(57)【要約】【課題】  液体が吐出する方向に関する液体の後方部の速度を大きくすることで、サテライトを低減することができる液体吐出方法を提供する。【解決手段】  液体に接し該液体を加熱する加熱面と、この加熱面に対向するように設けられ液体を吐出する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、加熱面によって液体を加熱することで発生した気泡が大気に連通し液体を吐出する。吐出口から吐出される過程にある液体の後方部は、気泡の体積の減少に伴い加熱面に向かって移動し、加熱面に接する。後方部が加熱面に接した状態で加熱面によって後方部を加熱することで、気泡を発生させることを特徴とする。【選択図】  図２
2018069535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体に接し該液体を加熱する加熱面と、該加熱面に対向するように設けられ液体を吐出する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面によって液体を加熱することで発生した気泡が大気に連通し液体を吐出する液体吐出方法であって、前記吐出口から吐出される過程にある液体の後方部が、前記気泡の体積の減少に伴い前記加熱面に向かって移動し、前記加熱面に接する液体吐出方法において、
前記後方部が前記加熱面に接した状態で前記加熱面によって前記後方部を加熱することで、気泡を発生させることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項２】
液体に接し該液体を加熱する加熱面と、該加熱面に対向するように設けられ液体を吐出する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用いて液体を吐出する液体吐出方法であって、
前記加熱面によって液体を加熱して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工程と、
前記吐出口から吐出される過程にある液体の後方部が前記加熱面に接した状態で前記加熱面によって前記後方部を加熱することで、前記吐出口から前記後方部を吐出させる工程と、
を有することを特徴とする液体吐出方法。
【請求項３】
前記液体吐出ヘッドは前記加熱面が液体を加熱するために用いられる熱エネルギーを発生する発熱部を備え、
前記後方部が前記加熱面に接した状態で前記発熱部に熱エネルギーを発生させ、該熱エネルギーを前記加熱面から前記後方部に付与することで該後方部を加熱する、請求項１または請求項２に記載の液体吐出方法。
【請求項４】
前記液体吐出ヘッドは前記加熱面が液体を加熱するために用いられる熱エネルギーを発生する発熱部を備え、
前記発熱部に第一の熱エネルギーを発生させ、該第一の熱エネルギーを前記加熱面から液体に付与することで気泡を発生させることにより液体を吐出し、
前記発熱部に第二の熱エネルギーを発生させ、
前記後方部が前記加熱面に接した状態で前記第二の熱エネルギーを前記加熱面から前記後方部に付与することで該後方部を加熱する、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項５】
液体の吐出を暫時休止した後の一発目の吐出の際に、液体を連続的に吐出する際と比べ、前記第一の熱エネルギーの発生を停止してから前記第二の熱エネルギーの発生を開始するまでの時間を短くする、請求項４に記載の液体吐出方法。
【請求項６】
液体の吐出を暫時休止した後の一発目の吐出の際に、液体を連続的に吐出する際と比べ、前記第二の熱エネルギーを大きくする、請求項４または請求項５に記載の液体吐出方法。
【請求項７】
前記後方部が前記加熱面に接した状態で前記後方部を加熱することによって前記加熱面から離れた前記後方部が、前記吐出口から吐出される過程にある液体の先端部より速く移動するように前記後方部を加熱する、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項８】
前記後方部が前記加熱面に接した状態で、前記加熱面による前記後方部の加熱を開始する、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項９】
前記後方部の前記加熱面との接触面積が前記吐出口を通る位置における前記液体の断面積よりも大きい状態で、前記加熱面による前記後方部の加熱を開始する、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項１０】
前記吐出口から吐出される過程にある液体の先端部と前記加熱面に接する前記後方部とが繋がった状態で、前記加熱面による前記後方部の加熱を開始する、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項１１】
前記吐出口から吐出される過程にある液体が、該過程において前記先端部を含む液体と前記後方部を含む液体とに分離し、該分離した液体同士が記録媒体に着弾する前に合体する、請求項７に記載の液体吐出方法。
【請求項１２】
互いに並置され、液体に接し該液体を加熱する第一の加熱面及び第二の加熱面と、前記第一の加熱面及び第二の加熱面に対向するように設けられ液体を吐出する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、少なくとも前記第一の加熱面によって液体を加熱することで発生した気泡が大気に連通し液体を吐出する液体吐出方法であって、前記吐出口から吐出される過程にある液体の後方部が、前記気泡の体積の減少に伴い前記第二の加熱面に向かって移動して前記第二の加熱面に接する当該液体吐出方法において、
前記後方部が前記第二の加熱面に接した状態で前記第二の加熱面によって前記後方部を加熱することで、気泡を発生させることを特徴とする液体吐出方法。
