JP6961379B2 - 液体吐出装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体吐出装置に関し、詳しくは、液体吐出ヘッドの温度制御に関するものである。

インクジェット記録装置に代表される液体吐出装置で使用される記録ヘッドなどの液体吐出ヘッドにおけるインクなど液体の温度制御の一形態として、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１には、吐出口ごとの記録データに応じて、吐出が行われる吐出口と吐出が行われない吐出口とに対応するインクを加熱制御することが記載されている。

特開２００７−２１９４４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される温度制御は、その制御による目標とする温度が、通常、環境温度より高く設定されるものである。このため、その温度制御によって吐出を行わない吐出口のインクも加熱されることになり、揮発性成分などのインク成分の蒸発が促される。その結果、インクの色材濃度や粘度が増し、記録する画像の色ムラや、インクの吐出速度変化による着弾精度低下が生じ、記録画像の品位を低下させる場合がある。特に、配列する吐出口が多い、いわゆるフルラインタイプの液体吐出ヘッドにおいてこの問題が顕著になる。

本発明の目的は、液体吐出ヘッドの温度を加熱制御する構成において、吐出口からの揮発性成分の蒸発を抑制しつつ配列する複数の吐出口について温度分布の偏りを抑制することを可能とする液体吐出装置を提供することである。

上記課題を解決するために本発明は、液体を吐出するための複数の吐出口と、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複数の圧力発生素子と、前記複数の吐出口に連通する複数の圧力室と、を備える液体吐出ヘッドを用いて記録を行う液体吐出装置であって、前記圧力室の内部の液体は、前記圧力室の外部の経路に流出し、再び前記圧力室の内部に流入するように前記圧力室の内部と外部との間で循環しており、複数の吐出口が配設される領域に対応する前記液体吐出ヘッドの領域を分割して得られる複数の分割領域に配設された加熱素子を加熱することによって当該液体吐出ヘッドの温度を制御する制御手段であって、前記複数の分割領域の夫々には、前記加熱素子を駆動するためのドライバが設けられており、前記分割領域の吐出口に対応する記録データが有るときは当該分割領域の前記加熱素子を加熱させ、記録データが無いときは当該分割領域の前記加熱素子を加熱しない制御手段を具えたことを特徴とする。

本発明によれば、液体吐出ヘッドの温度を加熱制御する構成において、吐出口からの揮発性成分の蒸発を抑制しつつ配列する複数の吐出口について温度分布の偏りを抑制することが可能となる。

本発明の一実施形に係る液体吐出装置を示す斜視図である。 図１に示した記録ヘッドの制御構成を示すブロック図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板を示す図である。 液体吐出ヘッドの温度制御による加熱によって圧力室内のインク中に含まれる不揮発性成分濃度が時間的に変化する様子を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る温度制御を伴う記録動作を示すフローチャートである。 （ａ）および（ｂ）は、図５に示す温度制御における、記録データに応じた、吐出口範囲における加熱範囲を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る温度制御を伴う記録動作を示すフローチャートである。 （ａ）および（ｂ）は、図７に示す温度制御における、記録データに応じた、吐出口範囲に対する加熱範囲を説明する図である。 本発明の第３実施形態に関し、記録が行われない白地が占める面積が比較的大きいが記録方向にわたって記録をする領域が存在する画像データの例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る温度制御を伴う記録動作を示すフローチャートである。 （ａ）および（ｂ）は、図１０に示す温度制御における、記録データに応じた、吐出口範囲に対する加熱範囲を説明する図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の第４実施形態に係る液体吐出ヘッドにおける１つの圧力室周辺の構造を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の第５実施形態に係る液体吐出ヘッドを示す図である。 第５実施形態に係る液体吐出ヘッド内に形成されている流路を切り出して示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の第５実施形態に係る液体吐出ヘッドの記録素子基板における加熱エリアと連通孔との位置関係を説明する図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の第６実施形態に係る液体吐出ヘッド３の斜視図およびその分解図である。 第６実施形態の液体吐出装置に適用されるインク経路の一形態を示す模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１８に示す温度制御における、記録データに応じた、吐出口範囲に対する加熱範囲を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、インク等の液体を吐出する本発明の液体吐出ヘッドおよび液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出装置は、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に適用可能である。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、バイオチップ作製や電子回路印刷や半導体基板作製などの用途としても用いることができる。また、以下に述べる各実施形態は、本発明の適切な具体例であるから、技術的に好ましい様々の限定が付けられている。しかし、本発明の思想に沿うものであれば、本実施形態は、本明細書の実施形態やその他の具体的方法に限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る液体吐出装置を示す斜視図である。一実施形態に係る記録装置１０００は、記録媒体２を搬送する搬送部１と、それぞれが記録媒体２の搬送方向と略直交して配置される液体吐出ヘッド３Ｂｋ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｙとを備える。液体吐出ヘッド３Ｂｋ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｙは、ブラック（Ｂｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各インクに対応する。以下では、それぞれのヘッドまたは４つのヘッドまとめて参照符号３で示す場合もある。各液体吐出ヘッド３は記録媒体２の幅に対応した長さを有する、いわゆるライン型の液体吐出ヘッドである。記録装置１０００は搬送部１によって連続的にもしくは間欠的に搬送される記録媒体２に対してそれぞれの液体吐出ヘッド３からインクを吐出し画像などを記録する。なお、記録媒体２は、カット紙に限られず、連続したロール紙の形態の記録媒体であってもよい。以下、液体吐出ヘッドに関して、ライン型の形態で説明するが本発明はこれに限られず、記録媒体に対して移動しながら記録を行う、所謂シリアルタイプの液体吐出ヘッドにも適用可能である。

