JP6740041B2 - 液体吐出方法、液体吐出装置、および液体吐出ヘッド - Google Patents
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Description
図1から図18は、本発明の第1の実施形態の説明図である。図1は、本実施形態におけるインクジェット記録装置(液体吐出装置)1000の概略構成の説明図である。
図2は、第1の循環経路の模式図であり、吐出ヘッド3には、高圧側の第1循環ポンプ1001、低圧側の第1循環ポンプ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。図2では、説明を簡略化するために、1色のインクに対応する循環経路のみを示す。実際には、C,M,Y,Kの4色分のインクの循環経路が吐出ヘッド3に接続される。サブタンクとしてのバッファタンク1003は、その内部と外部とを連通する大気連通口(不図示)を通して、インク中の気泡を外部に排出可能である。バッファタンク1003は、補充ポンプ1005を介してメインタンク1006に接続される。補充ポンプ1005は、吐出ヘッド3によって消費されたインクをメインタンク1006からバッファタンク1003へ移送する。吐出ヘッド3は、吐出口からインクを吐出する記録動作、および吐出口からインクを吸引排出する吸引回復処理などによって、インクを消費する。
図3は、第1の循環経路とは異なる形態の第2の循環経路の模式図である。第2の循環経路において、負圧制御ユニット230を構成する2つの圧力調整機構230A,230Bは、それら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に制御する。そのため、これらの機構230A,230Bとして、いわゆる「背圧レギュレーター」と同様の構成を採用することができる。また、第2循環ポンプ1004は、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。また、高圧側の第1循環ポンプ1001および低圧側の第1循環ポンプ(低圧側)が吐出ヘッド3の上流側に配置され、負圧制御ユニット230が吐出ヘッド3の下流側に配置されている。
第2の循環経路では、吐出ユニット300内に第1の循環経路と同様のインク流れが生じる。しかし、第2の循環経路においては、第1の循環経路とは異なる2つの利点がある。
図4(a),(b)は、本実施形態における吐出ヘッド3の斜視図である。1つの素子基板10には、C,M,Y,Kの4色のインクを吐出可能な複数の吐出口が配列されており、この素子基板10が直線上に15個配列(インラインに配置)されることによって、ライン型の吐出ヘッド3が構成されている。図4(a)のように、素子基板10のそれぞれには、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、信号入力端子91および電力供給端子92が電気的に接続される。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ており、吐出駆動信号およびインクの吐出に必要な電力を素子基板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により、信号入力端子91および電力供給端子92の数を素子基板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に対して吐出ヘッド3を組み付ける時、または吐出ヘッド3の交換時に、取り外しが必要な電気接続部の数が少なくて済む。図4(b)のように、吐出ヘッド3の両端部に設けられた接続部111(接続部111A,111B,111Cを含む)は、図2または図3のように、記録装置1000のインク供給系に接続される。前述したように、C,M,Y,Kの4色のインクが記録装置1000から吐出ヘッド3に供給され、吐出ヘッド3内を通ったインクが記録装置1000へ回収される。このように各色のインクは、記録装置1000の経路と吐出ヘッド3の経路を通して循環される。
図9(a)は、1つの吐出モジュール200の斜視図、図9(b)は、その分解図である。吐出モジュール200の製造に際しては、まず、液体連通口31が予め設けられた支持部材30上に、後述する素子基板10およびフレキシブル配線基板40を接着する。その後、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的に接続してから、ワイヤーボンディング部(電気接続部)を封止材110により覆って封止する。フレキシブル配線基板40において、端子41の反対側の端子42は、電気配線基板90の接続端子93(図5参照)と電気的に接続される。支持部材30は、素子基板10を支持する支持体であると共に、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もあるため、平面度が高く、また十分に高い信頼性をもって素子基板10と接合できる部材であることが好ましい。その材質としては、例えばアルミナや樹脂材料が好ましい。
図10は、素子基板10を吐出口13側から見た平面図、図11(a)は、図10のXa部分の拡大図、図11(b)は、素子基板10を吐出口13とは反対側から見た図である。図10のように、素子基板10の吐出口形成部材12には複数の吐出口13が形成されており、それらの吐出口13によって、インク色毎に対応する4つ吐出口列Lが形成される。以降、複数の吐出口13が配列される吐出口列Lの延在方向を「吐出口列方向」ともいう。
図13は、素子基板10の隣接部分の拡大平面図である。本実施形態における素子基板10は、図10のように略平行四辺形であり、図13のように、吐出口列14(14a,14b,14c,14d)が記録媒体の搬送方向に対して一定角度で傾くように配置される。これにより、素子基板10同士の隣接部における吐出列は、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。図13においては、E線上の2つの吐出口13が互いにオーバーラップする。このような配置によって、仮に、素子基板10の位置が所定位置から多少ずれた場合でも、互いにオーバーラップする吐出口13の駆動制御によって、記録画像における黒スジおよび白抜けを目立たなくすることができる。図13のような構成により、複数の素子基板10を千鳥配置せずに、直線上(インライン)に配置した場合にも、記録媒体の搬送方向における吐出ヘッド3の長さの増大を抑えることができる。さらに、素子基板10同士のつなぎ部に対応する記録画像の部分における黒スジおよび白抜けの発生を抑制することができる。なお、素子基板10の平面形状は、略平行四辺形のみに限定されず、例えば、長方形、台形、その他の形状であってもよい。
図14(a)は、図12のXIVa部分の平面図、図14(b)は、図14(a)のXIVb−XIVb線に沿う断面図である。供給口17(a)から供給されたインクは、流路壁22同士の間に位置する圧力室23内に流入する。そのインクを発熱素子15により加熱して、圧力室23内にて発泡させることにより、その発泡エネルギーを利用して吐出口13からインクを吐出させることができる。吐出口13から吐出されなかったインクは、前述したように回収口17bへ流出する。
前述した第1の実施形態においては、図21(a)のように、インク滴の1回の吐出について発熱素子15の加熱は1回であり、駆動パルス(パルス幅:t0)は1つであった。この駆動パルスは、複数に分割してもよい。
図22および図23は、本発明の第3の実施形態の説明図である。図22(a)から(c)のそれぞれにおいて、左側は圧力室23の断面図であり、右側は圧力室23の平面図である。それらの平面図においては、煩雑さを避けるために吐出口13の図示を省略する。