【請求項１３】
互いに並置され、液体に接し該液体を加熱する第一の加熱面及び第二の加熱面と、前記第一の加熱面及び第二の加熱面に対向するように設けられ液体を吐出する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用いて液体を吐出する液体吐出方法であって、
少なくとも前記第一の加熱面によって液体を加熱して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工程と、
前記吐出口から吐出される過程にある液体の後方部が前記第二の加熱面に接した状態で前記第二の加熱面によって前記後方部を加熱することで、前記吐出口から前記後方部を吐出させる工程と、
を有することを特徴とする液体吐出方法。
【請求項１４】
前記後方部が前記第二の加熱面に接した状態で前記後方部を加熱することによって前記第二の加熱面から離れた前記後方部が、前記吐出口から吐出される過程にある液体の先端部より速く移動するように前記後方部を加熱することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の液体吐出方法。
【請求項１５】
前記液体吐出ヘッドは前記吐出口に連通する柱状の吐出口部を備えており、
液体を吐出するために該液体を加熱することで発生した気泡が前記吐出口部の中に及ぶことを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項１６】
前記液体吐出ヘッドは、前記吐出口から液体が吐出する方向に沿い前記吐出口の重心を含む面に関して対称になるように配設され、前記吐出口に液体を供給するための流路を有し、複数の前記第一の加熱面が前記第二の加熱面を挟むように配設されている、請求項１２乃至請求項１４のいずれか一項に記載の液体吐出方法。
【請求項１７】
熱エネルギーを発生する発熱部と、液体に接し、前記発熱部が発生した熱エネルギーによって該液体を加熱する加熱面と、該加熱面に対向するように設けられ液体を吐出する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドと、
前記加熱面から液体に付与されることで気泡を発生して液体を吐出させる第一の熱エネルギーを前記発熱部が発生し、前記吐出口から吐出される過程にある液体の後方部が前記加熱面に接した状態で前記加熱面から前記後方部に付与されることで、前記吐出口から前記後方部を吐出させる第二の熱エネルギーを前記発熱部が発生するように、前記発熱部を駆動する駆動手段と、
を有することを特徴とする液体吐出装置。
【請求項１８】
熱エネルギーを発生する第一の発熱部及び第二の発熱部と、液体に接し前記第一の発熱部が発生した熱エネルギーによって該液体を加熱する第一の加熱面と、液体に接し前記第二の発熱部が発生した熱エネルギーによって該液体を加熱する第二の加熱面と、前記第一の加熱面及び第二の加熱面に対向するように設けられ液体を吐出する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドと、
前記第一の加熱面から液体に付与されることで気泡を発生して液体を吐出させる第一の熱エネルギーを前記第一の発熱部が発生するように、前記第一の発熱部を駆動する第一の駆動手段と、
前記吐出口から吐出される過程にある液体の後方部が前記第二の加熱面に接した状態で前記第二の加熱面から前記後方部に付与されることで、前記吐出口から前記後方部を吐出させる第二の熱エネルギーを前記発熱部が発生するように、第二の発熱部を駆動する第二の駆動手段と、
を有することを特徴とする液体吐出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を吐出する液体吐出方法及び液体吐出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット方式に代表される液体吐出方法を用いて液体を吐出すると、吐出された液体は、主滴と主滴の後方に繋がるように伸びた細長い尾引きとを含む柱状となる。この尾引きは飛翔中に液体の表面張力により主滴から切り離されて微小な液滴（サテライト）となる。このサテライトは記録媒体上で主滴とずれた位置に着弾して画質の低減をもたらし問題となる場合がある。
【０００３】
従来、加熱面により液体に熱エネルギーを与えて気泡を発生させ、この気泡の体積が減少する過程で気泡を大気に連通させて液体を吐出する方法が知られている（特許文献１）。図８はこの液体吐出方法を適用した液体吐出の工程を示す断面図である。この液体吐出方法を用いると、吐出される液体の後方部が加熱面１１の方向へ向かう速度成分を持つため、サテライトとなり得る部分が主滴から吐出口内で切り離されやすくなり、吐出口外へサテライトとして飛翔しにくくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８８８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の液体吐出方法を用いると、液体の後方部が加熱面１１に接触した状態（図８（ｆ））となった後、液体が吐出する方向への速度がほぼ０の部分で切断されて、液体が飛翔する（図８（ｇ））。飛翔する液体は、その後方部の速度が主滴の部分の速度より小さいので、液体の後方部が主滴の部分から切り離されてサテライトが発生する場合が依然としてある。