図２は、図１に示した記録ヘッドの制御構成を示すブロック図であり、特に、図５などで後述される液体吐出ヘッド３の温度制御のための構成を示している。図２に示すように、記録装置１０００は、ＰＣ等のホスト装置から送られる記録コマンドや記録データをＩ／Ｆ１００５を介して受信し、それぞれのインク色ごとの記録データバッファ１００６Ｂｋ、１００６Ｃ、１００６Ｍ、１００６Ｙに一時的に格納する。そして、上記記録コマンドおよびバッファに格納された記録データに基づいて、ヘッドドライバ３０Ｂｋ、３０Ｃ、３０Ｍ、３０Ｙを介して、液体吐出ヘッド３Ｂｋ、３Ｃ、３Ｍ、３Ｙをそれぞれ駆動してインク吐出を行う。ＣＰＵ１００１は、上述の液体吐出ヘッドの駆動や以下に示す液体吐出ヘッドの温度制御を所定のプログラムに従って実行する。ＲＯＭ１００２はその実行されるプログラムなどを格納し、また、ＲＡＭ１００３は、上記処理実行の際のワークエリアとして使用される。

それぞれの液体吐出ヘッド３は、図３にて後述される基板１０を複数配列して構成されるものであり、それぞれの基板１０には、液体吐出ヘッドの温度制御に用いられる、加熱素子５、この素子を駆動するドライバ６、温度検出素子９が設けられている。なお、図２では、これらの要素は模式的に示されており、実際の配置、サイズを示すものではない。また、液体吐出ヘッドは、複数の基板１０を備えるのではなく、１枚の基板１０を備えるものでも良い。記録装置１０００における加熱制御部１００４は、図５などで後述されるように、記録データに基づいて、液体吐出ヘッドの加熱素子５を、ドライバ６を介して駆動、制御する。また、加熱制御部１００４は、温度検出素子９からの温度情報を参照して温度制御を行う。加熱制御部１００４は、ＲＡＭ１００３に展開されたプログラムをＣＰＵ１００１が実行することによって機能する。

以下では、以上説明した基本的な構成を有する液体吐出装置における液体吐出ヘッドの温度制御に関するいくつかの実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図３は、本発明の第１実施形態に係る液体吐出ヘッドを構成する記録素子基板１０を示す図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す基板における一部を拡大した図である。図１に示した液体吐出ヘッド３は、図３（ａ）に示す記録素子基板１０を複数配列して、吐出口１３が記録媒体の搬送方向に略直交する方向に配列するように構成される。すなわち、図３（ａ）は複数の記録素子基板のうち、１つの記録素子基板を示している。

図３（ｂ）に示すように、本実施形態の記録素子基板１０上に、吐出口１３、隔壁２２が設けられた流路形成部材（不図示）が形成される。基板１０上のヒータ１５ごとの圧力室２０およびこれらに連通する吐出口１３が構成される。すなわち、本実施形態の吐出口近傍の流路構造は、ヒータ１５の列の片側に設けられたインク供給口１７０に連通するようそれぞれの圧力室２０が配置されるものである。そして、この圧力室２０は、両側の隔壁２２を含むコの字状の隔壁（図３（ｂ）において右側の隔壁は不図示）によって囲まれ、インク供給口１７０側の一方のみが開いた形状となっている。

図３（ａ）に示す記録素子基板１０において、パッド１６は、図２にて上述した記録装置１０００のヘッドドライバ３０との間で電気信号の接続を行う。これにより、記録に伴う記録データや、吐出口選択データ信号、電源電力などが記録素子基板１０に供給される。記録素子基板１０の中央部には、インクを各圧力室２０（図３（ａ）では図示を省略）に供給するためのインク供給口１７０が設けられている。各圧力室２０にはヒータ１５（図３（ａ）では図示を省略）が配置されており、このヒータ１５を記録データに応じて駆動し、加熱することにより液体中（インク中）に気泡を発生させ、その圧力で吐出口１３から液体（インク）を吐出する。すなわち、ヒータ（圧力発生素子）１５は吐出に利用されるエネルギーを発生する。

記録素子基板１０には、加熱素子５が配設される。この加熱素子５によって記録素子基板１０およびインクを加熱、保温することができる。この加熱素子５による加熱では、インク中に気泡は発生しない。また、ドライバ６は加熱信号に応じて加熱素子５を駆動し加熱させる。また、記録素子基板１０には、温度検出素子９が設けられる。温度検出素子９は、上記加熱素子５による加熱制御において基板などの温度を検知し、検知した温度を示す信号を加熱制御部１００４へ供給する。本実施形態では、記録素子基板１０における所定数のヒータ１５（や吐出口１３など）で規定される加熱エリア（「分割領域」ともいう）５５が規定される。そして、この加熱エリア５５ごとに図５で後述される温度制御を行う。この加熱エリア５５には、図３（ａ）に示すように、１つの加熱素子５と１つの温度検出素子９とが設けられる。分割領域を区画する一例として、本実施形態では１つのドライバ６が配される領域を１つの領域とする。

