JP4318448B2 - 液体吐出方法及び液体吐出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体流路内の液体を液体吐出孔から液滴群として吐出する液体吐出方法及び液体吐出装置に関し、詳しくは、上記液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量をパルス信号の広い周波数帯域に対して安定化することができる液体吐出方法及び液体吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液体流路内の液体を液体吐出孔から液滴群として吐出する液体吐出装置の一例として、インクジェット方式の記録装置が知られている。インクジェット方式の記録装置、例えばインクジェットプリンタは、記録速度が高速で、ランニングコストが低く、プリント画像のカラー化が容易である等の点から広く普及されており、従来から高解像度かつ高画質なプリント画像を形成するための技術が開発されている。
【０００３】
例えば、プリントヘッドを記録媒体の全幅方向に往復移動しながら該プリントヘッドに形成された吐出部（ノズル）からインクを吐出してプリント画像を形成するシリアル型のプリントヘッドの場合には、いわゆるマルチパス方式が用いられている。このマルチパス方式とは、プリントヘッドを往復移動しながらインクを吐出してプリント画像を形成するときに、このプリント画像を構成する一つのラインに対して複数個の吐出部からインクを吐出する方式である。これにより、プリントヘッドの各吐出部から吐出されたインクの吐出量のばらつきを見え難くすることができる。
【０００４】
これに対し、多数個のヘッドチップが記録媒体の全幅に対応して配列されたライン型のプリントヘッドの場合には、このプリントヘッドに対して記録媒体をその長さ方向にのみ移動させてプリント画像を形成するようになっているため、前記マルチパス方式を適用することができず、いわゆるＰＮＭ（Pulse Number Modulation）方式が用いられている。ＰＮＭ方式とは、各吐出部から吐出されるインク液滴の数を増減することによりプリント画像を構成するドット（画素）の径の大きさを可変して階調を表現する方式である。このようなＰＮＭ方式を用いて高画質なプリント画像を形成するためには、各吐出部から吐出される各インク液滴の吐出量を安定化することが重要な課題となっており、それに関連する技術として、インクを連続吐出したときの各インク液滴量を一定にするものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１５７９４５号明細書 （第３頁、第５，８図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載された技術は、１画素当りに複数の独立したインク液滴をインク液滴群として同一の吐出部から連続吐出するためのパルス信号のパルス間隔は、このパルス間隔を長くしていった場合に一滴当たりの吐出量が増大していく周波数帯域内において、前記インク液滴群の各インク液滴の量が単一のインク液滴を吐出したときのインク液滴の量と等しくなるパルス間隔としたものである。これにより、連続吐出されたインク液滴群の一滴当たりの吐出量が同一となるパルス間隔を駆動周波数に対するインク吐出量特性のグラフから選定し、この選定されたパルス間隔を利用して各インク液滴の量を一定にすることができるが、このパルス間隔は一意的に決められるものであった。したがって、任意にパルス間隔を設定することができず、上述したライン型のプリントヘッドに適用した場合には、吐出部の個数を増加するに伴って各吐出部に設けられた発熱素子に印加される電力が集中することがあった。この場合には、各発熱素子に電力を供給する電源の電圧が変動し、結果として画質の高いプリント画像を形成することができないことがあった。
【０００７】
また、特許文献１に記載された技術においては、各吐出部から吐出されるインク液滴群の各インク液滴の量が同一となるパルス間隔を前記インク吐出量特性のグラフから選定した場合においても、プリントヘッドの製造工程における個々の製品のばらつきや、あるいは使用時における温度変化などの影響により各インク液滴量が変動し易く、各吐出部から吐出されるインク液滴群の各インク液滴の吐出量を安定化することが困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、液体流路内の液体を吐出する液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を、パルス信号の広い周波数帯域に対して安定化することができる液体吐出方法及び液体吐出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による液体吐出方法は、吐出対象物の全幅に対応してライン型に配列された液体吐出孔に対応して形成された液体流路内に液体を補充し、この液体流路内の液体に負圧を与えて該液体が液体吐出孔から自然漏出することを防止しておき、上記液体流路内に設けられた吐出エネルギー発生手段に連続的なパルス信号を供給して該液体流路内の液体を加熱して気泡を発生することで該液体を押し出すと共に、上記パルス信号の生成回数により液滴の数を増減することでドット径の大きさを可変して液体吐出孔から連続的な液滴群として吐出する液体吐出方法であって、上記吐出エネルギー発生手段に供給する連続的なパルス信号を、各吐出エネルギー発生手段に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各吐出エネルギー発生手段の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号により液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定して液体の吐出を行うものである。
【００１０】
このような方法により、上記吐出エネルギー発生手段に供給する連続的なパルス信号を、各吐出エネルギー発生手段に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各吐出エネルギー発生手段の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号により液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定して液体の吐出を行うことで、上記連続的に吐出された液滴群の各液滴の吐出量を安定化することができる。
【００１１】
また、本発明による液体吐出装置は、吐出対象物の全幅に対応してライン型に配列された液体吐出孔が形成されたノズル部材と、上記液体吐出孔に対応して形成された液体流路を構成する部材と、上記液体流路内に設けられ、該液体流路内の液体を加熱して気泡を発生することで該液体を押し出し液体吐出孔から液滴群として吐出させるエネルギーを発生する吐出エネルギー発生手段と、この吐出エネルギー発生手段に供給するための連続的なパルス信号を生成し該パルス信号の生成回数により液体吐出孔から吐出される液滴の数を増減することでドット径の大きさを可変するパルス信号生成手段と、上記液体流路内の液体に負圧を与えて該液体が液体吐出孔から自然漏出することを防止する負圧発生手段と、を備えた液体吐出装置であって、上記吐出エネルギー発生手段に供給する連続的なパルス信号を、各吐出エネルギー発生手段に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各吐出エネルギー発生手段の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号により液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定して液体の吐出を行うようにしたものである。
【００１２】
このような構成により、上記吐出エネルギー発生手段に供給する連続的なパルス信号を、各吐出エネルギー発生手段に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各吐出エネルギー発生手段の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、上記連続的なパルス信号により液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定して液体の吐出を行うようにしたことで、上記連続的に吐出された液滴群の各液滴の吐出量を安定化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による液体吐出方法の実施の形態を示す概要図である。この液体吐出方法は、液体流路内の液体を液体吐出孔から連続的な液滴群として吐出するもので、図１において、後述するノズル部材１９にはインクを吐出するノズル２０が形成され、該ノズル２０に対応して形成されたインク流路２１内には発熱素子１８が設けられている。このような状態で、上記発熱素子１８に連続的なパルス信号を供給してインク流路２１内のインクを加熱して気泡を発生することで該インクを押し出すと共に、上記パルス信号の生成回数によりインク液滴の数を増減することでドット径の大きさを可変してノズル２０から連続的なインク液滴群３０，３０，…として吐出する。
【００１４】