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題点を解決するものであり、サテライトを一層低減することが可能な液体吐出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る液体吐出方法は、液体に接し該液体を加熱する加熱面と、該加熱面に対向するように設けられ液体を吐出する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドを用い、前記加熱面によって液体を加熱することで発生した気泡が大気に連通し液体を吐出する液体吐出方法であって、前記吐出口から吐出される過程にある液体の後方部が、前記気泡の体積の減少に伴い前記加熱面に向かって移動し、前記加熱面に接する液体吐出方法において、前記後方部が前記加熱面に接した状態で前記加熱面によって前記後方部を加熱することで、気泡を発生させることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る液体吐出装置は、熱エネルギーを発生する発熱部と、液体に接し、前記発熱部が発生した熱エネルギーによって該液体を加熱する加熱面と、該加熱面に対向するように設けられ液体を吐出する吐出口と、を備える液体吐出ヘッドと、前記加熱面から液体に付与されることで気泡を発生して液体を吐出させる第一の熱エネルギーを前記発熱部が発生し、前記吐出口から吐出される過程にある液体の後方部が前記加熱面に接した状態で前記加熱面から前記後方部に付与されることで、前記吐出口から前記後方部を吐出させる第二の熱エネルギーを前記発熱部が発生するように、前記発熱部を駆動する駆動手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、吐出口から吐出される過程にある液体の後方部が加熱面に接した状態で加熱面によって液体の後方部を加熱することで、気泡を発生させる。これにより、液体が吐出する方向に向かって液体の後方部が押されるので、サテライトが発生しにくくなる。この様に本発明によれば、サテライトを一層低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の液体吐出方法を適用し得る第一の実施形態の液体吐出ヘッドの概略図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図である。
【図２】本発明の液体吐出方法を適用した液体吐出の工程を示す図である。
【図３】第一の実施形態において、ヒーターに印加される電圧の波形を示す図である。
【図４】本発明の液体吐出方法を他の実施形態の液体吐出ヘッドに適用した際の液体吐出の工程を示す図である。
【図５】本発明の液体吐出方法を適用し得る液体吐出ヘッドを適用可能であるヘッドカートリッジの斜視図である。
【図６】本発明の液体吐出方法を適用し得る液体吐出ヘッドを示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図７】本発明の液体吐出方法を適用し得る第二の実施形態の液体吐出ヘッドの概略図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図、（ｃ）はヒーターの配線を示す図である。
【図８】本発明を適用しない場合の液体吐出の工程を示す図である。
【図９】本発明の液体吐出方法を適用し得る液体吐出装置の一例の外観図である。
【図１０】本発明の液体吐出方法を適用し得る液体吐出装置の制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の液体吐出方法に関するヒーターの好適な駆動のタイミングを説明するための図であり、（ａ）は吐出液体の後方部の加熱面との接触面の時間変化を示すグラフであり、（ｂ）〜（ｆ）は吐出液体の状態を示す図である。
【図１２】第三の実施形態における休止後の一発目の吐出とそれ以降との吐出とにおけるヒーターに印加される電圧の波形を示す図である。
【図１３】第四の実施形態における休止後の一発目の吐出とそれ以降との吐出とにおけるヒーターに印加される電圧の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明の液体吐出方法は、インクジェットヘッドによるインクの吐出方法に好適に適用できるが、これに限らず、インク以外の液体を吐出する産業用の各種液体吐出方法にも適用することができる。また、本実施形態の液体吐出ヘッドはシリアルスキャン型のものであるが、ライン型のヘッドであってもよい。
【００１２】
（第一の実施形態）
〔液体吐出装置の構成〕
図９は本発明を適用可能である液体吐出装置（インクジェットプリンタ）の一例の外観を示す図である。これはいわゆるシリアルスキャン型のプリンタ７０であり、記録媒体Ｐの搬送方向に対して直交する方向（主走査方向）に液体吐出ヘッドをスキャン（主走査）して画像を形成するものである。
【００１３】
このプリンタ７０の構成および液体吐出時の動作の概略を説明する。まず、オートシートフィーダ（ＡＳＦ）８２から送給された記録媒体（不図示）は、給紙モータによりギヤを介して駆動される給紙ローラ（いずれも不図示）によって、記録位置に向けて搬送（副走査）される。一方、所定の搬送位置において、キャリアモータ１７１０に駆動されるタイミングベルト７４により、キャリッジ７１を当該搬送方向と直交する方向に延在するガイドシャフト８８に沿ってスキャンさせる。そして、このスキャンの過程で、キャリッジ７１に着脱自在に装着される液体吐出ヘッド１２の吐出口４から吐出動作を行わせ、吐出口４の配列範囲に対応した一定のバンド幅を記録する。その後記録媒体の搬送を行い、さらに次のバンド幅について記録を行う構成となっている。
【００１４】
キャリッジ７１に対しては、これに搭載される液体吐出ヘッド１２を駆動する信号などを供給するためのフレキシブルケーブル７２が取り付けられている。その一端は、キャリッジ７１の液体吐出ヘッド搭載部分に設けたコンタクトピン付き基板７３に接続されている。フレキシブルケーブル７２の他端は、本プリンタの制御を実行する不図示の制御回路に接続されている。また、キャリッジ７１の移動可能な範囲の一部、例えば液体吐出ヘッドのホームポジションには、液体吐出ヘッドの回復処理を行うための回復系ユニット８９が設けられている。
【００１５】
〔液体吐出装置の制御構成〕
