(57)【要約】      （修正有）【課題】高精度に吐出量を安定化させることのできる液体吐出装置の提供。【解決手段】液滴を吐出する吐出口５１と、吐出口に対向する位置に配置された発熱素子５８と、発熱素子によって内部の液体に気泡６６を発生させる気泡発生室５２と、気泡発生室側に開口するとともに気泡発生室側の反対側に吐出口が形成された気泡成長室５３と、発熱素子の駆動を制御する駆動制御手段とを備え、駆動制御手段は、３μｓｅｃ以下のパルス幅で発熱素子に所定の熱エネルギーを発生させ、気泡発生室内部の液体を膜沸騰させるものであり、膜沸騰によって気泡発生室内部の液体に発生した気泡は、気泡成長室の気泡発生室側開口端部に略均一に接触する状態を経て、気泡成長室内部で成長して吐出口から大気に連通するとともに、気泡成長室内部の液体は吐出口から液滴として吐出されることを特徴とする液体吐出装置。【選択図】図５
2008074019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液滴を吐出する吐出口と、
前記吐出口に対向する位置に配置され、液滴を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子と、
前記発熱素子によって内部の液体に気泡を発生させる気泡発生室と、
前記気泡発生室側に開口するとともに前記気泡発生室側の反対側に前記吐出口が形成され、前記気泡発生室の内部に発生した気泡を成長させるための気泡成長室と、
前記発熱素子の駆動を制御する駆動制御手段と、を備え、
前記駆動制御手段は、３μｓｅｃ以下のパルス幅で前記発熱素子に所定の熱エネルギーを発生させ、前記気泡発生室内部の液体を膜沸騰させるものであり、
前記膜沸騰によって前記気泡発生室内部の液体に発生した気泡は、前記気泡成長室の気泡発生室側開口端部に略均一に接触する状態を経て、前記気泡成長室内部で成長して前記吐出口から大気に連通するとともに、前記気泡成長室内部の液体は前記吐出口から液滴として吐出されることを特徴とする液体吐出装置。
【請求項２】
前記吐出口の吐出方向に関して、前記気泡発生室の高さをＨ１、及び前記気泡成長室の高さをＨ２としたとき、次式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の液体吐出装置。
０．５≦Ｈ２／（Ｈ１＋Ｈ２）≦０．９
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の液体吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項４】
液滴を吐出する吐出口と、
前記吐出口に対向する位置に配置され、液滴を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子と、
前記発熱素子によって内部の液体に気泡を発生させる気泡発生室と、
前記気泡発生室側に開口するとともに前記気泡発生室側の反対側に前記吐出口が形成され、前記気泡発生室の内部に発生した気泡を成長させるための気泡成長室と、
前記発熱素子の駆動を制御する駆動制御手段と、を備えた液体吐出装置の液体吐出方法であって、
３μｓｅｃ以下のパルス幅で前記発熱素子に所定の熱エネルギーを発生させ、前記気泡発生室内部の液体を膜沸騰させる工程と、
前記膜沸騰によって前記気泡発生室内部の液体に発生した気泡を成長させて前記気泡成長室の気泡発生室側開口端部に略均一に接触させる工程と、
前記気泡成長室で気泡を更に成長させて前記吐出口から大気に連通させるとともに、前記気泡成長室内部の液体を前記吐出口から液滴として吐出する工程と、
を含むことを特徴とする液体吐出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体吐出装置、画像形成装置、及び液体吐出方法に係り、特に、発熱素子で生じる熱エネルギーを利用してノズル（吐出口）から液滴を吐出する液体吐出装置、画像形成装置、及び液体吐出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インクジェット記録装置は、複数のノズル（吐出口）を有する記録ヘッドを記録媒体に対して相対的に移動させながら、各ノズルから記録媒体に向かってインク滴を吐出することにより、記録媒体上に所望の画像を記録するものであり、記録動作時の騒音性が低く、ランニングコストが安く、また、多種多様の記録媒体に対して高品位な画像を記録できることなどから広く普及している。記録ヘッドの吐出方式としては、吐出素子として、ヒーターなどの発熱素子を用いるサーマル方式と、ピエゾなどの圧電素子を用いる圧電方式に大別することができる。サーマル方式は、圧電方式に比べて、吐出素子の配設スペースを大きく確保する必要がなく、ヘッド構造を簡易化することができ、構造上ノズルピッチを高密度化するのに有利であり、高解像度記録化が進んでいる。