図４は、液体吐出ヘッドの温度制御による加熱によって圧力室内のインク中に含まれる不揮発性成分濃度が時間的に変化する様子を示す図である。図４は、吐出を行わない圧力室における変化を示している。図４に示すように、吐出動作が行われない圧力室のインクは、その温度が高いほど揮発成分の蒸発が多くなる。このため、溶媒濃度が高くなる。一方、吐出動作が行われる圧力室では、溶媒濃度が高くなる前にそのインクは吐出されるので、図４に示すような現象は生じない。液体吐出ヘッドの温度制御による加熱が、吐出動作が行われない圧力室のインクに対しても行われる場合は、インクの温度が高くなり、その結果、インクの溶媒濃度が高くなる。このため、前述したように、記録画像品位の低下をもたらす場合がある。本実施形態は、吐出動作が行われない圧力室については、加熱素子５を用いた温度制御を行わないようにする。すなわち、吐出される圧力室は所望の温度範囲に制御し、かつ吐出を行わない圧力室は加熱素子を用いた温度制御を行わないようにして、記録画質の低下を防止する。

図５は、本発明の第１実施形態に係る温度制御を伴う記録動作を示すフローチャートである。また、図６は、図５に示す温度制御における、記録データに応じた、吐出口範囲に対する加熱範囲を説明する図である。

図５において、記録が開始されると、加熱制御部１００４は、記録データバッファ１００６（図２）から記録データを読み込む（Ｓ１０１）。加熱制御部１００４は、記録データのライン数をカウントし、このライン数をパラメータＡの値に設定する（Ｓ１０２）。このラインとは、記録データのうち、記録素子基板１０の１列分の吐出口に対応したデータのことである。以下では、このラインをカラムとも言う。つまり、１ラインは１カラムに対応する。なお、パラメータＡは、図５のフローチャートの終了の判定において用いられる。

次に、加熱制御部１００４は、ステップＳ１０１で読み込んだ記録データの第１番目のカラムを示す値１をカラムパラメータＢの値に設定する（Ｓ１０４）。ここまでが初期化処理である。次に、ステップＳ１０３で加熱制御部１００４は、温度制御を伴う記録処理（図５では、「温調記録」と表記する）を開始する。加熱制御部１００４は、パラメータＢ〜Ｂ＋７までの８つのカラムについて記録データの有無を判断する（Ｓ１０５）。つまり、最初のステップＳ１０５の処理においては、第１番目のカラムから第８番目までのカラムのいずれかに記録データが有るか否かを判断する。本実施形態では、８つのカラムのことを総称してカラム範囲と呼ぶ。図６（ａ）を用いてカラム範囲を説明する。カラム範囲とは、複数のカラムのまとまった単位のことであり、図６（ａ）においては８つのカラムによって１つのカラム範囲が構成されているものとする。図６（ａ）に示す例では、カラム範囲＃１〜＃５と、カラム範囲＃１１〜＃１３に記録データが存在する（“Ｄａｔａ有”）。ここで、１つのカラム範囲＃ｋ（ここで「ｋ」は、任意の整数を示す）は、上記ステップＳ１０５の判断対象である８つのカラムから構成されているものであり、従って、ステップＳ１０５における記録データの有無の判断はカラム範囲ごとに行われる処理である。そして、この判断では、カラム範囲のうち、８カラムの総てでなく１カラムでも、あるいは１カラム中の一部でも記録データが存在する場合（たとえば、カラム範囲＃１、＃２、＃３、＃１１参照）も、加熱制御部１００４は、記録データが有ると判断する。次に、ステップＳ１０６で加熱制御部１００４は、記録データが有ると判定されたカラム範囲＃ｋについては、図６（ｂ）に示すように、記録素子基板１０の対応する加熱エリア５５をイネーブル（“Ｅｎａｂｌｅ”）と設定する。記録データが無い（“Ｄａｔａ無”）と判定されたカラム範囲５５については、ステップＳ１０７にて加熱エリア５５をディスイネーブル（“Ｄｉｓｅｎａｂｌｅ”）と設定する。次に加熱制御部１００４はヘッドドライバ３０を制御し、記録したカラム数を表すパラメータＣを初期値１として、上記判断を行った８カラムの記録を開始する制御をする（Ｓ１０９）。なお、イネーブルとしたカラム範囲に関して、加熱素子５の加熱による制御温度に到達までに時間を要する場合は、カラム範囲について必要な所定の時間遡ったタイミングでのカラム範囲をイネーブルと設定してもよい。