次に、本発明を適用可能である液体吐出装置の制御を実行するための構成について説明する。
【００１６】
図１０は本発明の液体吐出装置の制御回路の構成を示すブロック図である。制御回路を示す同図において、１７００は吐出信号を入力するインターフェース、１７０１はＭＰＵ、１７０２はＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムを格納するＲＯＭである。また、１７０３は各種データ（上記吐出信号や液体吐出ヘッド１２に供給される記録データ等）を保存しておくＤＲＡＭである。１７０４は液体吐出ヘッド１２に対する記録データの供給制御を行うゲートアレイ（Ｇ．Ａ．）であり、インターフェース１７００、ＭＰＵ１７０１、ＲＡＭ１７０３間のデータ転送制御も行う。駆動手段としてのヘッドドライバ１７０５は、液体を吐出するように液体吐出ヘッド１２に設けられた発熱部としてのヒーター１を駆動する。また、モータドライバ１７０６、１７０７はそれぞれ搬送モータ１７０９、キャリアモータ１７１０を駆動する。
【００１７】
上記制御構成の動作を説明すると、インターフェース１７００に吐出信号が入るとゲートアレイ１７０４とＭＰＵ１７０１との間で記録信号がプリント用の記録データに変換される。そして、モータドライバ１７０６及び１７０７が駆動されると共に、ヘッドドライバ１７０５に送られた記録データに従ってヒーター１が駆動され、液体が吐出されて記録が行われる。
【００１８】
ここでは、ＭＰＵ１７０１が実行する制御プログラムをＲＯＭ１７０２に格納するものとしたが、ＥＥＰＲＯＭ等の消去／書き込みが可能な記憶媒体を追加し、液体吐出装置と接続されたコンピュータから制御プログラムを変更できるような構成も可能である。
【００１９】
〔液体吐出ヘッドの構成〕
図５は本発明の液体吐出方法を適用可能な液体吐出ヘッド１２を備えるヘッドカートリッジの斜視図である。また、図６（ａ）は液体が吐出する方向から見た液体吐出ヘッドの上面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【００２０】
図１は図６に示した液体吐出ヘッド１２のＢ部分の拡大図で、液体吐出ヘッド１２の概略構成を示しており、図１（ａ）は液体吐出ヘッドの断面図、図１（ｂ）は液体が吐出する方向から見た図１（ａ）の上面図である。
【００２１】
図１に示すように、素子基板２と素子基板２上に配設され、樹脂から成形されたオリフィスプレート３とで、液体の通る流路５が構成されている。なお本実施形態において、流路５の流路抵抗を考慮すると、流路５の高さＴｎ、すなわち素子基板２の上面からオリフィスプレート３の下面までの距離は５μｍ以上が好ましい。また、オリフィスプレート３の強度を考慮すると、その厚さＴｏは３μｍ以上が好ましい。
【００２２】
また、素子基板２上には発熱部としての矩形のヒーター１が設けられている。ここでヒーター１は、対に配置された電極の間に位置する、発熱抵抗層の一部から構成されている。ヒーター１により熱エネルギーを発生し、この熱エネルギーを、加熱面１１を介して液体に付与する。このヒーター１の構成は、ヒーター１の上面が保護膜等の膜で覆われている場合と覆われていない場合がある。前者の場合は、ヒーター１に対応した、液体と接触する保護膜の上面が加熱面１１として液体を加熱し、後者の場合は、液体と接触するヒーター１の上面が加熱面１１として液体を加熱する。
【００２３】
オリフィスプレート３にはヒーター１に対向するように設けられた円形状に開口する吐出口４と、流路５から吐出口４へと繋がり、柱状の形状を有する吐出口部６とが備えられている。また、吐出口４は、液体が吐出する方向に関して吐出口４の重心と加熱面１１の重心とが一致するように設けられている。なお、本実施形態においては吐出口の形状は円形としたが、吐出口の形状はこれに限るものでなく、例えば矩形状であってもよい。また、液体が吐出する方向に関して吐出口４と加熱面１１とが互いに部分的にでも重なっていればよく、吐出口４の重心と加熱面１１の重心が一致していない構成であってもよい。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように、流路５は液体が吐出する方向に沿い吐出口４の重心を含む面に関して、ｘ方向に対称に延びるように配設されており、吐出口４には吐出口部６を介して両側の流路５から液体が供給される。なお、このように対称に延びた流路でなく、図４（ａ）に示すような一方の流路から吐出口に液体が供給される構成であってもよい。
【００２５】
〔液体吐出方法〕
図２に本発明の液体吐出方法を適用した場合の液体吐出の工程図を示す。まず、ヒーター１を駆動させることで、加熱面１１によって加熱面１１上の液体が加熱され、気泡３０１が発生し、この気泡３０１の発生に伴って生じる圧力により液体がその吐出方向に押し出される（図２（ｂ））。このとき、加熱面１１上は気泡３０１によって覆われた状態となる。そして、この気泡３０１の体積が増加して、図２（ｃ）のように気泡３０１が吐出口部６の中に入り込むことで、吐出される過程にある液体（吐出液体３００）と流路内液体２００とが気泡３０１で分断された状態となる。気泡３０１が最大の体積となるまで成長した後、その体積は減少し始め、この気泡３０１の収縮に伴って、吐出液体の後方部３０４が加熱面１１に向かって移動する（図２（ｄ））。このとき、吐出液体の先端部（主滴）３０５と吐出液体の後方部３０４には液体が吐出する方向に関して速度の差が生じており、これにより吐出液体３００には尾引き３０３が形成される。吐出液体のメニスカス３０２の加熱面１１方向へ引き込まれる速度が、気泡３０１の収縮する速度より速いと、気泡３０１が大気に連通し、図２（ｆ）のように吐出液体の後方部３０４が加熱面１１に接して、加熱面１１を覆うように広がっていく。
【００２６】