ここで、本発明による液体吐出方法おいては、発熱素子１８に供給する連続的なパルス信号を、各発熱素子１８に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各発熱素子１８の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号によりノズル２０から記録紙Ｐ上の一つの着弾点に向けて連続的に吐出されるインク液滴群３０，３０，…の各液滴の吐出量を、該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するものとし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定してインクの吐出を行う。
【００１５】
すなわち、上記流路２１内へのインクの補充は、上記パルス信号の所定の周波数帯域においてノズル２０から吐出されたインク液滴３０の吐出量と同量の液体を補充するものとする。また、上記インク流路２１内の液体に与える負圧は、上記パルス信号の所定の周波数帯域においてノズル２０内の液体の表面（メニスカス）が液体流路側に引き戻されない大きさとする。これを実現するための具体的構成は、後に詳細に説明する。
【００１６】
図２は本発明による液体吐出方法の実施に直接使用する装置としてのインクジェットプリンタの具体的な実施形態を示す一部破断斜視図である。このインクジェットプリンタは、液体のインクを粒子化して吐出部からインク液滴として吐出し、このインク液滴を記録紙（記録媒体）Ｐ上に付着させてプリント画像を形成するもので、筐体１内に、ペーパトレイ２と、給紙手段３と、紙送り手段４と、電気回路部５と、プリントヘッド６とを備えて成る。
【００１７】
この筐体１は、インクジェットプリンタの構成部品を収容している箱状体で、例えば直方体の形状を有し、一端面に後述するペーパトレイ２を装着するためのトレイ出入口１ａが設けられ、他端面には印刷された記録紙Ｐ′を排出するための排紙口１ｂが設けられている。この筐体１の内部にはペーパトレイ２が収納されている。このペーパトレイ２は、例えばＡ４サイズの記録紙Ｐを複数枚重ねて収容可能とされたもので、その先頭部側が記録紙Ｐを上方に持ち上げるようになっている。そして、このペーパトレイ２は、筐体１の一端面に設けられたトレイ出入口１ａから該筐体１内に装着できるようになっている。
【００１８】
また、筐体１内に収納されたペーパトレイ２の先頭部側の上方には給紙手段３が設けられている。この給紙手段３は、ペーパトレイ２に収容された記録紙Ｐを後述する紙送り手段４に供給するもので、給紙ローラ７と、給紙モータ８とを備えて成る。この給紙ローラ７は、例えば略半円筒形状に形成されており、ペーパトレイ２に収容された記録紙Ｐのうち一番上に重ねられた記録紙Ｐのみを紙送り手段４の方向に供給するようになっている。また、給紙モータ８は、図示省略のギアにより給紙ローラ７を回転させるもので、例えば給紙ローラ７の上方に配設されている。
【００１９】
また、この給紙手段３が記録紙Ｐを供給する方向にて後述するプリントヘッド６の下方には、紙送り手段４が設けられている。この紙送り手段４は、給紙手段３から供給された記録紙Ｐを筐体２の他端面に設けられた排紙口１ｂ側に向けて搬送するもので、第１の紙送りローラ９と、紙送りガイド１０と、第２の紙送りローラ１１とを備えて成る。第１の紙送りローラ９は、給紙手段３から供給された記録紙Ｐを後述する紙送りガイド１０側に搬送するもので、互いに接触した上下一対のローラ部材の間に記録紙Ｐを挟んで回転するようになっている。また、紙送りガイド１０は、第１の紙送りローラ９から搬送された記録紙Ｐを後述する第２の紙送りローラ１１側に案内するもので、平板状に形成され、後述するプリントヘッド６の下方にて所定の間隔をあけて配設されている。さらに、第２の紙送りローラ１１は、紙送りガイド１０により案内された記録紙Ｐを筐体２の他端面に設けられた排紙口１ｂ側に搬送するもので、互いに接触した上下一対のローラ部材の間に記録紙Ｐを挟んで回転するようになっている。
【００２０】
さらに、前記ペーパトレイ２の上方には電気回路部５が配設されている。この電気回路部５は、前記給紙手段３及び紙送り手段４の動作を制御すると共に、後述するプリントヘッド６に配列された吐出部（図示せず）からインクを吐出するためのパルス信号を生成するパルス信号生成手段を構成するもので、例えば、連続的なパルス信号を生成するための電源、ＣＰＵなどの演算装置、又は各種補正データなどを格納するメモリなどを備えている。
【００２１】
そして、前記紙送り手段４の上方にはプリントヘッド６が設けられている。このプリントヘッド６は、液体のインクを微細に粒子化して吐出し、記録紙Ｐ上にインクの液滴を吹付けてプリント画像を形成するもので、インク液滴数によりプリント画像を構成するドット（画素）の径の大きさを可変して階調を表現するＰＮＭ方式の変調機能を有し、例えばイエローＹ，マゼンタＭ，シアンＣ，ブラックＫの４色のインクを収容するようになっており、このＹＭＣＫの４色のインクを吐出するラインヘッド（図３参照）を各色毎に備えている。なお、以下の説明において、プリントヘッド６は、インクを吐出する吐出部（図示せず）を有するヘッドチップが記録紙Ｐの全幅に対応して配列されたライン型のものとして説明する。
【００２２】
図３は、図２に示すプリントヘッド６に備えられた１色分のラインヘッド１２の構造を示す説明図である。このラインヘッド１２は、各色のインクを微細に粒子化して吐出させるもので、インク液滴を吐出する吐出部（ノズル）が下方を向くようにして配設されており、図３（ａ）に示すように、図２に示す記録紙Ｐの全幅に対応した長さを有する外筐１３に覆われ、例えばその下部に電気配線１４が設けられている。この電気配線１４は、図２に示す電気回路部５に接続され、この電気回路部５で生成される連続的なパルス信号を入力し、後述するヘッドチップ１７に該パルス信号を供給するようになっている。また、図３（ｂ）に示すように、ラインヘッド１２の底面には、ライン状のヘッドフレーム１５が設けられており、このヘッドフレーム１５の長手方向に延びて形成されたスリット状のインク供給孔１６の左右両側に複数個のヘッドチップ１７，１７，…が左右交互に配設されている。この各ヘッドチップ１７の底面には、後述するノズル２０からインクを吐出させるためのエネルギーを発生する発熱素子１８が多数個配列されている。
【００２３】
また、ラインヘッド１２の底面にて左右交互に配列されたヘッドチップ１７，１７，…の底面にはシート状のノズル部材１９が設けられている。このノズル部材１９は、液体のインクを吐出するノズル２０が形成されるもので、例えばニッケルの電鋳により形成され、インクによる腐食を防止するためにパラジウム又は金などで耐蝕めっきが施されている。このノズル部材１９には、その長手方向に沿って多数個のノズル２０が形成されている。このノズル２０は、液体のインクを吐出する液体吐出孔となるもので、ラインヘッド１２の底面にて左右交互に配列された各ヘッドチップ１７に設けられた多数個の発熱素子１８と一対一で対応する位置に形成されている。ここで、ノズル２０は、図２に示す記録紙Ｐ′上に形成されるプリント画像の印画解像度が例えば６００dpiとなるように配列されているとする。
【００２４】
このようなラインヘッド１２の断面構造について、図４〜図６を参照して説明する。図４は図３（ｂ）のＡ−Ａ線断面図であり、図５は図３（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。図４又は図５に示すように、シート状のノズル部材１９に形成されたノズル２０（図３（ｂ）参照）に対応する位置にはインク流路２１が形成されている。このインク流路２１は、ヘッドチップ１７とノズル部材１９との間に形成されたインク液室２２にインク供給孔１６（図３（ｂ）参照）内のインクを供給するもので、後述するバリア層２６によって構成されている。また、図４に示すように、外筐１３（図３（ａ）参照）とインクが収容された袋部材２４との間には、ばね部材２３が設けられている。このばね部材２３は、インク流路２１内に補充されたインクに負圧を与えて該インクがノズル２０から自然漏出することを防止する負圧発生手段となるもので、袋部材２４を外側に広げるようになっている。このばね部材２３は、袋部材２４を外側に広げる力の強弱によってインク流路２１内のインクに与える負圧を自由に設定できるようになっている。
【００２５】
なお、図４又は図５において、符号２５は、袋部材２４の中に収容されたインクに混入したごみやインク成分の凝集物を濾過するフィルタで、インク供給孔１６を覆うように貼り付けられている。このフィルタ２５により、インクに混入したごみ等がインク供給孔１６側に落ちないようになり、ノズル２０の目詰まりを防止することができる。
【００２６】
図６は、図４に示すラインヘッド１２の要部拡大図である。左右のヘッドチップ１７の底面には、上述したように、発熱素子１８（図３（ｂ）参照）が形成されている。この発熱素子１８は、インク流路２１内に補充されたインクをノズル２０からインク液滴群として吐出させるエネルギーを発生する吐出エネルギー発生手段となるもので、シリコンから成るヘッドチップ１７の底面側に半導体プロセスを施して形成されており、インク流路２１内にてノズル２０に対向する位置に配置されるように設けられている。
【００２７】
また、ヘッドチップ１７とノズル部材１９との間には、所定の厚みＨを有するバリア層２６が設けられている。このバリア層２６は、上記ノズル２０に対応して形成されたインク流路２１を構成する部材となるもので、図７に示すように、ドライフィルムレジスト等の露光硬化性の樹脂により櫛型に形成され、その櫛歯２６ａ，２６ａ，…の間に発熱素子１８が配置されるようになっている。そして、このバリア層２６の厚みHがインク流路２１の高さＨ（図６参照）となる。そして、上述したように、ノズル部材１９に形成されたノズル２０が６００dpiとなるように配列される場合には、櫛型に形成されたバリア層２６の櫛歯２６ａ，２６ａ，…は、約４２．３μmの間隔で形成される。なお、図７に示すように、櫛型に形成されたバリア層２６の櫛歯２６ａの先端部側がインク流路２１内にインクを補充する開口部となる。