８カラムの記録を開始すると（Ｓ１０９）、加熱制御部１００４は、この記録に伴って、各加熱エリア５５の温度検出素子９が検出する温度を取得する（Ｓ１１０）。そして、ステップＳ１１１で、記録対象のカラム範囲（８カラム）がステップＳ１０６でイネーブルと設定されていた場合には、加熱制御部１００４は、検出温度が所定の閾値以下であるか否かを判断する。そして、検出温度が所定の閾値以下であると判断された場合は、加熱制御部１００４は、それぞれの加熱エリア５５の加熱素子５によって加熱を行う（Ｓ１１２）。一方、検出温度が所定の閾値より高い場合は、加熱制御部１００４は、加熱素子５による加熱を行わない（Ｓ１１３）。なお、記録対象のカラム範囲がステップＳ１０７でディスイネーブルと設定されている場合は、加熱制御部１００４は、各温度検出素子９の検出値にかかわらず加熱素子５を駆動させない。ステップＳ１１４では加熱制御部１００４は、記録素子基板１０の吐出口列について時分割駆動を行う際に、吐出口列の吐出口について全てのブロックの駆動（インク吐出）を終了したか否かを判断する。全てのブロックの駆動を終了していない場合は、ステップＳ１１０以降の処理を繰り返す。

１カラム分の吐出口からのインク吐出動作を終了すると、加熱制御部１００４は、記録したカラム数を表すパラメータＣの値を１だけインクリメントし（Ｓ１１５）、８カラム分の記録が終了したか判断する（Ｓ１１６）。８カラム分の記録が終了していない場合は、ステップ１０９からの処理を繰り返す。完了している場合は、加熱制御部１００４は、カラムパラメータＢの値を１カラム範囲だけ（すなわち、８カラム分）インクリメントする（Ｓ１１７）。加熱制御部１００４は、ステップＳ１０２で設定したパラメータＡとパラメータＢとを比較し、記録対象であるライン数の記録が終了したか否かを判断する（Ｓ１１８）。終了している場合は本記録処理を終了し、上記ライン数の記録が終了していない場合は、ステップＳ１０３以降の処理を繰り返す。

以上説明した温度制御を行うことにより、１ラインの中に記録データが無いカラム範囲は加熱を行わないことから、その吐出が行われない吐出口からインク中の揮発性成分の蒸発することを抑制することができる。なお、本実施形態では、温度制御用にインクを発泡させ吐出させるためのヒータとは別の加熱素子を用いるものとしたが、本発明の適用はこの形態に限られない。例えば、原理的に矛盾しなければ吐出用のヒータが兼用してもよい。また、供給口に関しては複数の圧力室に対して１つの供給口が備えられる例を説明したが、複数の圧力室に対して供給口が複数に分割されて備えられる構成でも本実施形態の効果を得ることは明らかである。

（第２実施形態）
本発明の第２の実施形態は、１つの記録素子基板にＣ、Ｍ、Ｙ、Ｂｋインクそれぞれのインク供給口および吐出口列などが設けられた液体吐出ヘッドの温度制御に関するものである。このような記録素子基板を用いる場合、Ｃ、Ｍ、Ｙインクの３色のみを使用するモードや、Ｂｋインクのみを使用するモノクロモード、全４色インクを使用するモードなどの記録モードがある。例えば、モノクロモードが実行される場合は、他の３色分の吐出口列については吐出動作が行われない。従って、吐出動作が行われない吐出口列（加熱エリア）については温度制御をする必要がない。このため、本実施形態における加熱制御部１００４は、吐出動作が行われない吐出口列に該当する加熱エリア５５に対応するカラム範囲を、ディスイネーブルに設定する。

図７は、本発明の第２実施形態に係る温度制御を伴う記録動作を示すフローチャートである。また、図８は、図７に示す温度制御における、記録データに応じた、吐出口範囲に対する加熱範囲を説明する図である。図７において、記録が開始されると、ステップＳ２０１で加熱制御部１００４は、インク色ごとに展開された記録データを読み込む。そして、ステップＳ２０２以降で加熱制御部１００４は、インク色ごとに第１実施形態に係る図５に示した処理と同じ処理を行う。図８に示す例は、Ｂｋインクのみ記録が行われるモノクロモードにおける加熱範囲を示しており、この場合、加熱制御部１００４は、Ｂｋインクの加熱エリア５５がイネーブルの場合に、その加熱エリア５５に対して加熱制御を行う。

以上のように、本実施形態によれば、多色一体の記録素子基板を用いた液体吐出ヘッドにおいても、適切に温度制御を実行することができる。特に、記録モードに応じて、例えば、吐出動作が行われないインク色については、その吐出口列（加熱エリア）については温度制御を行わないように制御することができる。このため、その吐出口列について揮発成分の蒸発を抑制することができる。なお、本実施形態では加熱エリア５５のイネーブル／ディスイネーブルは記録データの有無で判定しているが、環境温度が低い場合など所望のエリアが制御温度まで昇温しないケースもあり得る。このようなケースに対しては、記録データ有りと判定された周囲の加熱エリア５５もイネーブルと設定する制御を追加してもよい。つまり、加熱制御部１００４は、環境温度に応じて記録データ有りと判定された周囲の加熱エリア５５もイネーブルと設定してもよい。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、加熱制御部１００４が、上述した各実施形態のように記録データの有無を記録動作の時系列に従って（カラム範囲ごとに）判断することに加え、記録素子基板１０における加熱エリアごとにも判断する形態に関する。図９に示すように、記録が行われない白地が占める面積が比較的大きいが、記録方向（カラム配列方向）に記録をする領域９００が存在する画像データを記録する場合がある。この場合、上述の各実施形態の加熱制御部１００４では、領域９００が存在するカラムは全てが記録データ有に対応したイネーブルに設定してしまう。この場合は、本来インクを吐出する必要のない白地が占める面積が比較的大きいにもかかわらず、加熱が行われることになる。このため、上述した各実施形態の効果を十分に得ることができない。そこで、本実施形態においては、加熱制御部１００４は、記録素子基板１０の吐出口配列方向に配列する複数の加熱エリア５５についてもそれぞれの記録データの有無を判断し、温度制御の実行、または非実行を決定する。