図２（ｆ）の状態でヒーター１を駆動させて、加熱面１１に接触した液体の後方部３０４を、加熱面１１によって加熱する。これにより、後方部３０４の一部の液体が気化され、気泡３０８が発生する。気泡３０８の発生に伴って生じる圧力により液体が吐出する方向（吐出液体３００の先端部３０５の方向）に向かって後方部３０４が押され、後方部３０４がこの方向の速度成分をもった状態で、吐出液体３００は吐出口４から吐出される（図２（ｈ）、（ｉ））。これにより、液体の先端部３０５と後方部３０４との速度差が小さくなり、尾引き３０３の長さが短くなるため、サテライトが発生しにくくなり、サテライトを一層低減することができる。なお、サテライトとは、主に記録媒体に着弾する程度の大きさを有する液滴を指す。
【００２７】
なお、加熱面１１に接した状態（図２（ｆ））でヒーター１を駆動させて後方部３０４の速度を上げる際、効率的にこの速度を上げるためには、以下の理由から吐出液体３００の体積が適切であることが望ましい。
【００２８】
まず、吐出液体３００の体積が小さいと、液体の後方部３０４と加熱面１１との接触面が小さい状態で液体の後方部３０４を加熱することになるため、後方部３０４に対して先端部３０５の方向への速度成分を付与しにくくなってしまう。
【００２９】
一方で、吐出液体３００の体積が大きいと、吐出液体３００が流路内液体２００に接触する可能性があり、この場合には流路内液体２００から吐出液体３００を分離する必要が生じる。
【００３０】
吐出液体３００の体積を適切な量とするためには、オリフィスプレート３の厚みＴＯ、流路５の高さＴｎ、液体を吐出するための熱エネルギーの大きさを適宜調整すればよい。また、流路５の高さＴｎ、及び／又はヒーター１からの熱エネルギーを調整することで、図２（ｃ）に示すような気泡３０１によって吐出液体３００と流路内液体２００とが分断された状態を経ることができる。この状態を経ると、吐出液体３００が流路内液体２００と繋がりにくくなるため、好ましい。この点を考慮すると、流路５の高さＴｎは７μｍ以下、オリフィスプレート３の厚さＴｏは９μｍ以下であることが好ましい。なお、このように気泡３０１によって吐出液体３００と流路内液体２００とが分断された状態を経ず、繋がった場合であっても、本発明の効果は得られるものである。
【００３１】
但し、上述したパラメーターの調整量によっては、後方部３０４が加熱面１１へ向かって移動し接触するという工程を経ずに液体が吐出される場合もあるので、パラメーターの調整はこの接触の工程を含む範囲内で適宜行うものとする。
【００３２】
本実施形態で用いた液体吐出ヘッド１２は、液体が吐出する方向に関する重心に対してｘ方向に対称である流路５が設けられている。これにより、後方部３０４が加熱面１１に接する際や加熱面１１から離れた後に、後方部３０４が吐出口部６の周縁に接触しにくくなり、後方部３０４が加熱面１１のみに接触した状態となりやすくなる。後方部３０４が加熱面１１以外の部分へ接触しなければ、吐出液体３００が加熱面１１から離れやすくなるため、上記の構成の液体吐出ヘッドが好ましい。
【００３３】
更に、上記に加えて、液体が吐出する方向に関して吐出口４の重心と加熱面１１の重心とが一致する形態の液体吐出ヘッドを用いると、後方部３０４が加熱面１１以外の部分に接触しにくくなるので好ましい。
【００３４】
なお、前述したように、液体吐出ヘッド１２の構成は、一方の流路から吐出口４に液体が供給されるものでもよい。図４は本実施形態をこの液体吐出ヘッドに適用した場合の液体吐出の工程を示す図であり、図４（ｇ）の状態において加熱面１１により後方部３０４を加熱することで、後方部３０４に気泡を発生させて後方部３０４の速度を増加させるものである。
【００３５】
また、本実施形態では気泡３０１が大気に連通した後に後方部３０４が加熱面１１に接するという工程順であるが、気泡３０１が大気と連通するタイミングはこれに限ったものでなく、後方部３０４が加熱面１１に接した後、または同時であっても構わない。
【００３６】
〔ヒーター駆動〕
図３（ａ）は、本実施形態においてヒーター１に印加される電圧の波形を示し、Ｔ１は吐出液体の後方部３０４が加熱面１１に接した時間を示す。１回の液体吐出について、ヒーター１に印加する電圧は、液体を吐出させるための第一の矩形パルスと、液体の後方部３０４の速度を増加させるための第二の矩形パルスとからなる。まず、第一の矩形パルスにより第一の熱エネルギーを発生し、その後、第二の矩形パルスにより第二の熱エネルギーを発生する。本実施形態においては、第一の矩形パルスは、パルス幅０．７５μｓ、電圧１７．６Ｖで、第二の矩形パルスは、パルス幅０．５μｓ、電圧１７．６Ｖで、第一の矩形パルスの印加が終了してから２．５μｓ後に印加する。本実施形態においては、液体の後方部３０４が加熱面１１に接した状態で第二の矩形パルスの印加を開始するものである。
【００３７】
また、本発明の液体吐出方法を実施しても、表面張力によって液体の後方部３０４が先端部３０５から分離されてしまう場合がある（図２（ｈ２））。そこで、先端部３０５が記録媒体に着弾する前に後方部３０４を含む液体が先端部３０５を含む液体に追いつき、分離した液体同士が合体する（図２（ｉ））ように、後方部３０４を加熱することで、よりサテライトの低減を図ることができる。
【００３８】
なお、ヒーター駆動に関して、第一の実施形態における他の形態としては、図３（ｂ）〜（ｅ）に示すような電圧波形が挙げられる。図３（ｂ）、（ｃ）は後方部３０４が加熱面１１に接する前に第二の矩形パルスの付与を開始させるものであり、図３（ｃ）については加熱面１１への接触の前にパルス付与を終了させるものである。また、図３（ｄ）、（ｅ）は第二の矩形パルスを付与せずに、第一の矩形パルスによって加熱面１１に接触した後方部３０４に気泡を発生させるものであり、図３（ｅ）については加熱面１１への接触の前にパルス付与を終了させるものである。
【００３９】