【０００３】
サーマル方式の記録ヘッドには、発熱素子とノズル（吐出口）が対向する位置に配置されたトップシューター型であり、且つ、発熱素子を駆動したときに発生する気泡を大気に連通させる大気連通駆動型のものがあり、ヘッド構造で液滴の吐出量を規定することができ、安定な吐出量を得るためのポテンシャルが高いという点で注目されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、トップシューター型であり、且つ、大気連通駆動型の記録ヘッドが記載されている。この記録ヘッドでは、吐出量の安定化や吐出効率の向上を図るために、第１及び第２の発泡室から成る２段発泡室構造が採用されている。
【特許文献１】特開２００４−４２３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の記録ヘッドでは、気泡成長のばらつきによって吐出量がばらつく可能性があり、高精度に吐出量を安定化させることは難しい問題がある。特に、吐出量が１ｐｌクラス以下のドットを形成する場合、吐出量の安定化は難しく、記録画像を大きく劣化させてしまう要因となる。
【０００６】
特に、特許文献１の構造の場合、気泡の上面側が第２の発泡室内に成長した後の工程では、整流作用の効果によって第２の発泡室内の液体が効率的に吐出し、吐出体積のばらつきの低減が期待できる。しかし、気泡の上面が第１の発泡室内にある気泡成長の初期段階においては、吐出すべき液体が第２の発泡室から第１の発泡室の方へ向かって逃げてしまい、より高精度な液滴吐出量を得ることができないといった問題がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、高精度に吐出量を安定化させることのできる液体吐出装置、画像形成装置、及び液体吐出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、液滴を吐出する吐出口と、前記吐出口に対向する位置に配置され、液滴を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子と、前記発熱素子によって内部の液体に気泡を発生させる気泡発生室と、前記気泡発生室側に開口するとともに前記気泡発生室側の反対側に前記吐出口が形成され、前記気泡発生室の内部に発生した気泡を成長させるための気泡成長室と、前記発熱素子の駆動を制御する駆動制御手段と、を備え、前記駆動制御手段は、３μｓｅｃ以下のパルス幅で前記発熱素子に所定の熱エネルギーを発生させ、前記気泡発生室内部の液体を膜沸騰させるものであり、前記膜沸騰によって前記気泡発生室内部の液体に発生した気泡は、前記気泡成長室の気泡発生室側開口端部に略均一に接触する状態を経て、前記気泡成長室内部で成長して前記吐出口から大気に連通するとともに、前記気泡成長室内部の液体は前記吐出口から液滴として吐出されることを特徴とする液体吐出装置を提供する。
【０００９】
本発明によれば、気泡成長室内部の液体が気泡発生室側（即ち、インク供給側）に逆流することなく、気泡成長のばらつきにも左右されず、気泡成長室の容積に略等しい液体が吐出口から吐出されるので、高精度に吐出量を安定化させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の液体吐出装置であって、前記吐出口の吐出方向に関して、前記気泡発生室の高さをＨ１、及び前記気泡成長室の高さをＨ２としたとき、次式を満たすことを特徴とする。
０．５≦Ｈ２／（Ｈ１＋Ｈ２）≦０．９
【００１１】
請求項２の態様によれば、吐出量が安定するだけでなく、リフィル性が向上し、液体に対する熱ダメージを低減することができる。
【００１２】
また前記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の液体吐出装置を備えたことを特徴とする画像形成装置を提供する。
【００１３】
また前記目的を達成するために、液滴を吐出する吐出口と、前記吐出口に対向する位置に配置され、液滴を吐出するための熱エネルギーを発生する発熱素子と、前記発熱素子によって内部の液体に気泡を発生させる気泡発生室と、前記気泡発生室側に開口するとともに前記気泡発生室側の反対側に前記吐出口が形成され、前記気泡発生室の内部に発生した気泡を成長させるための気泡成長室と、前記発熱素子の駆動を制御する駆動制御手段と、を備えた液体吐出装置の液体吐出方法であって、３μｓｅｃ以下のパルス幅で前記発熱素子に所定の熱エネルギーを発生させ、前記気泡発生室内部の液体を膜沸騰させる工程と、前記膜沸騰によって前記気泡発生室内部の液体に発生した気泡を成長させて前記気泡成長室の気泡発生室側開口端部に略均一に接触させる工程と、前記気泡成長室で気泡を更に成長させて前記吐出口から大気に連通させるとともに、前記気泡成長室内部の液体を前記吐出口から液滴として吐出する工程と、を含むことを特徴とする液体吐出方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、気泡成長室内部の液体が気泡発生室側（即ち、インク供給側）に逆流することなく、気泡成長のばらつきにも左右されず、気泡成長室の容積に略等しい液体が吐出口から吐出されるので、高精度に吐出量を安定化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１６】