図１０は、本発明の第３実施形態に係る温度制御を伴う記録動作を示すフローチャートである。また、図１１は、図１０に示す温度制御における、記録データに応じた、吐出口範囲に対する加熱範囲を説明する図である。

本実施形態の加熱制御部１００４は、カラム範囲のうちのさらにヒータ列ごと（あるいは加熱エリアごと）に記録データの有無を判断し、その判断に応じて温度制御を行うものである。以下では、図１０に示すフローチャートにおいて、第１実施形態に係る図５に示す処理、または、第２実施形態に係る図７に示す処理と異なる点を説明する。まずステップＳ３０１において加熱制御部１００４は、ヒータ列ごと（あるいは加熱エリアごと）に展開された記録データを読み込む。その後は、前述の実施形態と同様の処理を行う。そして、本実施形態の加熱制御部１００４は、ステップＳ３０５の記録データの有無の判断において、８つのカラムからなるカラム範囲について記録データの有無を判断する。ここで加熱制御部１００４は、カラム範囲のうち、記録素子基板１０の吐出口列方向に配列する複数の加熱エリア５５Ａ〜５５Ｄ（図１１（ａ）参照）に対応する分割領域ごとに記録データの有無を判断する。その結果加熱制御部１００４は、ステップＳ３０６、Ｓ３０７では、処理対象のカラム範囲のうちの分割範囲ごとにディスイネーブルまたイネーブルを設定する処理を行う（図１１（ｂ）参照）。この分割範囲ごとの判断は、加熱エリアの位置パラメータＹに従って順次に行われる（Ｓ３０９、Ｓ３０８）。つまり図１０には、示していないが、ステップＳ３０４の後に位置パラメータＹを１に初期化する処理が行われ、ステップＳ３０５では加熱エリアＹに記録データが有るか否かの判断がされる。そして、全加熱エリアに対してステップＳ３０５の判定が行われていない場合、位置パラメータＹを更新してステップＳ３０５の処理が繰り返される。全ての分割範囲ごとの判断を終了すると（Ｓ３０９）、ステップＳ３１０以降の処理を行う．これらの処理は第１実施形態または第２実施形態で説明した処理と同様である。

なお、同一吐出口列内でイネーブルになる領域とディスイネーブルになる領域が混在すると、低環境温度に装置が置かれる状況などではイネーブルとなっている加熱エリア５５においても制御温度まで到達しない場合がある。そのような場合は、記録データが有ると判定された周囲の加熱エリア５５もイネーブルに設定するステップを追加してもよい。これにより、より詳細に温度制御を実施でき、吐出口からの蒸発を効果的に抑制することが可能となる。

（第４実施形態）
第４実施形態は、液体吐出ヘッドの構造が、上述した第１〜第３実施形態のものと異なり、液体吐出ヘッドにおいて圧力室の一方の側から他方の側へインクの流れを生じさせることで、圧力室内に貯留されるインクを循環させる構造の液体吐出ヘッドに関する。つまり本実施形態の液体吐出ヘッドは、圧力室内の液体が、この圧力室の外部との間で循環される構成の液体吐出ヘッドである。

図１２は、本実施形態に係る液体吐出ヘッドにおける１つの圧力室周辺の構造を示す図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）におけるＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線断面を示している。これらの図に示すように、本実施形態の液体吐出ヘッドは、ヒータ１５が配設され吐出口１３と連通する圧力室２０の両側に、それぞれ基板内に形成された孔として供給個別流路１７ａと回収個別流路１７ｂが設けられたものである。供給個別流路１７ａは圧力室２０に対してインクを供給するための孔であり、回収個別流路１７ｂは圧力室２０からインクを排出するための孔である。これにより、特に、ヒータが駆動される吐出動作が行われていない圧力室２０では、インクは供給個別流路１７ａから圧力室２０に供給された後、回収個別流路１７ｂを介して圧力室２０からインクが排出される、インクの循環が行われる。なお、このようなインクの循環流はヒータ１５が駆動されないとき発生しているが、ヒータ１５が駆動されてインクを吐出する際にも継続して循環流は生じている。つまり、圧力室２０内のインクが流れている状態でヒータの駆動が行われてインクを吐出させている。このような構成の液体吐出ヘッドの場合、常にフレッシュなインクを圧力室内へ供給することができるので圧力室内のインク成分を一定に保つことが可能となる。しかし、初期組成比のインクが流入してくるため、揮発性成分の比率が高い状態となり、吐出口から蒸発する量もそれだけ多くなる。その結果、液体吐出ヘッドから回収されたインクを再び液体吐出ヘッド３へ供給するという本実施形態のシステムの場合、長期間使用している間に、徐々にインク中の成分比が変化し、記録画像の品位低下を生じるおそれもある。

