装置の概念図
【図2】画像記録ヘッドの拡大断面図
【図3】インク吐出ポンプの説明図
【図4】抵抗付与部の拡大断面図
【図5】抵抗付与部の他の実施態様を示す図
【図6】抵抗付与部の他の実施態様を示す図
【図7】抵抗付与部の他の実施態様を示す図
【符号の説明】
12 画像受容体としてのプリント用紙
16 画像記録ヘッド
20、120、220、320 第1のインク流路
22 第2のインク流路
24、26 インク吐出ポンプ
28 インク吐出口
42a、42b、44a、44b、142、242、342 抵抗付与部
46、48 キャビティ部
50、52 ダイヤフラム
54、56 駆動部
A、Ba 斜面
B 平面
P 親水処理
R1、R2、R3 曲面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, by using a resistance applying portion whose conductance changes depending on the direction of ink flow, different inks are merged and ejected as continuous flow to an ink ejection port provided for each pixel, and the ejection flow rate is based on an image signal. The present invention relates to a liquid transport apparatus used for an image recording head that controls each ink for each pixel to form an image .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various types of image recording heads have been proposed as image recording heads for forming an image by controlling the amount of ink discharged based on an image signal. For example, there are known ones that form an image by changing the density of ejected ink (US Pat. Nos. 4,109,282, 4,614,953, JP-A-5-201024, and 7-125259). 3-207664, 9-156131, etc.).
[0003]
In U.S. Pat. No. 4,109,282 (hereinafter referred to as Prior Art Document 1), a valve called a flap valve is provided in a flow path for guiding two liquids of clear ink and black ink to a substrate for image formation. Disclosed is a printing apparatus in which the flow path of each ink is opened and closed by displacing the valve, and the two liquids are mixed to a desired concentration and transferred onto a substrate. As a result, an image having the same gray scale information as the image information displayed on the TV screen can be printed out. Here, it is disclosed that a voltage is applied between a valve of a flap valve and an electrode provided on an opposite surface thereof, and the valve is displaced by mechanically deforming the valve itself by its electrostatic attraction. Yes. The ink is sucked out by capillary action between fibers of the printing paper.
[0004]
U.S. Pat. No. 4,614,953 (hereinafter referred to as Prior Art Document 2) discloses a printer head device in which a plurality of differently colored inks and solvents are introduced into a third chamber and mixed in a desired amount. . Here, as a means for weighing a desired amount of ink, it is disclosed to use a pressure pulse obtained by driving a piezo element using a chamber and a piezo effect element portion attached to the chamber. Has been.
[0005]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 5-201024 (hereinafter referred to as Prior Art Document 3) discloses a liquid chamber filled with a carrier liquid, an ink jet driving means provided in the liquid chamber, a nozzle communicating with the liquid chamber, An ink jet print head is disclosed that includes a mixing section that mixes ink into a carrier liquid. It is also disclosed here that an adjusting means using an electroosmosis phenomenon is provided to adjust the ink mixing amount to a desired value.
[0006]
Similarly, Japanese Patent Laid-Open No. 7-125259 (hereinafter referred to as Prior Art Document 4) discloses first and second supply means for supplying ink having first and second densities, and first so as to obtain a desired ink density. And an ink jet recording head having control means for controlling the amount of the second ink supplied by the second supplying means.
[0007]
Here, as a control means, there is disclosed a micropump having a dedicated heating element and driven by its thermal energy. As this micropump, an example is disclosed in which heat energy is generated by a heating element, and a piston-like valve or a cantilever valve is driven by the pressure generated by nucleate boiling. Further, it is described here that by using this valve in combination with an actuator made of a shape memory alloy, the ink inflow amount can be effectively controlled particularly in a region where the inflow amount is small.
[0008]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-207664 (hereinafter referred to as Prior Art Document 5) has a structure similar to that of Prior Art Document 2, except that the ejection amount of a plurality of inks is controlled by the pulse width applied to the piezoelectric element, and these are mixed. The structure to be combined is shown.