ヒーターの耐久性を考慮した場合、図３（ｄ）、（ｅ）のような連続したパルスでなく、図３（ａ）〜（ｃ）のように、異なるパルスを付与することにより、液体吐出のための加熱と後方部３０４の速度を増加させるための加熱を行うことが望ましい。
【００４０】
更に、本実施形態においては同じヒーター１に電圧を２回印加するために、液体の後方部３０４が加熱面１１に接した状態における加熱面１１の温度は、液体吐出のための加熱をする前の温度より高い状態である。そのため本実施形態のように、第二の熱エネルギーは第一の熱エネルギーより小さくすることができる。更に、ある熱エネルギー以上のパルスを印加しても、再加熱時の気泡の生成に寄与しないため、後方部３０４の速度は変わらない。したがって、ヒーター１の耐久性の観点から考えると、熱エネルギーは大きすぎない方が好ましく、第二の矩形パルスは第一の矩形パルスの４０〜８０％の熱エネルギーで駆動させる方がヒーターの耐久性の点で有利である。
【００４１】
上記にヒーター１の駆動に関する複数の例を示したが、次に、第二の矩形パルスを付与するタイミングの好適な例について図１１を用いて説明する。図１１（ａ）は吐出液体のヒーター（加熱面）との接触面３０６（図１１（ｄ））の時間変化を示すグラフであり、図１１（ｂ）〜（ｆ）は、図１１（ａ）に示す時刻における吐出液体の状態を示す。なお、吐出液体やその後方部３０４は吐出口４に直交する方向から見て略円形状であるとみなせるため、図１１（ａ）において、接触面３０６は図示するような断面における吐出液体の加熱面１１と接触する部分の長さを示している。
【００４２】
まず、図３（ｂ）、（ｃ）、図１１（ｂ）のように、吐出液体の後方部３０４が加熱面１１に接する時間Ｔ１よりも前に第二の矩形パルスの付与を開始する場合、加熱面１１に接した後方部３０４の接触面３０６（図１１（ｄ））の全体に気泡が形成されやすい。この場合、吐出液体の後方部３０４に生じた気泡がすぐに大気と連通してしまい、後方部３０４を押すために十分な圧力が得られない可能性がある。その結果、効率的に液体の後方部３０４の速度を上げにくくなる可能性がある。したがって、吐出液体の後方部３０４が加熱面１１に接した後に第二の矩形パルスの付与を開始することが好ましい。
【００４３】
また、液体の後方部３０４が加熱面１１に接した状態であっても、図１１（ｃ）のように吐出液体の後方部３０４と加熱面１１との接触面３０６が小さいと、第二の矩形パルスによって後方部３０４に生じる発泡面積が小さくなる。そのため、効率的に吐出液体の後方部３０４の速度を上げにくくなる可能性がある。したがって、吐出液体の後方部３０４が加熱面１１の上で十分に広がった状態で第二の矩形パルスの付与を開始することがより好ましい。ここで、接触面３０６が十分に広がった状態とは、図１１（ｄ）、（ｅ）のように、吐出液体の後方部３０４の加熱面１１と接触する接触面３０６の面積が、後方部３０４の液柱３０７の断面積より大きい状態のことをいう。なお、後方部３０４の液柱３０７とは、図１１（ｄ）に示す吐出液体の状態において吐出口４を通る位置における吐出液体の断面のことをいう。
【００４４】
次に、第二の矩形パルスの付与を開始するタイミングが遅い場合、液体の後方部３０４が吐出液体３００から切り離された状態（図１１（ｆ））となる可能性がある。この場合、第二の矩形パルスを付与して後方部３０４を先端部３０５と合体させればよいが、先端部３０５と後方部３０４とが繋がった状態と比べて、吐出液体がまとまりにくくなってしまう。したがって、吐出口４から吐出された液体の先端部３０５と加熱面１１に接した後方部３０４とが繋がった状態で、第二の矩形パルスの付与を開始することが好ましい。
【００４５】
以上の点を考慮すると、本実施形態においては、具体的には、第一の矩形パルスを停止してから１．５〜３．５μｓ後に第二の矩形パルスの付与を開始することが好ましい。これにより、効率的に液体の後方部３０４の速度を上げることが可能である。
【００４６】
なお、上記は第二の矩形パルスの付与を開始するタイミングの好適な例として説明したが、上記は後方部３０４に気泡を発生させるタイミングと考えることも可能である。また、本実施形態では１度の液体吐出についてヒーター１に２つのパルスを付与したが、各パルスは複数のパルスからなるものであってもよい。また、パルス形状は矩形に限定されるものではない。
【００４７】
（第二の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態に係る液体吐出方法、及びこの液体吐出方法に適用し得る液体吐出ヘッドについて、図７を用いて説明する。第一の実施形態では、液体の吐出するための加熱と加熱面に接触した液体の後方部への加熱を同一のヒーターで行うものであったが、本実施形態はこれらの加熱を別のヒーターで行うものである。なお、第一の実施形態と共通する構成については必要ない限り説明を省略する。
【００４８】
〔液体吐出ヘッドの構成〕
図７は本発明の液体吐出方法を適用可能な液体吐出ヘッド１２の概略構成を示す図であって、図７（ａ）は液体吐出ヘッドの断面図、図７（ｂ）は液体が吐出する方向から見た図７（ａ）の上面図である。
【００４９】
本実施形態では、図７に示すように素子基板２上には液体を吐出するための第一の発熱部としての二つの吐出用ヒーター９が設けられている。また、この吐出用ヒーター９間の中央に挟まれるようにして、液体の後方部３０４の速度を大きくするための、第二の発熱部としての後方部加熱用ヒーター１０が設けられている。液体が吐出する方向に関して、後方部加熱用ヒーター１０の重心と吐出口４の重心とが一致するように、後方部加熱用ヒーター１０は配設される。また、吐出用ヒーター９、後方部加熱用ヒーター１０に夫々対応し、液体と接触するヒーター上面、又は保護膜の上面が、第一の加熱面１３、第二の加熱面１４として液体を加熱する。
【００５０】