まず、本発明に係る画像形成装置の一実施形態としてのインクジェット記録装置について説明する。図１は、インクジェット記録装置の全体構成図である。同図に示すように、本実施形態のインクジェット記録装置１０は、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の色インク毎に設けられた複数の記録ヘッドを有する印字部１２と、各記録ヘッドに供給するインクを貯蔵しておくインク貯蔵／装填部１４と、記録紙１６を供給する給紙部１８と、記録紙１６のカールを除去するデカール処理部２０と、前記印字部１２のノズル面（インク吐出面）に対向して配置され、記録紙１６の平面性を保持しながら記録紙１６を搬送する吸着ベルト搬送部２２と、印字部１２による印字結果を読み取る印字検出部２４と、印画済みの記録紙（プリント物）を外部に排紙する排紙部２６と、を備えている。
【００１７】
図１では、給紙部１８の一例としてロール紙（連続用紙）のマガジンが示されているが、紙幅や紙質等が異なる複数のマガジンを併設してもよい。また、ロール紙のマガジンに代えて、又はこれと併用して、カット紙が積層装填されたカセットによって用紙を供給してもよい。
【００１８】
ロール紙を使用する装置構成の場合、図１のように、裁断用のカッター２８が設けられており、該カッター２８によってロール紙は所望のサイズにカットされる。カッター２８は、記録紙１６の搬送路幅以上の長さを有する固定刃２８Ａと、該固定刃２８Ａに沿って移動する丸刃２８Ｂとから構成されており、印字裏面側に固定刃２８Ａが設けられ、搬送路を挟んで印字面側に丸刃２８Ｂが配置されている。なお、カット紙を使用する場合には、カッター２８は不要である。
【００１９】
複数種類の記録紙を利用可能な構成にした場合、紙の種類情報を記録したバーコードあるいは無線タグ等の情報記録体をマガジンに取り付け、その情報記録体の情報を所定の読取装置によって読み取ることで、使用される用紙の種類を自動的に判別し、用紙の種類に応じて適切なインク吐出を実現するようにインク吐出制御を行うことが好ましい。
【００２０】
給紙部１８から送り出される記録紙１６はマガジンに装填されていたことによる巻き癖が残り、カールする。このカールを除去するために、デカール処理部２０においてマガジンの巻き癖方向と逆方向に加熱ドラム３０で記録紙１６に熱を与える。このとき、多少印字面が外側に弱いカールとなるように加熱温度を制御するとより好ましい。
【００２１】
デカール処理後、カットされた記録紙１６は、吸着ベルト搬送部２２へと送られる。吸着ベルト搬送部２２は、ローラー３１、３２間に無端状のベルト３３が巻き掛けられた構造を有し、少なくとも印字部１２のノズル面に対向する部分が平面をなすように構成されている。
【００２２】
ベルト３３は、記録紙１６の幅よりも広い幅寸法を有しており、ベルト面には多数の吸引孔（不図示）が形成されている。図１に示したとおり、ローラー３１、３２間に掛け渡されたベルト３３の内側において印字部１２のノズル面に対向する位置には吸着チャンバー３４が設けられており、この吸着チャンバー３４をファン３５で吸引して負圧にすることによってベルト３３上の記録紙１６が吸着保持される。
【００２３】
ベルト３３が巻かれているローラー３１、３２の少なくとも一方にモーター（不図示）の動力が伝達されることにより、ベルト３３は図１において、時計回り方向に駆動され、ベルト３３上に保持された記録紙１６は紙搬送方向（副走査方向；図１の右方向）と搬送される。
【００２４】
縁無しプリント等を印字するとベルト３３上にもインクが付着するので、ベルト３３の外側の所定位置（印字領域以外の適当な位置）にベルト清掃部３６が設けられている。ベルト清掃部３６の構成について詳細は図示しないが、例えば、ブラシ・ロール、吸水ロール等をニップする方式、清浄エアーを吹き掛けるエアーブロー方式、あるいはこれらの組み合わせなどがある。清掃用ロールをニップする方式の場合、ベルト線速度とローラー線速度を変えると清掃効果が大きい。
【００２５】