【００２８】
そして、図６に示すように、電気回路部５（図２参照）でパルス信号を生成することにより、ヘッドチップ１７の底面に形成された発熱素子１８が発熱し、インク流路２１内に補充されたインクが加熱されて気泡を発生することで該気泡と同等の体積のインクが押し出され、ノズル２０からインク液滴３０が吐出される。そして、矢印Ｊに示すように、インク供給孔１６からインク流路２１内にインクが補充されて発熱素子１８は冷却され、気泡は冷却により消失する。
【００２９】
また、電気回路部５（図２参照）で連続的なパルス信号を生成し、これを発熱素子１８（図６参照）に供給することにより、図１（ａ）に示すように、インク流路２１内のインクがノズル２０から記録紙Ｐ上の一つのドットＤに向けて連続したインク液滴群３０，３０，…として吐出される。この記録紙Ｐ上に吐出されたインク液滴群３０，３０，…は、図１（ｂ）に示すように、矢印Ｓの方向に拡がって一つのドットＤを形成する。このとき、パルス信号の生成回数を増減してノズル２０から吐出されるインク液滴３０の数を増減することによって、記録紙Ｐ上に付着したドットＤの径の大きさを可変し、階調を表現することができる。
【００３０】
ここで、本発明による液体吐出装置おいては、図１に示すように、発熱素子１８に供給する連続的なパルス信号を、各発熱素子１８に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各発熱素子１８の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号によりノズル２０から記録紙Ｐ上の一つの着弾点に向けて連続的に吐出されるインク液滴群３０，３０，…の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定してインクの吐出を行うようにした。
【００３１】
具体的には、図６に示すインク流路２１は、該インク流路２１内にインクを補充する側の開口部を、上記パルス信号の所定の周波数帯域においてノズル２０から吐出されたインク液滴群３０，３０，…の吐出量と同量のインクを補充可能な高さに形成する。例えば、インク流路２１の高さ、すなわち上記バリア層２６の高さＨを１１μmに形成する。
【００３２】
ここで、上記インク流路２１の高さＨを１１μmに形成した理由について、図８及び図９を参照して説明する。図８は、図６に示すインク流路２１の高さＨが１１μmに形成された場合において、パルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。また、図９は、インク流路２１の高さＨが７μmに形成された場合において、パルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。図８及び図９において、図４に示すばね部材２３の負圧が−１５０mmH2Oのときのインク吐出量特性を丸印（○）で示し、ばね部材２３の負圧が−６０mmH2Oのときのインク吐出量特性を四角印（□）で示し、ばね部材２３の負圧が−３０mmH2Oのときのインク吐出量特性を三角印（△）で示す。
【００３３】
図８に示すように、インク流路２１（図６参照）の高さＨを１１μmに形成した場合には、パルス信号の駆動周波数が約１KHz〜１０KHzの広い周波数帯域に対し、ノズル２０から吐出されるインク液滴の吐出量を一定又はそれに近似することができる。これに対し、図９に示すように、インク流路２１の高さＨを７μmに形成した場合には、パルス信号の駆動周波数が例えば５KHzよりも高周波になるにしたがって、インク吐出量が減少する傾向にある。これは、図６に示すインク流路２１の高さＨが７μmと低い場合には、パルス信号の駆動周波数が高周波のときにおいて、ノズル２０から吐出されたインク液滴の吐出量と同量の液体がインク流路２１内に再び補充され難くなるためである。この場合には、インク流路２１内に再び補充されるインクの量が少なくなるため、パルス信号の駆動周波数が５KHzよりも低周波のときと比べてインク吐出量が減少する。したがって、上記インク流路２１の高さＨを高く、例えば１１μmに形成するのが望ましい。
【００３４】
また、図４に示すばね部材２３は、インク流路２１内のインクに与える負圧を、上記パルス信号の所定の周波数帯域においてノズル２０内のインクの表面がインク流路２１側に引き戻されない大きさに設定されている。例えば、ばね部材２３の負圧を−３０mmH2Oに設定する。
【００３５】
ここで、上記ばね部材２３の負圧を−３０mmH2Oに設定した理由について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、図４に示すばね部材２３の負圧を−３０mmH2Oに設定した場合において、パルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。また、図１１は、ばね部材２３の負圧を−１５０mmH2Oに設定した場合において、パルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。図１０及び図１１において、図６に示すインク流路２１の高さＨを７μmに形成したときのインク吐出量特性を三角印（△）で示し、インク流路２１の高さＨを１１μmに形成したときのインク吐出量特性を四角印（□）で示す。
【００３６】
図１０に示すように、ばね部材２３（図４参照）の負圧を−３０mmH2Oに設定し、またインク流路２１の高さＨを１１μmに形成した場合には、パルス信号の駆動周波数が約１KHz〜１０KHzの広い周波数帯域に対し、ノズル２０から吐出されるインク液滴の吐出量を一定又はそれに近似することができる。これに対し、図１１に示すように、ばね部材２３（図４参照）の負圧を−１５０mmH2Oに設定した場合には、インク流路２１の高さＨを７μm、あるいは１１μmのいずれの高さに形成した場合にも、パルス信号の駆動周波数が例えば５KHzよりも低周波になるにしたがって、インク吐出量が減少する傾向にある。これは、図４に示すばね部材２３の負圧が−１５０mmH2Oと高い場合には、パルス信号の駆動周波数が低周波のときにおいて、ノズル２０内のインクの表面がインク流路２１側に引き戻され易くなるためである。この場合には、インク流路２１内に再び補充されるインクの量が少なくなるため、パルス信号の駆動周波数が５KHzよりも高周波のときと比べてインク吐出量が減少する。したがって、ばね部材２３の負圧を低く、例えば−３０mmH2Oに設定するのが望ましい。
【００３７】
なお、以上の説明において、インク流路２１の高さＨを１１μmに形成し、またばね部材２３の負圧は−３０mmH2Oに設定されたものとして説明したが、本発明はこれに限られず、インク流路２１の高さＨは、上記パルス信号の所定の周波数帯域（高周波側）においてノズル２０から吐出されたインク液滴群３０，３０，…の吐出量と同量のインクを補充可能にできる高さであればよい。具体的には、図７に示すインク流路２１の幅となる櫛型のバリア層２６に形成された櫛歯２６ａの間隔との関係、すなわち流路抵抗によって決定される。したがって、印画解像度を上げるために、バリア層２６の櫛歯２６ａの間隔がさらに狭く形成された場合には、流路抵抗が増加しないような流路形状にする必要がある。一つの方法として、インク流路２１の高さＨを高くすればよい。また、ばね部材２３の負圧は−３０mmH2Oに限られず、上記パルス信号の所定の周波数帯域（低周波側）においてノズル２０内のインクの表面（メニスカス）がインク流路２１側に引き戻されない大きさに設定されていればよい。
【００３８】
次に、このように構成された液体吐出装置としてのインクジェットプリンタの動作について説明する。まず、図２において、ペーパトレイ２に収容された記録紙Ｐが給紙手段３により紙送り手段４の方向に供給され、プリントヘッド６の下方を通過する。このとき、プリントヘッド６がＹＭＣＫの４色のインクを吐出部（図３（ｂ）参照）からインク液滴として吐出し、記録紙Ｐ上にプリント画像を形成する。この印刷された記録紙Ｐ′は筐体２の他端面に設けられた排紙口１ｂから排出される。
【００３９】
ここで、上記プリントヘッド６の動作について説明する。まず、図６に示すように、ノズル２０に対応して形成されたインク流路２１内にインクが補充され、連続的なパルス信号を電気回路部５（図２参照）で生成して上記インク流路２１内に設けられた発熱素子１８に供給し、該発熱素子１８を繰り返し発熱させる。これにより、図１に示すように、上記インク流路２１内のインクがノズル２０からインク液滴群３０，３０，…として吐出される。
【００４０】
上述したように、上記インク流路２１の高さＨは例えば１１μmに形成されている。これにより、インク流路２１には、矢印Ｊに示すように、連続的なパルス信号の所定の周波数帯域（高周波側）において上記ノズル２０から吐出されたインク液滴の吐出量と同量の液体が再び補充される。また、上記ばね部材２３の負圧は例えば−３０mmH2Oに設定されている。これにより、ばね部材２３がインク流路２１内のインクに与える負圧によって、連続的なパルス信号の所定の周波数帯域（低周波側）において上記ノズル２０内の液体の表面がインク流路２１側に引き戻されないようにすることができる。
【００４１】