図７（ｃ）は本実施形態で用いた液体吐出ヘッド１２におけるヒーターの配線図である。吐出用ヒーター９及び後方部加熱用ヒーター１０には電源に接続される電源配線１５が設けられている。吐出用ヒーター９は、吐出用ヒータードライバ配線１６によって第一の駆動手段としての吐出用ヒータードライバ（不図示）に接続される。また、後方部加熱用ヒーター１０は、後方部加熱用ヒータードライバ配線１７によって第二の駆動手段としての後方部加熱用ヒータードライバ（不図示）に接続される。後方部加熱用ヒータードライバ配線１７は吐出用ヒータードライバ配線１６の図７（ｃ）における下側を通って延びる構成である。
【００５１】
〔液体吐出方法〕
液体吐出の工程は、まず、吐出用ヒータードライバによって液体吐出のために吐出用ヒーター９にパルスを印加する。その後、加熱面１１に向かって移動した吐出液体の後方部３０４が、第二の加熱面１４に接触した状態で後方部加熱用ヒータードライバによって後方部加熱用ヒーター１０にパルスを付与する。この後方部加熱用ヒーター１０へのパルス付与のタイミングは、第一の実施形態と同様で、後方部３０４の第二の加熱面１４への接触後に限らず、接触する前にパルス付与の開始や終了を行ってもよい。
【００５２】
液体の後方部３０４が第二の加熱面１４に接触した状態で後方部３０４を加熱して気泡を発生させるため、液体の後方部３０４の液体が吐出する方向の速度を大きくすることができる。これにより、主滴と液体の後方部の速度差を小さくし、サテライトの発生を低減することができる。
【００５３】
更に本実施形態においては、液体を吐出するためのヒーターと、後方部３０４の速度を増加させるためのヒーターを別々に設けたことで、ヒーターに印加する駆動電圧のパルス幅に加え、ヒーターの駆動電圧及びヒーターのサイズも適宜選択することができる。これにより、第一の実施形態のように一つの加熱面によって液体吐出のための加熱と後方部の速度増加のための加熱を行う場合と比較して、ヒーターの効率を上げることができる。また、ヒーターの駆動回数を抑えることができるため、ヒーターの耐久性の点においても好ましい。
【００５４】
ヒーター効率の点を考慮すると、第二の加熱面１４に関しては、後方部３０４が接触可能であり、且つ後方部３０４の速度を増加させられればよいので、第二の加熱面１３の面積は小さい方が好ましい。
【００５５】
本実施形態では、液体吐出の際の加熱は第一の加熱面１３のみによって行うものであったが、液体吐出の際に第一の加熱面１３と第二の加熱面１４の両方で加熱を行ってもよい。なお、図７に示した液体吐出ヘッド１２のように、液体が吐出する方向に沿い吐出口４の重心を含む面に関してｘ方向に対称である流路５を用いることで、第二の加熱面１４に液体の後方部３０４が接触しやすくすることが可能となる。更に、複数の第一の加熱面１３に挟まれるようにして、第一の加熱面１３間の中央に第二の加熱面１４を配置すると、後方部３０４が第二の加熱面１４に接触しやすくなる。
【００５６】
また、図７に示すように、流路５から吐出口４へ液体が供給される際の液体の移動方向に関して、第一の加熱面１３は第二の加熱面１４より上流側に設けられている。このように構成することで、第一の加熱面１３により発生させた気泡によって、供給される流路内液体２００が吐出液体３００に繋がりにくくすることができる。
【００５７】
但し、第一の加熱面１３及び第二の加熱面１４の個数や配置の仕方に関しては、本実施形態に限定されるものでなく、第二の加熱面１４に液体の後方部３０４が接触するように、第一の加熱面１３及び第２の加熱面１４を配置すればよい。例えば、複数の第一の加熱面１３間の中央に第二の加熱面１４が配置されていない構成や、第一の加熱面１３と第二の加熱面１４とが一つずつであり、夫々が並置された構成であってもよい。
【００５８】
（第三の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態に係る液体吐出方法について、図１２を用いて説明する。本実施形態は、液体を連続的に吐出している場合の吐出と、暫時休止した後（例えば１Ｓ後以上）の一発目の吐出とで、第二の矩形パルス印加のタイミングを異ならせることが特徴である。なお、休止後の二発目以降の吐出は連続吐出時の吐出と考えることができる。図１２は、本実施形態における休止後の一発目の吐出とそれ以降との吐出とにおけるヒーターに印加される電圧の波形を示す図である。
【００５９】
休止後の吐出一発目の液体は、連続吐出時の液体と比べ、水分が蒸発して増粘している。このため、連続吐出時に比べ、休止後の吐出一発目における吐出液体の先端部（主滴）３０５の速度は遅い。また、連続吐出時に比べ、休止後の吐出一発目における吐出液体の後方部３０４の量は多い。このため、休止後の吐出一発目においては、連続吐出時と比べ、吐出液体の後方部３０４が加熱面１１に接してから加熱面１１の上で早く広がるため、後方部３０４の液体が流路内液体２００（図２（ｆ））と合体しやすい。吐出液体の後方部３０４と流路内液体２００が合体した状態で吐出液体の後方部３０４を加熱すると、新たなサテライトが生じる可能性がある。
【００６０】
第一の実施形態において、第一の矩形パルスの付与を停止してから１．５〜３．５μｓ後に第二の矩形パルスの付与を開始することが好ましいと説明したが、これは連続吐出時における条件である。休止後の吐出一発目において吐出液体の後方部３０４と流路内液体２００が合体する前に第二の矩形パルスの付与を開始することを考慮すると、第二の矩形パルスの付与の開始の好ましい範囲が狭くなってしまう可能性がある。
【００６１】
そこで、休止後の吐出一発目における第二の矩形パルスの付与の開始を、連続吐出時の第二の矩形パルスの付与の開始よりも早めることが好ましい。すなわち、連続吐出時における第一の矩形パルスの停止から第二の矩形パルスの開始までの時間Ｔ２１と比べ、休止後の吐出一発目における第一の矩形パルスの停止から第二の矩形パルスの開始までの時間Ｔ２ｎを短くすることが好ましい。なお、連続吐出時も休止後の吐出一発目も第二の矩形パルスの付与の開始は、吐出液体の後方部３０４が流路内液体２００に合体する前のタイミングである。