なお、吸着ベルト搬送部２２に代えて、ローラー・ニップ搬送機構を用いる態様も考えられるが、印字領域をローラー・ニップ搬送すると、印字直後に用紙の印字面にローラーが接触するので、画像が滲み易いという問題がある。従って、本例のように、印字領域では画像面と接触させない吸着ベルト搬送が好ましい。
【００２６】
吸着ベルト搬送部２２により形成される用紙搬送路上において印字部１２の上流側には、加熱ファン４０が設けられている。加熱ファン４０は、印字前の記録紙１６に加熱空気を吹きつけ、記録紙１６を加熱する。印字直前に記録紙１６を加熱しておくことにより、インクが着弾後乾き易くなる。
【００２７】
インク貯蔵／装填部１４は、印字部１２の各記録ヘッドに対応する色のインクを貯蔵するタンク（メインタンク）を有している。また、インク貯蔵／装填部１４は、インク残量が少なくなるとその旨を報知する報知手段（表示手段、警告音発生手段等）を備えるとともに、色間の誤装填を防止するための機構を有している。
【００２８】
印字検出部２４は、印字部１２の打滴結果を撮像するためのイメージセンサ（ラインセンサ等）を含み、該イメージセンサによって読み取った打滴画像からノズルの目詰まりその他の吐出不良をチェックする手段として機能する。
【００２９】
本例の印字検出部２４は、記録紙１６の画像記録幅よりも幅の広い受光素子列を有するラインセンサで構成される。このラインセンサは、赤（Ｒ）の色フィルタが設けられた光電変換素子（画素）がライン状に配列されたＲセンサ列と、緑（Ｇ）の色フィルタが設けられたＧセンサ列と、青（Ｂ）の色フィルタが設けられたＢセンサ列とからなる色分解ラインＣＣＤセンサで構成されている。なお、ラインセンサに代えて、受光素子が二次元配列されて成るエリアセンサを用いることも可能である。
【００３０】
印字検出部２４は、各色の記録ヘッドにより印字されたテストパターンを読み取り、各記録ヘッドの吐出検出を行う。吐出判定は、吐出の有無、ドットサイズの測定、ドット着弾位置の測定等で構成される。
【００３１】
印字検出部２４の後段には、後乾燥部４２が設けられている。後乾燥部４２は、印字された画像面を乾燥させる手段であり、例えば、加熱ファンが用いられる。印字後のインクが乾燥するまでは印字面と接触することは避けたほうが好ましいので、熱風を吹きつける方式が好ましい。
【００３２】
多孔質のペーパに染料系インクで印字した場合などでは、加圧によりペーパの孔を塞ぐことでオゾンなど、染料分子を壊す原因となるものと接触することを防ぐことで画像の耐候性がアップする効果がある。
【００３３】
後乾燥部４２の後段には、加熱・加圧部４４が設けられている。加熱・加圧部４４は、画像表面の光沢度を制御するための手段であり、画像面を加熱しながら所定の表面凹凸形状を有する加圧ローラー４５で加圧し、画像面に凹凸形状を転写する。
【００３４】
このようにして生成されたプリント物は、排紙部２６から排出される。本来プリントすべき本画像（目的の画像を印刷したもの）とテスト印字とは分けて排出することが好ましい。このインクジェット記録装置１０では、本画像のプリント物と、テスト印字のプリント物とを選別してそれぞれの排出部２６Ａ、２６Ｂへと送るために排紙経路を切り換える選別手段（不図示）が設けられている。なお、大きめの用紙に本画像とテスト印字とを同時に並列に形成する場合は、カッター（第２のカッター）４８によってテスト印字の部分を切り離す。カッター４８は、排紙部２６の直前に設けられており、画像余白部にテスト印字を行った場合に、本画像とテスト印字部を切断するためのものである。カッター４８の構造は前述した第１のカッター２８と同様であり、固定刃４８Ａと丸刃４８Ｂとから構成されている。また、図示を省略したが、本画像の排出部２６Ａには、オーダー別に画像を集積するソーターが設けられている。
【００３５】
本実施形態では、ＫＣＭＹの標準色（４色）の構成を例示したが、インク色や色数の組み合わせについては本実施形態には限定されず、必要に応じて淡インク、濃インクを追加してもよい。例えば、ライトシアン、ライトマゼンタ等のライト系インクを吐出する記録ヘッドを追加する構成も可能である。
【００３６】
図２は、インクジェット記録装置１０の印字部周辺の構成を示した概略構成図である。インクジェット記録装置１０は、ガイドレール９０によって案内された状態で記録紙１６の紙幅方向（主走査方向）に往復移動可能なキャリッジ９２を備えている。このキャリッジ９２上には、ブラック（Ｋ）、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の各色インクにそれぞれ対応する記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙが搭載される。各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙは、発熱素子としてのヒーターを備えており、発熱素子で生じる熱エネルギーを利用してインク吐出口（ノズル）からインク滴を吐出させる。インクジェット記録装置１０は、記録紙１６を副走査方向（紙搬送方向）に搬送しつつ、各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙと共にキャリッジ９２を主走査方向に往復移動させながら、各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙのノズルからそれぞれ対応する色インクのインク滴を吐出させる。これにより、記録紙１６上に所望の画像が記録される。