したがって、上記連続的なパルス信号によりノズル２０から一つのドットＤに向けて連続的に吐出されるインク液滴群３０，３０，…の各インク液滴の吐出量を、パルス信号の広い周波数帯域に対して一定又はそれに近似するように定量化することができる。具体的には、図８の三角印（△）に示すように、パルス信号の所定の周波数帯域（例えば、約１KHz〜１０KHz）に対して、各インク液滴３０の吐出量を一定又はそれに近似するように（例えば、５〜４.８ピコリットル）、安定化することができる。そして、その広い周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を可変して液体の吐出を行うことができる。このことから、連続的なパルス信号の駆動周波数を任意に設定することができ、ノズル２０に設けられた発熱素子１８（図３（ｂ）参照）に供給するためのパルス信号を異なる駆動周波数で分散して、プリント画像を形成することができる。この場合には、各発熱素子１８に電力を供給する電源の電圧が変動せず、各ノズル２０から吐出されるインク液滴の吐出量を安定化することができ、良好な階調記録を行って高画質なプリント画像を形成することができる。
【００４２】
また、連続的なパルス信号の駆動周波数を任意に設定することができるため、プリントヘッドの製造工程における個々の製品のばらつきや、あるいは使用時における温度変化などの影響を受けず、各ノズル２０から吐出されるインク液滴の吐出量を安定化することができ、良好な階調記録を行って高画質なプリント画像を形成することができる。
【００４３】
なお、以上の説明においては、インクジェットプリンタに適用された例について述べたが、本発明はこれに限らず、液体流路内の液体を液体吐出孔から液滴群として吐出するものであればどのようなものでもよい。例えば、記録方式がインクジェット方式のファクシミリ装置や複写機等の画像形成装置についても適用可能である。また、生体試料を検出するためのＤＮＡ含有溶液を吐出するための装置に適用することも可能である。
【００４５】
さらにまた、ばね部材２３がインク流路２１内のインクに負圧を与える負圧発生手段となるものとして説明したが、本発明はこれに限られず、液体流路内の液体が液体吐出孔から自然漏出することを防止するものであればどのようなものでもよく、例えばインクを収容する袋部材２４やインク供給孔１６の配置位置によるものでもよい。そして、発熱素子１８がインク液滴を吐出部から吐出させる吐出エネルギー発生手段となるものとして説明したが、本発明はこれに限られず、吐出エネルギー発生手段は、液体流路内の液体を例えば電気機械変換式などで微細に粒子化して吐出するものでもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る液体吐出方法によれば、吐出対象物の全幅に対応してライン型に配列された液体吐出孔に対応して形成された液体流路内に液体を補充し、上記液体流路内に設けられた吐出エネルギー発生手段に連続的なパルス信号を供給して該液体流路内の液体を加熱して気泡を発生することで該液体を押し出すと共に、上記パルス信号の生成回数により液滴の数を増減することでドット径の大きさを可変して液体吐出孔から連続的な液滴群として吐出するものにおいて、吐出エネルギー発生手段に供給する連続的なパルス信号を、各吐出エネルギー発生手段に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各吐出エネルギー発生手段の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号により液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定して液体の吐出を行うことで、上記連続的に吐出された液滴群の各液滴の吐出量を安定化することができる。この場合には、各吐出エネルギー発生手段に電力を供給する電源の電圧が変動せず、各液体吐出孔から吐出される液滴の吐出量を安定化して、例えば記録紙に良好な階調記録を行って高画質なプリント画像を形成することができる。また、プリントヘッドの製造工程における個々の製品のばらつきや、あるいは使用時における温度変化などの影響を受けず、連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を定量化することができ、良好な階調記録を行って高画質なプリント画像を形成することができる。
【００５０】
また、請求項２に係る液体吐出装置によれば、吐出対象物の全幅に対応してライン型に配列された液体吐出孔に対応して形成された液体流路内に液体を補充し、上記液体流路内に設けられた吐出エネルギー発生手段に連続的なパルス信号を供給して該液体流路内の液体を加熱して気泡を発生することで該液体を押し出すと共に、上記パルス信号の生成回数により液滴の数を増減することでドット径の大きさを可変して液体吐出孔から連続的な液滴群として吐出するものにおいて、吐出エネルギー発生手段に供給する連続的なパルス信号を、各吐出エネルギー発生手段に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各吐出エネルギー発生手段の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号により液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定して液体の吐出を行うようにしたことで、上記連続的に吐出された液滴群の各液滴の吐出量を安定化することができる。この場合には、各吐出エネルギー発生手段に電力を供給する電源の電圧が変動せず、各液体吐出孔から吐出される液滴の吐出量を安定化して、例えば記録紙に良好な階調記録を行って高画質なプリント画像を形成することができる。また、プリントヘッドの製造工程における個々の製品のばらつきや、あるいは使用時における温度変化などの影響を受けず、連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を定量化することができ、良好な階調記録を行って高画質なプリント画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による液体吐出方法の実施の形態を示す概要図で、インク流路内のインクを吐出部からインク液滴群として吐出する状態を示す。
【図２】 本発明による液体吐出方法の実施に直接使用する装置としてのインクジェットプリンタの具体的な実施形態を示す一部破断斜視図である。
【図３】 図２に示すプリントヘッドに備えられた１色分のラインヘッドの構造を示す説明図で、（ａ）が平面図、（ｂ）が底面図である。
【図４】 図３（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】 図３（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】 図４に示すラインヘッドの要部拡大図である。
【図７】 図６に示す吐出部に対応して形成されたインク流路の構造を示す分解斜視図である。
【図８】 図６に示すインク流路の高さを１１μmに形成したときにおけるパルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。
【図９】 図６に示すインク流路の高さを７μmに形成したときにおけるパルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。
【図１０】 図４に示すばね部材の負圧を−３０mmH2Oに設定したときにおけるパルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。
【図１１】 図４に示すばね部材の負圧を−１５０mmH2Oに設定したときにおけるパルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…筐体
２…ペーパトレイ
３…給紙手段
４…紙送り手段
５…電気回路部
６…プリントヘッド
１２…ラインヘッド
１３…外筐
１４…電気配線
１５…ヘッドフレーム
１６…インク供給孔
１７…ヘッドチップ
１８…発熱素子
１９…ノズル部材
２０…ノズル
２１…インク流路
２２…インク液室
２３…ばね部材
２４…袋部材
２６…バリア層
３０…インク液滴
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体流路内の液体を液体吐出孔から液滴群として吐出する液体吐出方法及び液体吐出装置に関し、詳しくは、上記液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量をパルス信号の広い周波数帯域に対して安定化することができる液体吐出方法及び液体吐出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、液体流路内の液体を液体吐出孔から液滴群として吐出する液体吐出装置の一例として、インクジェット方式の記録装置が知られている。インクジェット方式の記録装置、例えばインクジェットプリンタは、記録速度が高速で、ランニングコストが低く、プリント画像のカラー化が容易である等の点から広く普及されており、従来から高解像度かつ高画質なプリント画像を形成するための技術が開発されている。
【０００３】