そこで、本実施形態は、上述した各実施形態を同様、記録データに基づいて加熱エリア５５のイネーブル／ディスイネーブルを設定し、イネーブルが設定された加熱エリア５５に対応する温度検出素子９の値に基づき対応する加熱素子５のオン／オフ制御を行う。なお、記録データに基づく判定範囲に関しては記録素子基板単位でも、ヒータ列単位でも、加熱エリア単位でも適用可能である。この構成により、蒸発量が高くなる圧力室を流動するヘッド構造においても、液体吐出ヘッド全体の蒸発量を低く抑えることができ、結果として高画質な画像を記録することが可能となる。

（第５実施形態）
図１３は、本発明の第５実施形態に係る液体吐出ヘッドを示す図であり、図１３（ｂ）は構成部材ごとに分解した示す図である。液体吐出ヘッド３には少なくとも記録素子基板１０と流路部材２１０が含まれる。図１３に示す例では記録素子基板１０下の部材が３つの部材から構成されているが、流路部材２１０から記録素子基板１０へインクが供給されるという目的が達成されれば構成数はいくつでもよい。図１４は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド３内に形成されている流路のうち、１色分の共通供給流路２１１と共通回収流路２１２、そしてそれぞれに連通する分岐供給流路２１３ａと２１３ｂを切り出して示す図である。

以上のようなヘッド構造において吐出動作をすると、各分岐流路の連通孔５１ａを介して記録素子基板１０内の個別流路にインクが流入してくる。その際に、加熱素子５により圧力室近傍のインク及び記録素子基板１０を温度制御すると、それらより相対的に低い温度のインクが流入することになる。一方で、連通孔５１ａから流入したインクは個別流路内を流路長手方向に流動しながら記録素子基板１０から伝熱されて昇温する。このため、連通孔５１からの流動距離が長くなるほどインク温度は高温になる。その結果、記録素子基板１０の加熱エリア５５が複数の連通孔５１にまたがった領域をカバーする場合は、加熱素子によって加熱されるインク温度が場所により異なる。このため、高温部ではより蒸発が促進され、同じヒータを使用しても吐出特性が異なり記録品位が低下する場合がある。

これに対し、本実施形態では、連通孔５１の位置に起因して生じる低温部と高温部の温度差を低減する制御をする。すなわち、分岐供給流路２１３ａと連通する連通孔５１ａを内包する加熱エリア５５ａと、分岐供給流路２１３ｂと連通する連通孔５１ｂを内包する加熱エリア５５ｂとを個別に温度制御する。

図１５は、本発明の第５実施形態に係る液体吐出ヘッドの記録素子基板における加熱エリアと連通孔５１ａ、５１ｂとの位置関係を説明する図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示すＸＶＣ部の拡大図である。液体供給路１８内のインクが、供給個別流路１７ａ、圧力室２０、回収個別流路１７ｂを経由して液体回収路１９へ流れる。これら図に示すように、加熱エリア５５内には加熱素子５と温度検出素子９とが配置されている。そして、入力される記録データに基づいて加熱エリア５５についてイネーブルとディスイネーブルを設定し、対応する温度検出素子９の出力値に対して各加熱素子のオン／オフを制御する。これにより、必要箇所のみ吐出口近傍のインクを制御温度近傍で維持することができる。なお、記録データに基づく判定範囲に関しては記録素子基板単位でも、ヒータ列単位でも、加熱エリア単位でも適用可能である。本実施形態のなかであげた図には各連通孔５１の間にも温度検出素子９を含む加熱エリアが配置されている。このような構成をとると制御の空間分解能が向上し、より効果が発現されるが制御回路規模とのトレードオフ関係にあるので無碍に細かくすることも避けることが望ましい。本実施形態の液体吐出ヘッドは、記録素子基板と、記録素子基板を支持する支持部材と、を含む。記録素子基板に形成されている基板内の流路と、支持部材に形成されている共通流路と、基板内の流路と共通流路を連通する支持部材の連通孔と、において、加熱素子５の数が連通孔５１の数以上に配置されている。また、液体吐出ヘッドは、支持部材の上に複数の記録素子基板が配列されおり、隣接する記録素子基板間において内包する圧力発生素子が記録媒体の搬送方向において重複している。吐出口の配列方向に沿った方向において加熱素子５が配置されている数は、圧力発生素子（ヒータ１５）が配置されている数よりも少ない。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態も上記第４、第５実施形態と同様、液体吐出ヘッドの構造がインク循環式のものに関する。図１６は、本実施形態に係る液体吐出ヘッド３の斜視図およびその分解図である。液体吐出ヘッド３は、複数の記録素子基板１０を直線状に、搬送される記録媒体の幅の範囲の記録をカバーするだけの数を配列したライン型の液体吐出ヘッドである。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。筐体８０は、液体吐出ユニット支持部８１および電気配線基板支持部８２とから構成される。液体吐出ユニット支持部８１には、ジョイントゴム１００が挿入される開口８３、８４が設けられている。カバー部材１３０は、図１６に示したように長尺の開口１３１が設けられた額縁状の表面を持つ部材である。液体吐出ユニット３００は、複数の吐出モジュール２００と、流路部材２１０とからなる。各記録素子基板１０には、フレキシブル配線基板４０および電気配線基板９０を介して記録装置１０００から吐出駆動信号及び吐出に必要な電力が供給される。この構成において、流路部材２１０の熱拡散率を記録素子基板１０の熱拡散率よりも小さくする。これにより、各記録素子基板１０から共通流路内を流動するインクに熱を伝え難くすることができる。その結果、各記録素子基板１０の位置によらず温度を一定に保つことができ、吐出されるインクの吐出特性を均一化することが可能となる。また、加熱エリアにおいて対応する記録データの量が多い場合は対応する加熱素子５を加熱する電力を低減し、記録データの量が少ない場合は対応する加熱素子５の加熱のための電力を増加するようにしてもよい。