【００３７】
各記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙはそれぞれサブタンク（不図示）と一体的に構成されており、記録動作中、サブタンク内に貯蔵されるインクが記録ヘッドのインク消費に伴って順次供給される。また、記録動作の進行に伴ってサブタンク内のインク残量が所定量以下になると、キャリッジ９２は、図２に示すような所定の待機位置（メンテナンス位置）に移動される。待機位置では、メインタンクからサブタンクにインク補給が行われ、サブタンク内にインクが十分満たされた後、記録動作が再開される。なお、メインタンクは、図１に示したインク貯蔵／装填部１４と等価なものである。
【００３８】
以下では、各色に対応する記録ヘッド１２Ｋ、１２Ｃ、１２Ｍ、１２Ｙの構成は共通するので、これらを代表して符号５０で記録ヘッドを表す。
【００３９】
図３は、記録ヘッド５０の要部構成を示した断面図である。図３に示すように、本実施形態の記録ヘッド５０は、吐出素子として発熱素子を利用したサーマル方式ヘッドであり、その中でも特に、発熱素子としてのヒーター５８と吐出口（ノズル）５１が対向して配置されたトップシューター型であり、且つ、ヒーター５８を駆動したときに発生する気泡を大気に連通させる大気連通駆動型のヘッド構造が採用されたものである。なお、図３では、鉛直上方向がノズル５１の吐出方向となるように示している。以下、記録ヘッド５０の各部の構造について詳説する。
【００４０】
図３に示すように、記録ヘッド５０は、第１の基板６０、第２の基板６２、及び第３の基板６４が順次積層され接合されている。各基板の構成材料としては、例えば、第１の基板６０がシリコン（Ｓｉ）、第２及び第３の基板６２、６４が感光性樹脂であるが、各基板の構成材料はこれらに限定されず、金属、ガラス、セラミックスなど様々な材料を用いることができる。また、各基板の構成材料は全て同一材料でもよいし、互いに異なる材料であってもよい。ただし、各基板の反りを軽減する観点から全て同一材料で構成されることが好ましい。
【００４１】
第１の基板６０には、吐出素子（発熱素子）としてのヒーター５８が第２の基板６２側の面に形成されるとともに、インク供給用の供給口５４が貫通形成される。なお、図示は省略したが、第１の基板６０には、ヒーター５８に駆動信号を供給するための電気配線が所定形状にパターニングされる。第２の基板６２には、気泡発生室５２やインク供給路５６の一部に相当する空間部が形成される。第３の基板６４には、気泡成長室５３やインク供給路５６の一部に相当する空間部が形成されるとともに、インク滴を吐出するための吐出口（ノズル）５１が貫通形成される。なお、図示は省略したが、記録ヘッド５０には、複数のノズル５１が２列で千鳥状に配列されており、各ノズル５１に対応する気泡発生室５２、気泡成長室５３及びヒーター５８が各々設けられている。
【００４２】
各基板６０〜６４が積層接合された状態において、気泡発生室５２の下面側にはヒーター５８が配置され、その反対側（上面側）には気泡成長室５３が連通する。気泡成長室５３は気泡発生室５２側に開口するとともに、その反対側（上面側）にはノズル５１が連通する。このように気泡発生室５２、気泡成長室５３、及びノズル５１は、ヒーター５８が配置される面に対して垂直な方向に沿って（即ち、吐出方向に平行に）配置され連通した構造となっている。なお、本実施形態では、上述したように、ヒーター５８とノズル５１が対向する位置に配置されたトップシューター型のヘッド構造が採用されており、これらの間に気泡発生室５２及び気泡成長室５３が配置される。
【００４３】
気泡成長室５３とノズル５１はそれぞれ円柱状（断面ストレート状）に構成され、これらは同軸上に配置される。なお、図３に示すように、気泡成長室５３の内径Ｄ２はノズル５１の内径Ｄ１よりも大きく構成される（即ち、Ｄ２＞Ｄ１）。
【００４４】
図示は省略するがヒーター５８の平面形状は円形状に構成され、気泡成長室５３やノズル５１の平面形状（軸方向に垂直な断面形状）と相似関係にあり、気泡成長室５３やノズル５１と同軸上に配置される。後述するように、本実施形態におけるヒーター５８の好ましいサイズとしては、ヒーター５８の長さ（外径）Ｌが気泡成長室の内径Ｄ２より大きく、且つ、気泡成長室の内径Ｄ２の１．２倍未満である。