例えば、プリントヘッドを記録媒体の全幅方向に往復移動しながら該プリントヘッドに形成された吐出部（ノズル）からインクを吐出してプリント画像を形成するシリアル型のプリントヘッドの場合には、いわゆるマルチパス方式が用いられている。このマルチパス方式とは、プリントヘッドを往復移動しながらインクを吐出してプリント画像を形成するときに、このプリント画像を構成する一つのラインに対して複数個の吐出部からインクを吐出する方式である。これにより、プリントヘッドの各吐出部から吐出されたインクの吐出量のばらつきを見え難くすることができる。
【０００４】
これに対し、多数個のヘッドチップが記録媒体の全幅に対応して配列されたライン型のプリントヘッドの場合には、このプリントヘッドに対して記録媒体をその長さ方向にのみ移動させてプリント画像を形成するようになっているため、前記マルチパス方式を適用することができず、いわゆるＰＮＭ（Pulse Number Modulation）方式が用いられている。ＰＮＭ方式とは、各吐出部から吐出されるインク液滴の数を増減することによりプリント画像を構成するドット（画素）の径の大きさを可変して階調を表現する方式である。このようなＰＮＭ方式を用いて高画質なプリント画像を形成するためには、各吐出部から吐出される各インク液滴の吐出量を安定化することが重要な課題となっており、それに関連する技術として、インクを連続吐出したときの各インク液滴量を一定にするものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３１５７９４５号明細書 （第３頁、第５，８図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載された技術は、１画素当りに複数の独立したインク液滴をインク液滴群として同一の吐出部から連続吐出するためのパルス信号のパルス間隔は、このパルス間隔を長くしていった場合に一滴当たりの吐出量が増大していく周波数帯域内において、前記インク液滴群の各インク液滴の量が単一のインク液滴を吐出したときのインク液滴の量と等しくなるパルス間隔としたものである。これにより、連続吐出されたインク液滴群の一滴当たりの吐出量が同一となるパルス間隔を駆動周波数に対するインク吐出量特性のグラフから選定し、この選定されたパルス間隔を利用して各インク液滴の量を一定にすることができるが、このパルス間隔は一意的に決められるものであった。したがって、任意にパルス間隔を設定することができず、上述したライン型のプリントヘッドに適用した場合には、吐出部の個数を増加するに伴って各吐出部に設けられた発熱素子に印加される電力が集中することがあった。この場合には、各発熱素子に電力を供給する電源の電圧が変動し、結果として画質の高いプリント画像を形成することができないことがあった。
【０００７】
また、特許文献１に記載された技術においては、各吐出部から吐出されるインク液滴群の各インク液滴の量が同一となるパルス間隔を前記インク吐出量特性のグラフから選定した場合においても、プリントヘッドの製造工程における個々の製品のばらつきや、あるいは使用時における温度変化などの影響により各インク液滴量が変動し易く、各吐出部から吐出されるインク液滴群の各インク液滴の吐出量を安定化することが困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、液体流路内の液体を吐出する液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を、パルス信号の広い周波数帯域に対して安定化することができる液体吐出方法及び液体吐出装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による液体吐出方法は、吐出対象物の全幅に対応してライン型に配列された液体吐出孔に対応して形成された液体流路内に液体を補充し、この液体流路内の液体に負圧を与えて該液体が液体吐出孔から自然漏出することを防止しておき、上記液体流路内に設けられた吐出エネルギー発生手段に連続的なパルス信号を供給して該液体流路内の液体を加熱して気泡を発生することで該液体を押し出すと共に、上記パルス信号の生成回数により液滴の数を増減することでドット径の大きさを可変して液体吐出孔から連続的な液滴群として吐出する液体吐出方法であって、上記吐出エネルギー発生手段に供給する連続的なパルス信号を、各吐出エネルギー発生手段に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各吐出エネルギー発生手段の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号により液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定して液体の吐出を行うものである。
【００１０】
このような方法により、上記吐出エネルギー発生手段に供給する連続的なパルス信号を、各吐出エネルギー発生手段に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各吐出エネルギー発生手段の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号により液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定して液体の吐出を行うことで、上記連続的に吐出された液滴群の各液滴の吐出量を安定化することができる。
【００１１】
また、本発明による液体吐出装置は、吐出対象物の全幅に対応してライン型に配列された液体吐出孔が形成されたノズル部材と、上記液体吐出孔に対応して形成された液体流路を構成する部材と、上記液体流路内に設けられ、該液体流路内の液体を加熱して気泡を発生することで該液体を押し出し液体吐出孔から液滴群として吐出させるエネルギーを発生する吐出エネルギー発生手段と、この吐出エネルギー発生手段に供給するための連続的なパルス信号を生成し該パルス信号の生成回数により液体吐出孔から吐出される液滴の数を増減することでドット径の大きさを可変するパルス信号生成手段と、上記液体流路内の液体に負圧を与えて該液体が液体吐出孔から自然漏出することを防止する負圧発生手段と、を備えた液体吐出装置であって、上記吐出エネルギー発生手段に供給する連続的なパルス信号を、各吐出エネルギー発生手段に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各吐出エネルギー発生手段の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号により液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定して液体の吐出を行うようにしたものである。
【００１２】
このような構成により、上記吐出エネルギー発生手段に供給する連続的なパルス信号を、各吐出エネルギー発生手段に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各吐出エネルギー発生手段の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、上記連続的なパルス信号により液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定して液体の吐出を行うようにしたことで、上記連続的に吐出された液滴群の各液滴の吐出量を安定化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による液体吐出方法の実施の形態を示す概要図である。この液体吐出方法は、液体流路内の液体を液体吐出孔から連続的な液滴群として吐出するもので、図１において、後述するノズル部材１９にはインクを吐出するノズル２０が形成され、該ノズル２０に対応して形成されたインク流路２１内には発熱素子１８が設けられている。このような状態で、上記発熱素子１８に連続的なパルス信号を供給してインク流路２１内のインクを加熱して気泡を発生することで該インクを押し出すと共に、上記パルス信号の生成回数によりインク液滴の数を増減することでドット径の大きさを可変してノズル２０から連続的なインク液滴群３０，３０，…として吐出する。
【００１４】
ここで、本発明による液体吐出方法おいては、発熱素子１８に供給する連続的なパルス信号を、各発熱素子１８に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各発熱素子１８の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号によりノズル２０から記録紙Ｐ上の一つの着弾点に向けて連続的に吐出されるインク液滴群３０，３０，…の各液滴の吐出量を、該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するものとし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定してインクの吐出を行う。
【００１５】
すなわち、上記流路２１内へのインクの補充は、上記パルス信号の所定の周波数帯域においてノズル２０から吐出されたインク液滴３０の吐出量と同量の液体を補充するものとする。また、上記インク流路２１内の液体に与える負圧は、上記パルス信号の所定の周波数帯域においてノズル２０内の液体の表面（メニスカス）が液体流路側に引き戻されない大きさとする。これを実現するための具体的構成は、後に詳細に説明する。
【００１６】
図２は本発明による液体吐出方法の実施に直接使用する装置としてのインクジェットプリンタの具体的な実施形態を示す一部破断斜視図である。このインクジェットプリンタは、液体のインクを粒子化して吐出部からインク液滴として吐出し、このインク液滴を記録紙（記録媒体）Ｐ上に付着させてプリント画像を形成するもので、筐体１内に、ペーパトレイ２と、給紙手段３と、紙送り手段４と、電気回路部５と、プリントヘッド６とを備えて成る。