[0009]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-156131 (hereinafter referred to as Prior Art Document 6) includes a plurality of printer heads that form images of a plurality of colors based on image data, and mixes ink and diluent at a predetermined mixing ratio. There is shown an ink jet printer which forms a recorded image on a recording medium by ejecting the diluted ink from a nozzle. Here, when, for example, all-white image data having a small ink mixing amount and does not reach a clear print density is input to the plurality of printer heads, the dilution liquid is supplied from at least one of the plurality of printer heads. An ink jet printer that discharges ink is disclosed. As a result, a sudden gradation change (tone jump) is prevented, and excessive consumption of the diluent is suppressed, thereby improving the drying property. The volume of the diluent is controlled by the pulse voltage, the pulse width, the number of pulses, etc. applied to the drive unit formed by the piezoelectric element.
[0010]
Thus, in
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Among these prior arts, those having a pump function for positively discharging ink include those in Documents 2, 5, and 6. However, these all have a pressurizing chamber (cavity part) whose volume is enlarged in the middle of the ink flow path, and the volume of the pressurizing chamber is changed by vibration of the diaphragm or the tank wall. The upstream side and the downstream side did not have a check valve for preventing the back flow of ink. For this reason, the ink flows backward to the upstream side with the change in the volume of the pressurizing chamber, and there is a problem that the reverse flow rate increases and the efficiency of the pump deteriorates.
[0012]
Therefore, the applicant provides resistance applying portions (throttles) whose conductance (reciprocal of resistance) varies depending on the direction of ink flow on the upstream side (inlet side) and downstream side (outlet side) of the pressurizing chamber (cavity portion). (Japanese Patent Application No. 11-351008 etc.). Since this resistance imparting part does not have a mechanical moving part like a general one-way valve, it is excellent in durability and reliability, and can be manufactured by a manufacturing method such as a micromachine, and is easy to manufacture. It has the advantage of being.
[0013]
However, since this resistance applying portion is provided with a geometrically complicated portion such as a minute restriction on the inner wall surface of the flow path, if the liquid contains fine bubbles, the bubbles will be It is easily trapped and attached. It is very difficult to discharge these bubbles when they enter a fine groove or the like of the resistance imparting portion.
[0014]
In addition, when bubbles are attached in this way, the volume of the bubbles changes as the volume of the cavity changes, and the drive energy that changes the volume of the cavity cannot be sufficiently transmitted to the liquid, and the pump efficiency is increased. It can be bad.
[0015]
This invention has been made in view of such circumstances, it is Rukoto ejected efficiently different inks to prevent backflow of different inks for each pixel from the transported are merged as a continuous flow in one direction the ink discharge port Furthermore, it is an object of the present invention to provide a liquid transport apparatus used for an image recording head that can be manufactured using a manufacturing method such as a micromachine and can be easily manufactured.
[0016]
[Structure of the invention]
According to the present invention, the object is to change the volume of the cavity portion of the ink discharge pump by driving the ink discharge pump provided in the middle of the ink flow path, and to transfer the ink to the image receptor, thereby transferring the image. In a liquid transport apparatus used for an image recording head for forming
An ink flow path in which non-image forming ink that does not substantially form an image after drying and image forming ink that substantially forms an image after drying are merged at a merging portion and ejected from an ink ejection port provided for each pixel; An ink supply pump that applies a constant pressure to the ink in the ink flow path, and a direction in which the conductance increases in the ink flow path upstream of the cavity portion and between the cavity portion and the merge portion. A resistance imparting portion having no movable portion provided in alignment with the transport direction and having a hydrophilic treatment in the vicinity of the inner wall surface thereof, and the non-image forming ink and the image forming ink ejected by the ink ejection pump to the pixels merging of these inks in the joint portion and the discharge flow rate while controlling the number of drive pulses based on the image signal so that these total flow rate is substantially constant The liquid transport apparatus, characterized in that it comprises a control unit from the ink discharge ports is discharged as a continuous flow to transfer as a continuous fluid to the image receptor, it is accomplished by.