【００４５】
各部の寸法を一例として示すと、ノズル５１の内径Ｄ１は１３．５［μｍ］、気泡成長室５３の内径Ｄ２及び高さＨ２はそれぞれ２７［μｍ］、１３．５［μｍ］、気泡発生室５２の高さＨ１は９［μｍ］、ヒーター５８の長さ（外径）Ｌは３１．５［μｍ］である。
【００４６】
気泡発生室５２には、その側方（図３の右側）に形成されるインク供給路５６が連通する。インク供給路５６には、第１の基板６０に貫通形成される供給口５４が連通しており、記録ヘッド５０の背面側（図３の下側）に配置されるサブタンク（不図示）から供給口５４を介してインク供給が行われる。気泡発生室５２や気泡成長室５３の内部には、インク供給路５６から供給されるインクが充填される。
【００４７】
かかる構成により、ヒーター５８に所定の駆動信号が供給されると、ヒーター５８で生じる熱エネルギーによってヒーター５８表面の気泡発生室５２内のインクに気泡が発生する。本実施形態では、後述するように、ヒーター５８表面の液体を膜沸騰させるのに十分な熱エネルギーが投入され、扁平状の気泡が発生する。気泡発生後、気泡は気泡発生室５２や気泡成長室５３で成長を続けてノズル５１から大気に連通するとともに、気泡成長室５３内のインクはノズル５１から押し出される形で液滴として吐出される。
【００４８】
なお、本実施形態では、気泡成長室５３は円柱状（断面ストレート状）に構成されているが、本発明の実施に際してはこれに限定されない。図４は、本実施形態の変形例としての記録ヘッドの要部構成を示した断面図である。図４中、図３と共通する部分には同一番号を付している。図４の記録ヘッド５０′の気泡成長室５３′は、ノズル５１の吐出方向（図３の上側）に向かって先細となる円錐台状（断面テーパ状）に構成される。この場合、気泡成長室５３′の傾斜面５３ａのテーパ角度（吐出方向に対する傾斜角度）θとしては、約１０〜４０［度］が好ましい。また、ノズル５１についても同様に、円柱状（断面ストレート状）に限定されず、例えば、円錐台状（断面テーパ状）に構成されていてもよい。また、ヒーター５８の平面形状は円形状に限らず、例えば、正方形状でもよい。
【００４９】
次に、本発明の特徴的な部分である吐出制御方法について説明する。図５は、気泡の発生及び成長プロセスを示した説明図であり、図３のノズル周辺部の拡大図に相当する。
【００５０】
まず、０．５〜３．０［μｓｅｃ］程度のパルス幅でヒーター５８に所定の熱エネルギーを発生させる。具体的には、ヒーター５８表面のインクを膜沸騰させるのに十分な熱エネルギーを投入する。これにより、図５（ａ）に示すように、ヒーター５８表面のインクは気化し、扁平状の気泡６６が発生する。なお、パルス幅が３．０［μｓｅｃ］を超えてしまうと数十［ｋＨｚ］オーダーの吐出周波数を実現することができないことから、上記範囲のパルス幅で所定の熱エネルギーを発生させることが好ましい。
【００５１】
膜沸騰によってヒーター５８表面に気泡６６が発生したら、ヒーター５８に対する通電パルスをオフにする。これにより、熱エネルギーの投入が停止されるため、新たなインクの気化（蒸発）はほとんど発生しない。しかし、０．５〜３．０［μｓｅｃ］程度の短時間のパルス幅で高い熱エネルギーを投入しているので、発生した気泡６６は高温であるため膨張を開始する。ヒーター５８表面に発生した気泡６６は扁平状の形状から膨張するので、図５（ｂ）に示すように、気泡６６は気泡成長室５３の気泡発生室５２側（ヒーター５８側）開口端部に略均一に接触する状態を経る。
【００５２】
更に、図５（ｃ）に示すように、気泡６６は膨張を続けて、気泡成長室５３の容積と略等しい体積の液滴（インク滴）をノズル５１から押し出す。やがて、気泡６６はノズル５１から大気に連通するとともに、液滴はノズル５１から離れて飛翔する。
【００５３】
このように膜沸騰によってヒーター５８表面に発生した扁平状の気泡６６は、気泡成長室５３の気泡発生室５２側（ヒーター５８側）開口端部に略均一に接触する状態（即ち、気泡成長室５３の気泡発生室５２側の開口端部が気泡表面で塞がれた状態）を経て、気泡成長室５３内のインクをノズル５１から押し出すような形で成長し、ノズル５１から大気に連通するとともに、気泡成長室５３内のインクは液滴としてノズル５１から吐出される。つまり、気泡成長室５３内のインクが気泡発生室５２側（インク供給路５６側）に逆流することがなく、気泡の成長ばらつきにも左右されず、気泡成長室５３の容積に略等しいインクがノズル５１から吐出されるので、高精度に吐出量を安定化させることができる。
【００５４】