【００１７】
この筐体１は、インクジェットプリンタの構成部品を収容している箱状体で、例えば直方体の形状を有し、一端面に後述するペーパトレイ２を装着するためのトレイ出入口１ａが設けられ、他端面には印刷された記録紙Ｐ′を排出するための排紙口１ｂが設けられている。この筐体１の内部にはペーパトレイ２が収納されている。このペーパトレイ２は、例えばＡ４サイズの記録紙Ｐを複数枚重ねて収容可能とされたもので、その先頭部側が記録紙Ｐを上方に持ち上げるようになっている。そして、このペーパトレイ２は、筐体１の一端面に設けられたトレイ出入口１ａから該筐体１内に装着できるようになっている。
【００１８】
また、筐体１内に収納されたペーパトレイ２の先頭部側の上方には給紙手段３が設けられている。この給紙手段３は、ペーパトレイ２に収容された記録紙Ｐを後述する紙送り手段４に供給するもので、給紙ローラ７と、給紙モータ８とを備えて成る。この給紙ローラ７は、例えば略半円筒形状に形成されており、ペーパトレイ２に収容された記録紙Ｐのうち一番上に重ねられた記録紙Ｐのみを紙送り手段４の方向に供給するようになっている。また、給紙モータ８は、図示省略のギアにより給紙ローラ７を回転させるもので、例えば給紙ローラ７の上方に配設されている。
【００１９】
また、この給紙手段３が記録紙Ｐを供給する方向にて後述するプリントヘッド６の下方には、紙送り手段４が設けられている。この紙送り手段４は、給紙手段３から供給された記録紙Ｐを筐体２の他端面に設けられた排紙口１ｂ側に向けて搬送するもので、第１の紙送りローラ９と、紙送りガイド１０と、第２の紙送りローラ１１とを備えて成る。第１の紙送りローラ９は、給紙手段３から供給された記録紙Ｐを後述する紙送りガイド１０側に搬送するもので、互いに接触した上下一対のローラ部材の間に記録紙Ｐを挟んで回転するようになっている。また、紙送りガイド１０は、第１の紙送りローラ９から搬送された記録紙Ｐを後述する第２の紙送りローラ１１側に案内するもので、平板状に形成され、後述するプリントヘッド６の下方にて所定の間隔をあけて配設されている。さらに、第２の紙送りローラ１１は、紙送りガイド１０により案内された記録紙Ｐを筐体２の他端面に設けられた排紙口１ｂ側に搬送するもので、互いに接触した上下一対のローラ部材の間に記録紙Ｐを挟んで回転するようになっている。
【００２０】
さらに、前記ペーパトレイ２の上方には電気回路部５が配設されている。この電気回路部５は、前記給紙手段３及び紙送り手段４の動作を制御すると共に、後述するプリントヘッド６に配列された吐出部（図示せず）からインクを吐出するためのパルス信号を生成するパルス信号生成手段を構成するもので、例えば、連続的なパルス信号を生成するための電源、ＣＰＵなどの演算装置、又は各種補正データなどを格納するメモリなどを備えている。
【００２１】
そして、前記紙送り手段４の上方にはプリントヘッド６が設けられている。このプリントヘッド６は、液体のインクを微細に粒子化して吐出し、記録紙Ｐ上にインクの液滴を吹付けてプリント画像を形成するもので、インク液滴数によりプリント画像を構成するドット（画素）の径の大きさを可変して階調を表現するＰＮＭ方式の変調機能を有し、例えばイエローＹ，マゼンタＭ，シアンＣ，ブラックＫの４色のインクを収容するようになっており、このＹＭＣＫの４色のインクを吐出するラインヘッド（図３参照）を各色毎に備えている。なお、以下の説明において、プリントヘッド６は、インクを吐出する吐出部（図示せず）を有するヘッドチップが記録紙Ｐの全幅に対応して配列されたライン型のものとして説明する。
【００２２】
図３は、図２に示すプリントヘッド６に備えられた１色分のラインヘッド１２の構造を示す説明図である。このラインヘッド１２は、各色のインクを微細に粒子化して吐出させるもので、インク液滴を吐出する吐出部（ノズル）が下方を向くようにして配設されており、図３（ａ）に示すように、図２に示す記録紙Ｐの全幅に対応した長さを有する外筐１３に覆われ、例えばその下部に電気配線１４が設けられている。この電気配線１４は、図２に示す電気回路部５に接続され、この電気回路部５で生成される連続的なパルス信号を入力し、後述するヘッドチップ１７に該パルス信号を供給するようになっている。また、図３（ｂ）に示すように、ラインヘッド１２の底面には、ライン状のヘッドフレーム１５が設けられており、このヘッドフレーム１５の長手方向に延びて形成されたスリット状のインク供給孔１６の左右両側に複数個のヘッドチップ１７，１７，…が左右交互に配設されている。この各ヘッドチップ１７の底面には、後述するノズル２０からインクを吐出させるためのエネルギーを発生する発熱素子１８が多数個配列されている。
【００２３】
また、ラインヘッド１２の底面にて左右交互に配列されたヘッドチップ１７，１７，…の底面にはシート状のノズル部材１９が設けられている。このノズル部材１９は、液体のインクを吐出するノズル２０が形成されるもので、例えばニッケルの電鋳により形成され、インクによる腐食を防止するためにパラジウム又は金などで耐蝕めっきが施されている。このノズル部材１９には、その長手方向に沿って多数個のノズル２０が形成されている。このノズル２０は、液体のインクを吐出する液体吐出孔となるもので、ラインヘッド１２の底面にて左右交互に配列された各ヘッドチップ１７に設けられた多数個の発熱素子１８と一対一で対応する位置に形成されている。ここで、ノズル２０は、図２に示す記録紙Ｐ′上に形成されるプリント画像の印画解像度が例えば６００dpiとなるように配列されているとする。
【００２４】
このようなラインヘッド１２の断面構造について、図４〜図６を参照して説明する。図４は図３（ｂ）のＡ−Ａ線断面図であり、図５は図３（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。図４又は図５に示すように、シート状のノズル部材１９に形成されたノズル２０（図３（ｂ）参照）に対応する位置にはインク流路２１が形成されている。このインク流路２１は、ヘッドチップ１７とノズル部材１９との間に形成されたインク液室２２にインク供給孔１６（図３（ｂ）参照）内のインクを供給するもので、後述するバリア層２６によって構成されている。また、図４に示すように、外筐１３（図３（ａ）参照）とインクが収容された袋部材２４との間には、ばね部材２３が設けられている。このばね部材２３は、インク流路２１内に補充されたインクに負圧を与えて該インクがノズル２０から自然漏出することを防止する負圧発生手段となるもので、袋部材２４を外側に広げるようになっている。このばね部材２３は、袋部材２４を外側に広げる力の強弱によってインク流路２１内のインクに与える負圧を自由に設定できるようになっている。
【００２５】
なお、図４又は図５において、符号２５は、袋部材２４の中に収容されたインクに混入したごみやインク成分の凝集物を濾過するフィルタで、インク供給孔１６を覆うように貼り付けられている。このフィルタ２５により、インクに混入したごみ等がインク供給孔１６側に落ちないようになり、ノズル２０の目詰まりを防止することができる。
【００２６】
図６は、図４に示すラインヘッド１２の要部拡大図である。左右のヘッドチップ１７の底面には、上述したように、発熱素子１８（図３（ｂ）参照）が形成されている。この発熱素子１８は、インク流路２１内に補充されたインクをノズル２０からインク液滴群として吐出させるエネルギーを発生する吐出エネルギー発生手段となるもので、シリコンから成るヘッドチップ１７の底面側に半導体プロセスを施して形成されており、インク流路２１内にてノズル２０に対向する位置に配置されるように設けられている。
【００２７】
また、ヘッドチップ１７とノズル部材１９との間には、所定の厚みＨを有するバリア層２６が設けられている。このバリア層２６は、上記ノズル２０に対応して形成されたインク流路２１を構成する部材となるもので、図７に示すように、ドライフィルムレジスト等の露光硬化性の樹脂により櫛型に形成され、その櫛歯２６ａ，２６ａ，…の間に発熱素子１８が配置されるようになっている。そして、このバリア層２６の厚みHがインク流路２１の高さＨ（図６参照）となる。そして、上述したように、ノズル部材１９に形成されたノズル２０が６００dpiとなるように配列される場合には、櫛型に形成されたバリア層２６の櫛歯２６ａ，２６ａ，…は、約４２．３μmの間隔で形成される。なお、図７に示すように、櫛型に形成されたバリア層２６の櫛歯２６ａの先端部側がインク流路２１内にインクを補充する開口部となる。
【００２８】
そして、図６に示すように、電気回路部５（図２参照）でパルス信号を生成することにより、ヘッドチップ１７の底面に形成された発熱素子１８が発熱し、インク流路２１内に補充されたインクが加熱されて気泡を発生することで該気泡と同等の体積のインクが押し出され、ノズル２０からインク液滴３０が吐出される。そして、矢印Ｊに示すように、インク供給孔１６からインク流路２１内にインクが補充されて発熱素子１８は冷却され、気泡は冷却により消失する。
【００２９】
また、電気回路部５（図２参照）で連続的なパルス信号を生成し、これを発熱素子１８（図６参照）に供給することにより、図１（ａ）に示すように、インク流路２１内のインクがノズル２０から記録紙Ｐ上の一つのドットＤに向けて連続したインク液滴群３０，３０，…として吐出される。この記録紙Ｐ上に吐出されたインク液滴群３０，３０，…は、図１（ｂ）に示すように、矢印Ｓの方向に拡がって一つのドットＤを形成する。このとき、パルス信号の生成回数を増減してノズル２０から吐出されるインク液滴３０の数を増減することによって、記録紙Ｐ上に付着したドットＤの径の大きさを可変し、階調を表現することができる。