図１７は、本実施形態の液体吐出装置に適用されるインク経路の一形態を示す模式図である。図１７に示すように、液体吐出ヘッド３は、第１循環ポンプ（高圧側）１７０１、第１循環ポンプ（低圧側）１７０２、およびバッファタンク１７０３等と流体的に接続することにより、上述した各吐出口に対応した圧力室におけるインク循環を生じさせる。メインタンク１７０６内のインクは、補充ポンプ１７０５によってバッファタンク１７０３に供給され、その後、第２循環ポンプ１７０４によって液体接続部１１１を介して液体吐出ヘッド３の液体供給ユニット２２０に供給される。液体吐出ユニット３００には、共通供給流路２１１、共通回収流路２１２、各記録素子基板と連通する個別流路２１５（個別供給流路２１３、個別回収流路２１４）が設けられている。なお、図１７は、図示および説明の簡略化のため、１色のインクが流動する経路のみを示しているが、実際には必要色分の循環経路がそれぞれの液体吐出ヘッド３について設けられる。２つの第１循環ポンプ１７０１，１７０２は、液体吐出ヘッド３の液体接続部１１１から液体を引き出してバッファタンク１７０３へ流す役割を有している。第１循環ポンプとしては定量的な送液能力を有する容積型ポンプが好ましく用いられる。具体的には、チューブポンプ、ギアポンプ、ダイヤフラムポンプ、シリンジポンプ等が挙げられるが、例えば、一般的な定流量弁やリリーフ弁をポンプ出口に配して一定流量を確保する形態であってもよい。

液体吐出ヘッド３の駆動時には、第１循環ポンプ（高圧側）１７０１および第１循環ポンプ（低圧側）１７０２によって、それぞれ共通供給流路２１１、共通回収流路２１２内を一定量のインクが流れる。負圧制御ユニット２３０は、第２循環ポンプ１７０４と液体吐出ユニット３００との経路の間に設けられている。記録を行う際のデューティーの差によって循環系の流量が変動した場合でも負圧制御ユニット２３０よりも下流側（すなわち液体吐出ユニット３００側）の圧力を予め設定した一定圧力に維持するように動作する機能を有している。負圧制御ユニット２３０を構成する２つの圧力調整機構としては、ユニットより下流側の圧力を所望の設定圧を中心として一定の範囲以下の変動で制御できるものであれば、どのような機構を用いてもよい。一例として、所謂「減圧レギュレーター」と同様の機構を採用することができる。第２循環ポンプ１７０４としては、液体吐出ヘッド３の駆動時に使用するインク循環流量の範囲において、一定圧以上の揚程圧を有するものであればよく、具体的には、ダイヤフラムポンプ等が適用可能である。また、第２循環ポンプ１７０４の代わりに、例えば、負圧制御ユニット２３０に対してある一定の水頭差をもって配置された水頭タンクでも適用可能である。このような循環供給を行う場合、一般的に、比較的低温のインクが液体吐出ヘッドに流入し、液体吐出ヘッドから流出するインクの温度は相対的に高温である。このように循環供給を行う液体吐出装置に適用される液体吐出ヘッドは温度変化の影響が大きいので本発明を特に有効に適用可能である。

図１７に示すように、負圧制御ユニット２３０は、それぞれが互いに異なる制御圧が設定された２つの圧力調整機構を備えている。２つの圧力調整機構のうち、相対的に高圧設定側（Ｈと記載）、相対的に低圧側（Ｌと記載）は、それぞれ液体供給ユニット２２０内を経由して液体吐出ユニット３００内の共通供給流路２１１、共通回収流路２１２に接続されている。圧力差を有する２つの負圧調整機構に連通している各共通流路間に差圧が生じるため、液体吐出ユニット３００内の総ての圧力室２０内にインクの流動が生じる。

以上の構成においても、記録を実施する際、液体吐出ヘッドの吐出口配列方向の範囲に、使用しない吐出口を配列した記録素子基板が存在し得る。本実施形態では、この記録素子基板について加熱制御を行わないようにする。