発熱素子としてのヒーター５８による加熱条件としては、上述したように、０．５〜３．０［μｓｅｃ］程度の短時間のパルス幅で、ヒーター５８表面のインクを膜沸騰させるのに十分な熱エネルギーを投入する。具体的には、水系インクの場合で、３００〜４００［℃］の気泡を発生させるための熱量を与える。発生する気泡に相当するインクの体積、蒸発潜熱、比熱などの関係から、適宜投入する熱エネルギーを設定すればよい。このように吐出サイクル初期の短時間に高い熱エネルギーを投入して膜沸騰を発生させ、ヒーター５８表面に扁平状の気泡を生成させ、気泡が気泡成長室５３に入る段階では気泡膨張のみが起こっているプロセスを実現する。
【００５５】
このような吐出制御を実現する上で、記録ヘッド５０の各部の好ましい寸法条件としては、まず、気泡発生室５２の高さＨ１については、膜沸騰による気泡発生時の気泡の高さよりも大きいことと、インクのリフィル性能を確保できることを考慮して、その下限値を決定することが好ましい。また、気泡成長室５３の高さＨ２と内径Ｄ２については、ノズル５１から吐出される液滴の吐出量（体積）に応じて決定すればよい。
【００５６】
また、気泡発生室５２及び気泡成長室５３の高さＨ１＋Ｈ２に対する気泡成長室５３の高さＨ２の比Ｈ２／（Ｈ１＋Ｈ２）については極力大きい方がノズル５１の吐出量（体積）を高精度にすることができる。
【００５７】
図６は、気泡発生室５２及び気泡成長室５３の高さＨ１＋Ｈ２に対する気泡成長室５３の高さＨ２の比Ｈ２／（Ｈ１＋Ｈ２）を変化させたときの各特性（吐出量ばらつき性、リフィル性、インクの熱ダメージ）の評価結果である。各特性の評価基準としては、吐出量ばらつき性については、吐出量のばらつきが±３％以下の場合を◎、±３％〜±７％の場合を○、±７％以上の場合を×とした。また、リフィル性については、吐出周波数を変化させた場合に不吐出が発生しない限界周波数が３０ｋＨｚ以上の場合を◎、１０〜３０ｋＨｚの場合を○、１０ｋＨｚ以下の場合を×とした。また、インクの熱ダメージについては、熱エネルギーが付与される前後のインクの色濃度（光学濃度）の比の値が０．９以上の場合を◎、０．８以上０．９未満の場合を○、０．８未満の場合を×とした。なお、インクの熱ダメージについては、評価が×のものはなかった。
【００５８】
図６から分かるように、Ｈ２／（Ｈ１＋Ｈ２）の好ましい範囲としては、
０．５≦Ｈ２／（Ｈ１＋Ｈ２）≦０．９
である。つまり、気泡成長室５３の高さＨ２が、気泡発生室５２及び気泡成長室５３の高さＨ１＋Ｈ２の５０〜９０［％］の範囲となるように構成することで、吐出量のばらつきを低減することができ、且つ、リフィル性が向上し、また、インクの熱ダメージを抑制することができる。また、Ｈ２／（Ｈ１＋Ｈ２）のより好ましい範囲としては、
０．７≦Ｈ２／（Ｈ１＋Ｈ２）≦０．９
である。つまり、気泡成長室５３の高さＨ２が、気泡発生室５２及び気泡成長室５３の高さＨ１＋Ｈ２の７０〜９０［％］の範囲となるように構成することで、吐出量のばらつきを更に低減することができ、インクの熱ダメージをより抑制することができる。Ｈ２／（Ｈ１＋Ｈ２）の下限値を０．７とすることで、気泡成長室５３が全体に占める割合が高くなり、ヒーター５８で高温に加熱されたインクの大半を１回の吐出サイクルでヘッド外部に吐出することができるので、インクの色素の熱ダメージを低減することができるためである。
【００５９】
また、気泡の成長過程において、図５（ｂ）に示したように、気泡成長室５３の気泡発生室５２側（ヒーター５８側）開口端部に気泡が均一に接触するのに好ましい条件としては、ヒーター５８の長さ（外径）をＬとしたとき（図３参照）、次式に示すとおりである。
【００６０】
１．２×Ｄ２＞Ｌ＞Ｄ２
ヒーター５８の長さＬが気泡成長室５３の内径Ｄ２に比べて必要以上に大きすぎると、特に気泡成長室５３の内径Ｄ２の１．２倍以上であると、ヒーター５８の気泡発生室５２側の表面積が大きくなり、吐出に寄与しない無駄な熱エネルギーが消費されてしまう。このため、ヒーター５８の長さＬは、気泡成長室５３の内径Ｄ２より大きく、且つ、気泡成長室５３の内径Ｄ２の１．２倍未満であることが好ましい。
【００６１】
図７は、インクジェット記録装置１０のシステム構成を示す要部ブロック図である。インクジェット記録装置１０は、通信インターフェース７０、システムコントローラ７２、画像メモリ７４、モータードライバ７６、ヒータードライバ７８、プリント制御部８０、画像バッファメモリ８２、ヘッドドライバ８４等を備えている。
【００６２】
通信インターフェース７０は、ホストコンピュータ８６から送られてくる画像データを受信するインターフェース部である。通信インターフェース７０にはシリアルインターフェースやパラレルインターフェースを適用することができる。この部分には、通信を高速化するためのバッファメモリ（不図示）を搭載してもよい。
【００６３】