【００３０】
ここで、本発明による液体吐出装置おいては、図１に示すように、発熱素子１８に供給する連続的なパルス信号を、各発熱素子１８に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各発熱素子１８の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号によりノズル２０から記録紙Ｐ上の一つの着弾点に向けて連続的に吐出されるインク液滴群３０，３０，…の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定してインクの吐出を行うようにした。
【００３１】
具体的には、図６に示すインク流路２１は、該インク流路２１内にインクを補充する側の開口部を、上記パルス信号の所定の周波数帯域においてノズル２０から吐出されたインク液滴群３０，３０，…の吐出量と同量のインクを補充可能な高さに形成する。例えば、インク流路２１の高さ、すなわち上記バリア層２６の高さＨを１１μmに形成する。
【００３２】
ここで、上記インク流路２１の高さＨを１１μmに形成した理由について、図８及び図９を参照して説明する。図８は、図６に示すインク流路２１の高さＨが１１μmに形成された場合において、パルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。また、図９は、インク流路２１の高さＨが７μmに形成された場合において、パルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。図８及び図９において、図４に示すばね部材２３の負圧が−１５０mmH2Oのときのインク吐出量特性を丸印（○）で示し、ばね部材２３の負圧が−６０mmH2Oのときのインク吐出量特性を四角印（□）で示し、ばね部材２３の負圧が−３０mmH2Oのときのインク吐出量特性を三角印（△）で示す。
【００３３】
図８に示すように、インク流路２１（図６参照）の高さＨを１１μmに形成した場合には、パルス信号の駆動周波数が約１KHz〜１０KHzの広い周波数帯域に対し、ノズル２０から吐出されるインク液滴の吐出量を一定又はそれに近似することができる。これに対し、図９に示すように、インク流路２１の高さＨを７μmに形成した場合には、パルス信号の駆動周波数が例えば５KHzよりも高周波になるにしたがって、インク吐出量が減少する傾向にある。これは、図６に示すインク流路２１の高さＨが７μmと低い場合には、パルス信号の駆動周波数が高周波のときにおいて、ノズル２０から吐出されたインク液滴の吐出量と同量の液体がインク流路２１内に再び補充され難くなるためである。この場合には、インク流路２１内に再び補充されるインクの量が少なくなるため、パルス信号の駆動周波数が５KHzよりも低周波のときと比べてインク吐出量が減少する。したがって、上記インク流路２１の高さＨを高く、例えば１１μmに形成するのが望ましい。
【００３４】
また、図４に示すばね部材２３は、インク流路２１内のインクに与える負圧を、上記パルス信号の所定の周波数帯域においてノズル２０内のインクの表面がインク流路２１側に引き戻されない大きさに設定されている。例えば、ばね部材２３の負圧を−３０mmH2Oに設定する。
【００３５】
ここで、上記ばね部材２３の負圧を−３０mmH2Oに設定した理由について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、図４に示すばね部材２３の負圧を−３０mmH2Oに設定した場合において、パルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。また、図１１は、ばね部材２３の負圧を−１５０mmH2Oに設定した場合において、パルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。図１０及び図１１において、図６に示すインク流路２１の高さＨを７μmに形成したときのインク吐出量特性を三角印（△）で示し、インク流路２１の高さＨを１１μmに形成したときのインク吐出量特性を四角印（□）で示す。
【００３６】
図１０に示すように、ばね部材２３（図４参照）の負圧を−３０mmH2Oに設定し、またインク流路２１の高さＨを１１μmに形成した場合には、パルス信号の駆動周波数が約１KHz〜１０KHzの広い周波数帯域に対し、ノズル２０から吐出されるインク液滴の吐出量を一定又はそれに近似することができる。これに対し、図１１に示すように、ばね部材２３（図４参照）の負圧を−１５０mmH2Oに設定した場合には、インク流路２１の高さＨを７μm、あるいは１１μmのいずれの高さに形成した場合にも、パルス信号の駆動周波数が例えば５KHzよりも低周波になるにしたがって、インク吐出量が減少する傾向にある。これは、図４に示すばね部材２３の負圧が−１５０mmH2Oと高い場合には、パルス信号の駆動周波数が低周波のときにおいて、ノズル２０内のインクの表面がインク流路２１側に引き戻され易くなるためである。この場合には、インク流路２１内に再び補充されるインクの量が少なくなるため、パルス信号の駆動周波数が５KHzよりも高周波のときと比べてインク吐出量が減少する。したがって、ばね部材２３の負圧を低く、例えば−３０mmH2Oに設定するのが望ましい。
【００３７】
なお、以上の説明において、インク流路２１の高さＨを１１μmに形成し、またばね部材２３の負圧は−３０mmH2Oに設定されたものとして説明したが、本発明はこれに限られず、インク流路２１の高さＨは、上記パルス信号の所定の周波数帯域（高周波側）においてノズル２０から吐出されたインク液滴群３０，３０，…の吐出量と同量のインクを補充可能にできる高さであればよい。具体的には、図７に示すインク流路２１の幅となる櫛型のバリア層２６に形成された櫛歯２６ａの間隔との関係、すなわち流路抵抗によって決定される。したがって、印画解像度を上げるために、バリア層２６の櫛歯２６ａの間隔がさらに狭く形成された場合には、流路抵抗が増加しないような流路形状にする必要がある。一つの方法として、インク流路２１の高さＨを高くすればよい。また、ばね部材２３の負圧は−３０mmH2Oに限られず、上記パルス信号の所定の周波数帯域（低周波側）においてノズル２０内のインクの表面（メニスカス）がインク流路２１側に引き戻されない大きさに設定されていればよい。
【００３８】
次に、このように構成された液体吐出装置としてのインクジェットプリンタの動作について説明する。まず、図２において、ペーパトレイ２に収容された記録紙Ｐが給紙手段３により紙送り手段４の方向に供給され、プリントヘッド６の下方を通過する。このとき、プリントヘッド６がＹＭＣＫの４色のインクを吐出部（図３（ｂ）参照）からインク液滴として吐出し、記録紙Ｐ上にプリント画像を形成する。この印刷された記録紙Ｐ′は筐体２の他端面に設けられた排紙口１ｂから排出される。
【００３９】
ここで、上記プリントヘッド６の動作について説明する。まず、図６に示すように、ノズル２０に対応して形成されたインク流路２１内にインクが補充され、連続的なパルス信号を電気回路部５（図２参照）で生成して上記インク流路２１内に設けられた発熱素子１８に供給し、該発熱素子１８を繰り返し発熱させる。これにより、図１に示すように、上記インク流路２１内のインクがノズル２０からインク液滴群３０，３０，…として吐出される。
【００４０】
上述したように、上記インク流路２１の高さＨは例えば１１μmに形成されている。これにより、インク流路２１には、矢印Ｊに示すように、連続的なパルス信号の所定の周波数帯域（高周波側）において上記ノズル２０から吐出されたインク液滴の吐出量と同量の液体が再び補充される。また、上記ばね部材２３の負圧は例えば−３０mmH2Oに設定されている。これにより、ばね部材２３がインク流路２１内のインクに与える負圧によって、連続的なパルス信号の所定の周波数帯域（低周波側）において上記ノズル２０内の液体の表面がインク流路２１側に引き戻されないようにすることができる。
【００４１】
したがって、上記連続的なパルス信号によりノズル２０から一つのドットＤに向けて連続的に吐出されるインク液滴群３０，３０，…の各インク液滴の吐出量を、パルス信号の広い周波数帯域に対して一定又はそれに近似するように定量化することができる。具体的には、図８の三角印（△）に示すように、パルス信号の所定の周波数帯域（例えば、約１KHz〜１０KHz）に対して、各インク液滴３０の吐出量を一定又はそれに近似するように（例えば、５〜４.８ピコリットル）、安定化することができる。そして、その広い周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を可変して液体の吐出を行うことができる。このことから、連続的なパルス信号の駆動周波数を任意に設定することができ、ノズル２０に設けられた発熱素子１８（図３（ｂ）参照）に供給するためのパルス信号を異なる駆動周波数で分散して、プリント画像を形成することができる。この場合には、各発熱素子１８に電力を供給する電源の電圧が変動せず、各ノズル２０から吐出されるインク液滴の吐出量を安定化することができ、良好な階調記録を行って高画質なプリント画像を形成することができる。
【００４２】
また、連続的なパルス信号の駆動周波数を任意に設定することができるため、プリントヘッドの製造工程における個々の製品のばらつきや、あるいは使用時における温度変化などの影響を受けず、各ノズル２０から吐出されるインク液滴の吐出量を安定化することができ、良好な階調記録を行って高画質なプリント画像を形成することができる。