【００６２】
このように、連続吐出時と休止後の吐出一発目とで第二の矩形パルス付与開始の時間を異ならせることで、連続吐出時では選択可能な第二の矩形パルスの付与タイミングの範囲を狭めずに済む。また、このように第二の矩形パルス付与開始の時間を異ならせることで、第二の矩形パルスを付与する際に加熱面１１上に存在する吐出液体の後方部３０４の体積が、連続吐出時と休止後の吐出一発目とで揃いやすくなる。
【００６３】
なお、発明者らの実験によって以下のことがわかった。すなわち、休止後の吐出一発目において、第二の矩形パルスのパルス幅Ｐ２が第一の矩形パルスのパルス幅Ｐ１の５０％であり、第一の矩形パルス停止から３．０μｓ後以降に第二のパルスの付与を開始した場合に、サテライトが発生しやすいことがわかった。これは、吐出液体の後方部３０４が流路内液体２００と合体した後に第二の矩形パルスによって後方部３０４が加熱されたためと考えられる。ここで、第二の矩形パルスの幅Ｐ２を第一の矩形パルスの幅Ｐ１の５０％とした設定は、本実験で用いた系において連続吐出時のサテライトの発生を抑えるためのパルス幅の下限である。つまり、第二の矩形パルスの幅Ｐ２をこの下限よりも短くすると、連続吐出時においてもサテライトが発生しやすくなる可能性がある。
【００６４】
この結果、休止後の吐出一発目における第二の矩形パルスの付与の開始を吐出液体の後方部３０４と流路内液体２００が合体する前の時間とするために、Ｔ２１を１．５〜２．５μｓの範囲で選択することが好ましいことがわかった。また、その後の二発目以降はＴ２ｎを１．５〜３．５μｓの範囲で選択することが好ましいことがわかった。なお、ここで述べた休止の時間は１ｓ以上である。
【００６５】
（第四の実施形態）
次に、本発明の他の実施形態に係る液体吐出方法について、図１３を用いて説明する。図１３は休止後の一発目の吐出とそれ以降との吐出とにおけるヒーターに印加される電圧の波形を示す図である。第三の実施形態で示したように、休止後の吐出一発目は、吐出液体の後方部３０４が流路内液体２００と合体しやすい。このため、第二の矩形パルスの付与開始のタイミングによっては新たなサテライトが生じやすくなる。そこで、本実施形態では、休止後の吐出一発目における第二の矩形パルスのパルス幅Ｐ２１を連続吐出時の第二の矩形パルスのパルス幅Ｐ２ｎよりも長くするなどして熱エネルギーを多くする。これにより、吐出液体の後方部３０４に十分な発泡エネルギーが付与されて吐出されるため、休止後の吐出一発目におけるサテライトの発生を抑えることができる。
【００６６】
前述したように第二の矩形パルスは第一の矩形パルスの４０〜８０％の熱エネルギーとすることがヒーターの耐久性の点で有利である。しかし、休止後の吐出一発目において、第一の矩形パルスの４０〜６０％の熱エネルギーで第二の矩形パルスを付与すると、サテライトが発生しやすくなる。これに対し、休止後の吐出一発目に合わせ、休止後の二発目以降の吐出、すなわち連続吐出時においても常に６０〜８０％の熱エネルギーで第二の矩形パルスを付与すると、消費エネルギーの増大やヒーター耐久性の低下といった課題が生じる。
【００６７】
そこで、休止後の吐出一発目においては、連続吐出時よりも第二の矩形パルスのエネルギーを多くする。これにより、省エネルギーやヒーター耐久性を考慮しつつ、サテライトの発生を抑えることができる。また、これにより、第二の矩形パルスによって加熱面１１上の吐出液体の後方部３０４に加えられる単位体積あたり（あるいは単位接触面積あたり）の投入エネルギーが、休止後の吐出一発目と連続吐出時とで揃いやすくなる。
【００６８】
なお、発明者らの実験によって以下のことがわかった。第三の実施形態で述べた系と同様に、第一の矩形パルス停止から第二の矩形パルス開始までの時間Ｔ２１が３．０μｓで、第二の矩形パルスのパルス幅Ｐ２を第一の矩形パルスのパルス幅Ｐ１の５０％と一定（Ｐ２１＝Ｐ２ｎ）とした。この場合、連続吐出時においてはサテライトが発生しにくいが、休止後の吐出一発目においてはサテライトが発生しやすいことがわかった。そこで、休止後の吐出一発目は第二の矩形パルスのパルス幅Ｐ２１を連続吐出時のパルス幅Ｐ２ｎよりも長くし、例えばＰ１の６０〜８０％のパルスを付与した。これにより、消費エネルギーの増大を抑制しつつ、休止後の吐出再開一発目においてもサテライトの発生を抑えることができた。なお、ここで述べた休止の時間は１ｓ以上である。
【００６９】
また、本実施形態のようにパルス幅を異ならせるのではなく電圧を変えること、あるいはその両方で、休止後の吐出一発目と連続吐出時とにおける第二の矩形パルスの熱エネルギーを異ならせてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１  ヒーター（発熱部）
４  吐出口
５  流路
９  吐出用ヒーター
１０  後方部加熱用ヒーター
１１  加熱面
１２  液体吐出ヘッド
１３  第一の加熱面
１４  第二の加熱面
３００  吐出液体
３０４  吐出液体の後方部
【図１】
2018069535.tif 000003
【図２】
2018069535.tif 000004
【図３】
2018069535.tif 000005
【図４】
2018069535.tif 000006
【図５】
2018069535.tif 000007
【図６】
2018069535.tif 000008
【図７】
2018069535.tif 000009
【図８】
2018069535.tif 000010
【図９】
2018069535.tif 000011
【図１０】
2018069535.tif 000012
【図１１】
2018069535.tif 000013
【図１２】
2018069535.tif 000014
【図１３】
2018069535.tif 000015