ホストコンピュータ８６から送出された画像データは通信インターフェース７０を介してインクジェット記録装置１０に取り込まれ、一旦画像メモリ７４に記憶される。画像メモリ７４は、通信インターフェース７０を介して入力された画像を一旦格納する記憶手段であり、システムコントローラ７２を通じてデータの読み書きが行われる。画像メモリ７４は、半導体素子からなるメモリに限らず、ハードディスクなど磁気媒体を用いてもよい。
【００６４】
システムコントローラ７２は、通信インターフェース７０、画像メモリ７４、モータードライバ７６、ヒータードライバ７８等の各部を制御する制御部である。システムコントローラ７２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びその周辺回路等から構成され、ホストコンピュータ８６との間の通信制御、画像メモリ７４の読み書き制御等を行うとともに、搬送系のモーター８８やヒーター８９を制御する制御信号を生成する。
【００６５】
モータードライバ７６は、システムコントローラ７２からの指示に従ってモーター８８を駆動するドライバ（駆動回路）である。ヒータードライバ７８は、システムコントローラ７２からの指示に従って後乾燥部４２その他各部のヒーター８９を駆動するドライバである。
【００６６】
プリント制御部８０は、システムコントローラ７２の制御に従い、画像メモリ７４内の画像データから印字制御用の信号を生成するための各種加工、補正などの処理を行う信号処理機能を有し、生成した印字制御信号（ドットデータ）をヘッドドライバ８４に供給する制御部である。プリント制御部８０において所要の信号処理が施され、該画像データに基づいてヘッドドライバ８４を介して記録ヘッド５０のインク滴の吐出量や吐出タイミングの制御が行われる。これにより、所望のドットサイズやドット配置が実現される。本発明の駆動制御手段は、プリント制御部８０内部に設けられる駆動制御部８０ａに相当する。駆動制御部８０ａにおいて上述した吐出制御が行われる。
【００６７】
プリント制御部８０には画像バッファメモリ８２が備えられており、プリント制御部８０における画像データ処理時に画像データやパラメータなどのデータが画像バッファメモリ８２に一時的に格納される。なお、図７において画像バッファメモリ８２はプリント制御部８０に付随する態様で示されているが、画像メモリ７４と兼用することも可能である。また、プリント制御部８０とシステムコントローラ７２とを統合して１つのプロセッサで構成する態様も可能である。
【００６８】
ヘッドドライバ８４は、プリント制御部８０から与えられるドットデータに基づいて各色の記録ヘッド５０のヒーター５８（図３参照）を駆動するための駆動信号を生成し、ヒーター５４に生成した駆動信号を供給する。ヘッドドライバ８４には記録ヘッド５０の駆動条件を一定に保つためのフィードバック制御系を含んでいてもよい。
【００６９】
印字検出部２４は、記録ヘッド５０により記録されたテストパターンを読み取り、所要の信号処理などを行って記録ヘッド５０のインク吐出状況（吐出の有無、ドットサイズ、ドット位置等）を検出し、その検出結果をプリント制御部８０に提供する。プリント制御部８０は、必要に応じて印字検出部２４から得られる情報に基づいて記録ヘッド５０に対する各種補正を行う。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態によれば、気泡成長室５３内のインクが気泡発生室５２側（インク供給路５６側）に逆流することがなく、気泡の成長ばらつきにも左右されず、気泡成長室５３の容積に略等しいインクがノズル５１から吐出されるので、高精度に吐出量を安定化させることができる。
【００７１】
以上、本発明の液体吐出装置、画像形成装置、及び液体吐出方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】インクジェット記録装置の全体構成図
【図２】インクジェット記録装置の印字部周辺の構成を示した概略構成図
【図３】記録ヘッドの要部構成を示した断面図
【図４】第１の実施形態の変形例としての記録ヘッドの要部構成を示した断面図
【図５】気泡の発生及び成長プロセスを示した説明図
【図６】気泡発生室及び気泡成長室の高さに対する気泡成長室の高さの比を変化させたときの各特性の評価結果を示した図
【図７】インクジェット記録装置のシステム構成を示す要部ブロック図
【符号の説明】
【００７３】
１０…インクジェット記録装置、５０…記録ヘッド、５２…気泡発生室、５３…気泡成長室、５４…供給口、５６…インク供給路、５８…ヒーター、６０…第１の基板、６２…第２の基板、６４…第３の基板、８０…プリント制御部、８０ａ…駆動制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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