[0017]
The same purpose is to change the volume of the cavity of the ink discharge pump by driving the ink discharge pump provided in the middle of the ink flow path, and transfer the ink to the image receptor to form an image. In a liquid transport device used for a recording head,
An ink flow path in which non-image forming ink that does not substantially form an image after drying and image forming ink that substantially forms an image after drying are merged at a merging portion and ejected from an ink ejection port provided for each pixel; An ink supply pump that applies a constant pressure to the ink in the ink flow path, and a direction in which the conductance increases in the ink flow path upstream of the cavity portion and between the cavity portion and the merge portion. The inner wall surface is provided in the transport direction, and the inner wall surface is formed of a curved surface that is smoothly continuous in the ink transport direction. The resistance applying portion does not have a movable portion, and the image is ejected by the ink ejection pump to the pixels. the discharge flow rate of the non-forming ink and the image forming ink these while controlling the number of drive pulses based on the image signal so that these total flow rate is substantially constant It is also achieved by a liquid transporting apparatus comprising a control unit that merges different inks at the merging unit, ejects them from the ink ejection port as a continuous flow, and transfers them as a continuous fluid to the image receptor. .
[0019]
Such a configuration for preventing the adhesion of bubbles may be provided in all the resistance applying portions, but only a part of the resistance applying portions may have a configuration for preventing the bubble adhesion. Good.
[0020]
In order to change the volume of the cavity part, a structure in which a movable wall driven by a drive part is provided in the cavity part and the movable wall is moved can be used. For example, a part of the wall of the cavity portion may be formed of a diaphragm, and the diaphragm may be driven using a piezoelectric element (piezoelectric element), a magnetostrictive element, or an electrostatic force.
[0021]
The resistance applying portion may be of a geometric shape in which the conductance in the ink transport direction is larger than the conductance in the opposite direction. For example, it is possible to form a divergent nozzle (defuser nozzle) in which the cross-sectional area increases rapidly on the upstream side and gradually increases on the downstream side across the throat where the cross-sectional area of the flow path is minimized. . A plurality of resistance applying portions may be provided on either the upstream side of the cavity portion and between the cavity portion and the merging portion, but a plurality of resistance applying portions are provided both on the upstream side and between the cavity portion and the merging portion. If the portion is provided, the backflow of the ink is further prevented, and the improvement of the transport efficiency is increased.
[0022]
This liquid transport device is used for an image recording head, and forms an image by controlling the discharge amounts of different inks based on image signals. In this case, the total discharge amount of different inks is always kept substantially constant. That is, the ink to be ejected is formed with non-image forming ink (transparent ink) that does not substantially form an image after drying and image forming ink (for example, colored ink such as black ink) that substantially forms an image after drying. and, that controls the discharge amount of each of the solutions so that the total flow rate of the ink is substantially constant.
[0023]
A plurality of ink flow paths having different colors and an ink flow path for non-image forming ink are gathered on the upstream side of one ink discharge port, and the amount of ink supplied from each ink flow path is controlled separately to discharge ink. You may make it set the color of the fluid discharged from an exit.
[0024]
Ink ejected successively from the ink ejection port, you transfer the ink as a continuous fluid to the image receptor (continuous coating method). Here, when the ink transported from one ink discharge port to the image receptor is formed by the non-image forming liquid and the image forming liquid, the liquids may be mixed homogeneously, but without mixing them. You may make it apply | coat in the state piled up in layers.