図24は、本発明の第4の実施形態の説明図である。図24(a),(b)のそれぞれにおいて、左側は圧力室23の断面図であり、右側は圧力室23の平面図である。それらの平面図においては、煩雑さを避けるために吐出口13の図示を省略する。
図25は、図1のライン型のインクジェット記録装置(液体吐出装置)1000における制御系の構成例を説明するためのブロック図である。CPU120は、本記録装置の動作の制御処理やデータ処理等を実行する。ROM101は、それらの処理手順等のプログラムが格納され、またRAM102は、それらの処理を実行するためのワークエリアなどとして用いられる。インクジェット記録ヘッド(液体吐出ヘッド)1には、前述したように、インク(液体)を吐出可能な複数の吐出口が形成されている。CPU120は、ヘッドドライバ3Aを介して、前述したように発熱素子15を駆動することより、吐出ヘッド3の吐出口からインクを吐出させる。CPU120は、加熱面を形成する発熱素子15を前述した条件で駆動制御する制御部として機能する。
本発明は、インクジェット記録方法、インクジェット記録装置、およびインクジェット記録ヘッドのみに特定されず、種々の液体を吐出するための液体吐出方法、液体吐出装置、および液体吐出ヘッドとして広く適用することができる。例えば、本発明は、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。また、バイオチップ作製や電子回路印刷などの用途としても用いることができる。
11 基板
13 吐出口
15 発熱素子
24 気泡
27 残留液体
3 液体吐出ヘッド
Claims (13)
- 液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を8×108W/m2以上の熱流束で加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることを特徴とする液体吐出方法。 - 液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を0.5マイクロ秒以下の時間加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させ、前記吐出口から液体を吐出させる過程において、前記加熱面の中央部に前記吐出口から吐出される液体の一部を残留させ、かつ前記中央部の外側に位置する前記加熱面の周部を外気に曝すことを特徴とする液体吐出方法。 - 液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を0.5マイクロ秒以下の時間加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させ、前記吐出口から液体を吐出させるための前記加熱面による液体の加熱を複数回に分け、前記複数回の加熱の時間の合計が0.5マイクロ秒以下であることを特徴とする液体吐出方法。 - 液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を0.5マイクロ秒以下の時間加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させ、前記加熱面が設けられる基板と、前記吐出口の外側開口部と、の間の距離が15μm未満であることを特徴とする液体吐出方法。 - 液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出方法であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を0.5マイクロ秒以下の時間加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させ、前記吐出口の直径が前記加熱面の長辺よりも長いことを特徴とする液体吐出方法。 - 前記吐出口から液体を吐出させた後に、前記加熱面の前記中央部に残留する液体と、前記加熱面の前記周部から前記中央部に向かって充填される液体と、を前記加熱面の上において合流させることを特徴とする請求項2に記載の液体吐出方法。
- 前記加熱面の平面形状がアスペクト比が1.5以下の長方形であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の液体吐出方法。
- 液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出装置であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を0.5マイクロ秒以下の時間加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させる制御部を備え、
前記吐出口から液体を吐出させる過程において、前記加熱面の中央部に前記吐出口から吐出される液体の一部を残留させ、かつ前記中央部の外側に位置する前記加熱面の周部を外気に曝すことを特徴とする液体吐出装置。 - 液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面により液体を加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させることにより、前記吐出口から液体を吐出させる液体吐出装置であって、
前記吐出口から液体を吐出させるために、前記加熱面によって液体を8×108W/m2以上の熱流束で加熱して、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡を発生させる制御部を備えることを特徴とする液体吐出装置。 - 液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備え、前記加熱面によって液体が0.5マイクロ秒以下の時間加熱されて、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡が発生されることにより、前記吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記加熱面の平面形状がアスペクト比が1.5以下の長方形であり、
前記加熱面が設けられる基板と、前記吐出口の外側開口部と、の間の距離が15μm未満であり、
前記吐出口の直径が前記加熱面の長辺よりも長いことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 液体を加熱する加熱面と、前記加熱面に対応する吐出口と、を備え、前記加熱面によって液体が8×108W/m2以上の熱流束で加熱されて、前記加熱面の少なくとも一部が前記吐出口を通して大気に曝されるように、前記吐出口を通して大気に連通する気泡が発生されことにより、前記吐出口から液体を吐出する液体吐出ヘッドであって、
前記加熱面の平面形状がアスペクト比が1.5以下の長方形であり、
前記加熱面が設けられる基板と、前記吐出口の外側開口部と、の間の距離が15μm未満であり、
前記吐出口の直径が前記加熱面の長辺よりも長いことを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記加熱面は、電気熱変換素子によって形成されることを特徴とする請求項10または11に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記電気熱変換素子を内部に備える圧力室を備え、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請求項12に記載の液体吐出ヘッド。
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