本実施形態の温度制御は、図１０に示した第３実施形態に係る温度制御と同様の処理である。図１８は、第６実施形態に係る温度制御における、記録データに応じた、吐出口範囲に対する加熱範囲を説明する図である。加熱制御部１００４は、各記録素子基板の吐出口列ごとに展開されたデータを読み込み、カラム範囲ごとに記録データの有無を判断する。この本実施形態の構成により、使用されない記録素子基板数が多いフルライン型インクジェット記録ヘッドにおいても、液体吐出ヘッド全体の蒸発量を低く抑えることができる。

なお、以上の本実施形態では、圧力差発生源として２つの圧力調整機構をあげたにすぎず思想に沿うものであれば別形態の構成でもよい。

３ 液体吐出ヘッド
５ 加熱素子
９ 度検出素子
１０ 記録素子基板
１３ 吐出口
１５ ヒータ
２０ 圧力室
５５ 加熱エリア
１０００ 液体吐出装置

Claims (13)

1. 液体を吐出するための複数の吐出口と、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複数の圧力発生素子と、前記複数の吐出口に連通する複数の圧力室と、を備える液体吐出ヘッドを用いて記録を行う液体吐出装置であって、
   前記圧力室の内部の液体は、前記圧力室の外部の経路に流出し、再び前記圧力室の内部に流入するように前記圧力室の内部と外部との間で循環しており、
   複数の吐出口が配設される領域に対応する前記液体吐出ヘッドの領域を分割して得られる複数の分割領域に配設された加熱素子を加熱することによって当該液体吐出ヘッドの温度を制御する制御手段であって、前記複数の分割領域の夫々には、前記加熱素子を駆動するためのドライバが設けられており、前記分割領域の吐出口に対応する記録データが有るときは当該分割領域の前記加熱素子を加熱させ、記録データが無いときは当該分割領域の前記加熱素子を加熱しない制御手段
   を具えたことを特徴とする液体吐出装置。
2. 前記液体吐出ヘッドは前記複数の分割領域のそれぞれに温度検出素子を備え、
   前記温度検出素子の値を検出する検出手段を、さらに具え、
   前記制御手段は、前記検出手段で検出された温度が所定の閾値以下の場合は、当該温度を検出した前記分割領域の加熱素子を加熱させることを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
3. 前記圧力発生素子は加熱をすることにより液体中に気泡を発生させ液体を吐出するために利用される前記エネルギーを発生し、
   前記複数の加熱素子のそれぞれは前記圧力発生素子とは別形態の複数の加熱素子であることを特徴とする請求項２に記載の液体吐出装置。
4. 前記分割領域は、複数の前記圧力室、複数の前記圧力発生素子、複数の前記加熱素子が形成された記録素子基板に対応することを特徴とする請求項２または３に記載の液体吐出装置。
5. 前記分割領域は、複数の前記圧力室と、前記複数の圧力室とそれぞれ連通している複数の供給口を含む領域であることを特徴とする請求項２または３に記載の液体吐出装置。
6. 前記分割領域は、１つの前記加熱素子を含む領域であることを特徴とする請求項２または３に記載の液体吐出装置。
7. 前記制御手段は、記録が開始される時間から所定の時間遡ったタイミングで前記複数の加熱素子に加熱を行わせる加熱を開始することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の液体吐出装置。
8. 前記吐出口の配列方向に沿った方向において前記加熱素子が配置されている数は、前記圧力発生素子が配置されている数よりも少ないことを特徴とする請求項７に記載の液体吐出装置。
9. 前記液体吐出ヘッドは、複数の前記圧力室、複数の前記圧力発生素子、複数の前記加熱素子が形成された記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する支持部材と、を含み、
   前記記録素子基板に形成されている基板内の流路と、
   前記支持部材に形成されている共通流路と、
   前記基板内の流路と前記共通流路を連通する前記支持部材の連通孔と、において、前記加熱素子の数は前記連通孔の数以上に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の液体吐出装置。
10. 前記液体吐出ヘッドは、複数の前記圧力室、複数の前記圧力発生素子、複数の前記加熱素子が形成された記録素子基板と、前記記録素子基板を支持する支持部材と、を含み、
    前記記録素子基板に形成されている複数の圧力室と連通している第１の基板内の流路と、
    前記記録素子基板に形成されている複数の圧力室と連通している第２の基板内の流路と、
    前記記録素子基板の第１の基板内の流路と連通する第１連通孔と、
    前記記録素子基板の第２の基板内の流路と連通する第２連通孔と、において、前記加熱素子の数は前記第１連通孔および前記第２連通孔の数以上に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の液体吐出装置。
11. 前記第１連通孔における圧力は、前記第２連通孔における圧力よりも高いことを特徴とする請求項１０に記載の液体吐出装置。
12. 前記支持部材の熱拡散率が、前記記録素子基板の熱拡散率よりも小さいことを特徴とする請求項１０または１１に記載の液体吐出装置。
13. 前記液体吐出ヘッドは、前記支持部材の上に複数の記録素子基板が配列されおり、隣接する前記記録素子基板の間において内包する前記圧力発生素子が記録媒体の搬送方向において重複することを特徴とする請求項１２に記載の液体吐出装置。

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