[0026]
Embodiment
FIG. 1 is a conceptual diagram of a continuous coating type image forming apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of an image recording head used therein, FIG. 3 is an explanatory view of the structure of the ink discharge pump, and FIG. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a resistance applying portion. In FIG. 1,
[0027]
[0028]
As shown in FIG. 2, the
[0029]
An
[0030]
These first and second inks are accommodated in
[0031]
For example, ink discharge pumps 24 and 26 corresponding to one pixel can be formed on a common substrate. The
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
As shown in FIG. 3, the
[0035]
The operation of the
[0036]
There are
[0037]
The driving
[0038]
When the volumes of the
[0039]
If a plurality of resistance applying portions are provided on the upstream side and the downstream side of the
[0040]
When the
[0041]
Thus, if the ink discharge amount by one reciprocation of the
[0042]
The
[0043]
The
[0044]
As described above, the
[0045]
As described above, the first and second inks whose flow rates are controlled by the ink discharge pumps 24 and 26 are discharged in a continuous flow from the
[0046]
Here, the laminar flow includes a flow in a mixed state only in the vicinity of the boundary between the first and second inks. The first and second inks may be mixed uniformly, but by forming a laminar flow in this way, the image surface formed on the
[0047]
A large number of first and second
[0048]
In the
[0049]
Therefore, in this embodiment, the hydrophilic treatment P is performed in the vicinity of the
[0050]
Here, the hydrophilic treatment can be performed by forming a hydrophilic resin film on the ink contact surface. As such a hydrophilic resin, nylon resin, polyvinyl alcohol resin and the like are suitable. The hydrophilic treatment can also be performed by applying a surfactant. The hydrophilic treatment may be applied to the slope A or the entire inner wall surface of the
[0051]
According to this embodiment, even if air bubbles mixed in the ink enter the
[0052]
[Other Embodiments]
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a resistance applying portion according to another embodiment. The
[0053]
According to this embodiment, the curved surface R1 is formed at the corner of the wall surface B rising from the inner wall surface of the
[0054]
[Other Embodiments]
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a resistance applying portion according to another embodiment. The
[0055]
According to this embodiment, since the upstream slope Ba is inclined downstream toward the throat, bubbles are less likely to adhere to the slope Ba. That is, by making the shape not having a wall that intersects perpendicularly with respect to the ink flow direction in the
[0056]
[Other Embodiments]
FIG. 7 is an enlarged cross-sectional view of a resistance applying portion according to another embodiment. The
[0057]
According to this embodiment, the advantages of the embodiments shown in FIGS. 4 to 7 can be used in combination with different resistance applying portions in one
[0058]
Further, all the resistance applying portions in each of the ink discharge pumps 24 and 26 may be configured to prevent bubble adhesion as shown in FIGS. 4 to 7, but only some of the resistance applying portions prevent this bubble adhesion. You may provide the structure of.
[0059]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the ink flow path in which the non-image forming ink and the image forming ink are merged at the merging portion and ejected from the ink ejection port provided for each pixel, and the ink that applies a constant pressure in the ink delivery direction Between the supply pump and the upstream side of the cavity portion provided in the ink flow path and between the cavity portion and the merging portion, a resistance applying portion having no movable portion is provided, and these resistance applying portions have conductance in the ink transport direction. align the smaller orientation to a large reverse direction, merging these inks while controlling for each pixel based on the discharge amount of the non-image-forming ink and the image forming ink on the image signal so that these total flow rate is substantially constant A liquid transport device for an image recording head that is controlled so as to be joined as a continuous flow, discharged from an ink discharge port as a continuous flow, and transferred as a continuous fluid to an image receptor Et al., Improve the efficiency of the pump, it is possible to form an image while discharging a continuous stream is combined with different ink.
[0060]
In particular, since the hydrophilic treatment is applied to the vicinity of the inner wall surface of the resistance imparting portion, it is difficult for bubbles to adhere to the vicinity of the resistance imparting portion, and the pump efficiency at the time of discharging the liquid is prevented from decreasing due to the adhesion of the bubbles Can do. Further, since the resistance applying portion does not have a movable portion, it can be easily manufactured, and for example, it can be manufactured using a manufacturing method of a micromachine.
[0061]
According to the invention of claim 2, since the inner wall surface of the resistance imparting portion is formed with a curved surface that smoothly continues in the liquid transport direction, it is difficult for bubbles to adhere to the inner wall surface. Similar effects can be obtained.
[0063]
In order to change the volume of the cavity part, the wall of the cavity part may be vibrated by the drive part (claim 3 ). However but it may also a part of the wall as a diaphragm.
[0064]
This liquid transport device is used for an image recording head such as a printer. In this case, the liquid transport device is used to control the amount of non-image forming ink and image forming ink supplied to the ink discharge ports provided for each pixel. To do. Also a non-imaging ink and the image forming ink flowed case forms a concentration or / and color of ink corresponding to the image signal, which is transferred to the image receptor, and total flow rate at this time is substantially constant since you like to become the transfer of ink to the image receptor you stable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of an image recording head. FIG. 3 is an explanatory view of an ink discharge pump. FIG. 5 is a view showing another embodiment of the resistance applying portion. FIG. 6 is a view showing another embodiment of the resistance applying portion. FIG. 7 is a view showing another embodiment of the resistance applying portion.