【００４３】
なお、以上の説明においては、インクジェットプリンタに適用された例について述べたが、本発明はこれに限らず、液体流路内の液体を液体吐出孔から液滴群として吐出するものであればどのようなものでもよい。例えば、記録方式がインクジェット方式のファクシミリ装置や複写機等の画像形成装置についても適用可能である。また、生体試料を検出するためのＤＮＡ含有溶液を吐出するための装置に適用することも可能である。
【００４５】
さらにまた、ばね部材２３がインク流路２１内のインクに負圧を与える負圧発生手段となるものとして説明したが、本発明はこれに限られず、液体流路内の液体が液体吐出孔から自然漏出することを防止するものであればどのようなものでもよく、例えばインクを収容する袋部材２４やインク供給孔１６の配置位置によるものでもよい。そして、発熱素子１８がインク液滴を吐出部から吐出させる吐出エネルギー発生手段となるものとして説明したが、本発明はこれに限られず、吐出エネルギー発生手段は、液体流路内の液体を例えば電気機械変換式などで微細に粒子化して吐出するものでもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されたので、請求項１に係る液体吐出方法によれば、吐出対象物の全幅に対応してライン型に配列された液体吐出孔に対応して形成された液体流路内に液体を補充し、上記液体流路内に設けられた吐出エネルギー発生手段に連続的なパルス信号を供給して該液体流路内の液体を加熱して気泡を発生することで該液体を押し出すと共に、上記パルス信号の生成回数により液滴の数を増減することでドット径の大きさを可変して液体吐出孔から連続的な液滴群として吐出するものにおいて、吐出エネルギー発生手段に供給する連続的なパルス信号を、各吐出エネルギー発生手段に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各吐出エネルギー発生手段の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号により液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定して液体の吐出を行うことで、上記連続的に吐出された液滴群の各液滴の吐出量を安定化することができる。この場合には、各吐出エネルギー発生手段に電力を供給する電源の電圧が変動せず、各液体吐出孔から吐出される液滴の吐出量を安定化して、例えば記録紙に良好な階調記録を行って高画質なプリント画像を形成することができる。また、プリントヘッドの製造工程における個々の製品のばらつきや、あるいは使用時における温度変化などの影響を受けず、連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を定量化することができ、良好な階調記録を行って高画質なプリント画像を形成することができる。
【００５０】
また、請求項２に係る液体吐出装置によれば、吐出対象物の全幅に対応してライン型に配列された液体吐出孔に対応して形成された液体流路内に液体を補充し、上記液体流路内に設けられた吐出エネルギー発生手段に連続的なパルス信号を供給して該液体流路内の液体を加熱して気泡を発生することで該液体を押し出すと共に、上記パルス信号の生成回数により液滴の数を増減することでドット径の大きさを可変して液体吐出孔から連続的な液滴群として吐出するものにおいて、吐出エネルギー発生手段に供給する連続的なパルス信号を、各吐出エネルギー発生手段に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各吐出エネルギー発生手段の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号により液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定して液体の吐出を行うようにしたことで、上記連続的に吐出された液滴群の各液滴の吐出量を安定化することができる。この場合には、各吐出エネルギー発生手段に電力を供給する電源の電圧が変動せず、各液体吐出孔から吐出される液滴の吐出量を安定化して、例えば記録紙に良好な階調記録を行って高画質なプリント画像を形成することができる。また、プリントヘッドの製造工程における個々の製品のばらつきや、あるいは使用時における温度変化などの影響を受けず、連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を定量化することができ、良好な階調記録を行って高画質なプリント画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による液体吐出方法の実施の形態を示す概要図で、インク流路内のインクを吐出部からインク液滴群として吐出する状態を示す。
【図２】 本発明による液体吐出方法の実施に直接使用する装置としてのインクジェットプリンタの具体的な実施形態を示す一部破断斜視図である。
【図３】 図２に示すプリントヘッドに備えられた１色分のラインヘッドの構造を示す説明図で、（ａ）が平面図、（ｂ）が底面図である。
【図４】 図３（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】 図３（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】 図４に示すラインヘッドの要部拡大図である。
【図７】 図６に示す吐出部に対応して形成されたインク流路の構造を示す分解斜視図である。
【図８】 図６に示すインク流路の高さを１１μmに形成したときにおけるパルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。
【図９】 図６に示すインク流路の高さを７μmに形成したときにおけるパルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。
【図１０】 図４に示すばね部材の負圧を−３０mmH2Oに設定したときにおけるパルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。
【図１１】 図４に示すばね部材の負圧を−１５０mmH2Oに設定したときにおけるパルス信号の駆動周波数とインク吐出量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…筐体
２…ペーパトレイ
３…給紙手段
４…紙送り手段
５…電気回路部
６…プリントヘッド
１２…ラインヘッド
１３…外筐
１４…電気配線
１５…ヘッドフレーム
１６…インク供給孔
１７…ヘッドチップ
１８…発熱素子
１９…ノズル部材
２０…ノズル
２１…インク流路
２２…インク液室
２３…ばね部材
２４…袋部材
２６…バリア層
３０…インク液滴
Claims (2)
- 吐出対象物の全幅に対応してライン型に配列された液体吐出孔に対応して形成された液体流路内に液体を補充し、
この液体流路内の液体に負圧を与えて該液体が液体吐出孔から自然漏出することを防止しておき、
上記液体流路内に設けられた吐出エネルギー発生手段に連続的なパルス信号を供給して該液体流路内の液体を加熱して気泡を発生することで該液体を押し出すと共に、上記パルス信号の生成回数により液滴の数を増減することでドット径の大きさを可変して液体吐出孔から連続的な液滴群として吐出する液体吐出方法であって、
上記吐出エネルギー発生手段に供給する連続的なパルス信号を、各吐出エネルギー発生手段に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各吐出エネルギー発生手段の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号により液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定して液体の吐出を行うことを特徴とする液体吐出方法。 - 吐出対象物の全幅に対応してライン型に配列された液体吐出孔が形成されたノズル部材と、
上記液体吐出孔に対応して形成された液体流路を構成する部材と、
上記液体流路内に設けられ、該液体流路内の液体を加熱して気泡を発生することで該液体を押し出し液体吐出孔から液滴群として吐出させるエネルギーを発生する吐出エネルギー発生手段と、
この吐出エネルギー発生手段に供給するための連続的なパルス信号を生成し該パルス信号の生成回数により液体吐出孔から吐出される液滴の数を増減することでドット径の大きさを可変するパルス信号生成手段と、
上記液体流路内の液体に負圧を与えて該液体が液体吐出孔から自然漏出することを防止する負圧発生手段と、
を備えた液体吐出装置であって、
上記吐出エネルギー発生手段に供給する連続的なパルス信号を、各吐出エネルギー発生手段に対応させて異なる駆動周波数で分散すると共に、該各吐出エネルギー発生手段の製品ばらつき又は使用時の温度変化に応じて設定し、この連続的なパルス信号により液体吐出孔から一つの着弾点に向けて連続的に吐出される液滴群の各液滴の吐出量を該パルス信号の１KHz〜１０KHzの帯域に対して一定又はそれに近似するようにし、その周波数帯域内でパルス信号の駆動周波数を任意に設定して液体の吐出を行うようにしたことを特徴とする液体吐出装置。
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