12 Print Paper as
Claims (3)
乾燥後に実質的に画像を形成しない画像非形成インクと乾燥後に実質的に画像を形成する画像形成インクとを合流部で合流させて画素ごとに設けたインク吐出口から吐出させるインク流路と、前記インク流路のインクに一定圧力を付与するインク供給ポンプと、前記インク流路内に前記キャビティ部の上流側および前記キャビティ部と前記合流部との間にそのコンダクタンスが大きくなる方向をインクの輸送方向に揃えて設けられ、その内壁面付近に親水処理が施されている可動部を持たない抵抗付与部と、画素に対して前記インク吐出ポンプが吐出する前記画像非形成インクおよび画像形成インクの吐出流量をこれらの合計流量が略一定となるように画像信号に基づいて駆動パルス数により制御しつつこれらのインクを前記合流部で合流させ前記インク吐出口から連続流として吐出させて前記画像受容体に連続した流体として移送させる制御部とを備えることを特徴とする液体輸送装置。Liquid used in an image recording head for forming an image by changing the volume of a cavity portion of the ink discharge pump by pulse driving an ink discharge pump provided in the middle of the ink flow path and transferring the ink to an image receptor In transportation equipment,
An ink flow path in which non-image forming ink that does not substantially form an image after drying and image forming ink that substantially forms an image after drying are merged at a merging portion and ejected from an ink ejection port provided for each pixel; An ink supply pump that applies a constant pressure to the ink in the ink flow path, and a direction in which the conductance increases in the ink flow path upstream of the cavity portion and between the cavity portion and the merge portion. A resistance imparting portion having no movable portion provided in alignment with the transport direction and having a hydrophilic treatment in the vicinity of the inner wall surface thereof, and the non-image forming ink and the image forming ink ejected by the ink ejection pump to the pixels merging of these inks in the joint portion and the discharge flow rate while controlling the number of drive pulses based on the image signal so that these total flow rate is substantially constant Liquid transfer apparatus characterized by comprising a control unit for transferring a fluid continuous with the image receptor is discharged as a continuous flow from the ink discharge ports.
乾燥後に実質的に画像を形成しない画像非形成インクと乾燥後に実質的に画像を形成する画像形成インクとを合流部で合流させて画素ごとに設けたインク吐出口から吐出させるインク流路と、前記インク流路のインクに一定圧力を付与するインク供給ポンプと、前記インク流路内に前記キャビティ部の上流側および前記キャビティ部と前記合流部との間にそのコンダクタンスが大きくなる方向をインクの輸送方向に揃えて設けられ、その内壁面はインクの輸送方向へ滑らかに連続する曲面で形成されている可動部を持たない抵抗付与部と、画素に対して前記インク吐出ポンプが吐出する前記画像非形成インクおよび画像形成インクの吐出流量をこれらの合計流量が略一定となるように画像信号に基づいて駆動パルス数により制御しつつこれらの異なるインクを前記合流部で合流させ前記インク吐出口から連続流として吐出させて前記画像受容体に連続した流体として移送させる制御部とを備えることを特徴とする液体輸送装置。Liquid used in an image recording head for forming an image by changing the volume of a cavity portion of the ink discharge pump by pulse driving an ink discharge pump provided in the middle of the ink flow path and transferring the ink to an image receptor In transportation equipment,
An ink flow path in which non-image forming ink that does not substantially form an image after drying and image forming ink that substantially forms an image after drying are merged at a merging portion and ejected from an ink ejection port provided for each pixel; An ink supply pump that applies a constant pressure to the ink in the ink flow path, and a direction in which the conductance increases in the ink flow path upstream of the cavity portion and between the cavity portion and the merge portion. The inner wall surface is provided in the transport direction, and the inner wall surface is formed of a curved surface that is smoothly continuous in the ink transport direction. The resistance applying portion does not have a movable portion, and the image is ejected by the ink ejection pump to the pixels. the discharge flow rate of the non-forming ink and the image forming ink these while controlling the number of drive pulses based on the image signal so that these total flow rate is substantially constant Liquid transfer apparatus characterized by comprising a control unit for transferring the different inks as fluid is discharged as a continuous flow was continuous with the image receptor from the ink discharge port are merged in the merging section.
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