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JP5764601B2 - 液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 - Google Patents

液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 Download PDF

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Description

本発明は液体吐出ヘッド及び液体吐出装置に係り、特に液体吐出ヘッドの流路構造に関する。
ノズル部から循環共通流路へ液体を循環させる循環個別流路の循環出口がノズル開口の近傍に配置され、ノズル部の液体を循環共通流路へ循環させて、ノズル部の液体の粘度上昇(増粘)を抑制するインクジェットヘッドが提案されている。
特許文献1には、ノズル開口の近傍に循環個別流路(循環流路)の循環出口が配置され、循環個別流路を介してノズル部の液体(インク)を循環共通流路(共通循環路)へ循環させて、吐出不良を防止するインクジェットヘッド(記録ヘッド)が記載されている。
特開2008−254196号公報
しかしながら、ノズル開口の近傍に循環個別流路が配置されるインクジェットヘッドでは、吐出圧力や液体の粘度勾配が不均一になり吐出曲りが発生するといった問題があることが判明した。
また、液体の吐出及び液体の循環によって粘度勾配が変化して、吐出曲りの方向が一定に定まらないこと(不規則な吐出曲りが発生すること)が判明した。
特許文献1には、液体の循環に起因する吐出曲りという技術課題に関する記載又は示唆はなく、特許文献1に記載されたインクジェットヘッドは、液体の循環に起因する吐出曲りが発生していると考えられる。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ノズル部の液体の循環に起因して発生する吐出曲りが抑制される液体吐出ヘッド及び液体吐出装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る液体吐出ヘッドは、液体を吐出させるノズル開口、及びノズル開口と一方の端が連通するノズル連通路を具備するノズル部と、ノズル連通路の他方の端と連通する液室と、液室に設けられ、液室内の液体を加圧する加圧素子と、ノズル部に形成された複数の循環出口と、複数の循環出口のそれぞれを介してノズル部と接続される複数の循環個別流路と、複数の循環個別流路のそれぞれと接続される複数の接続口が形成される循環共通流路と、を備え、ノズル部は、複数の循環出口がノズル開口の重心を通りノズル開口面に垂直なノズル軸について対称に配置される構造を有し、かつ、複数の循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路は、同一の循環共通流路と接続され、循環出口は、ノズル部の液体を循環共通流路へ循環させる際に、各循環出口を通過する液体の流量が同一になる構造を有し、同一のノズル部に形成された複数の循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路を介して、同一のノズル部に形成された複数の循環出口と連通される同一の循環共通流路に形成される複数の接続口における各接続口間を結んだ循環共通流路における流路長は、複数の接続口のうち他のノズル部と連通する同一の循環共通流路に形成された接続口に最も近い接続口と、他のノズル部と連通する同一の循環共通流路に形成された接続口とを結んだ循環共通流路における流路長未満である
本発明によれば、ノズル部の液体を循環共通流路へ循環させる複数の循環出口、及び複数の循環個別流路を備え、複数の循環個別流路のそれぞれと接続される複数の循環出口をノズル軸について対称に配置させ、かつ、ノズル部から各循環個別流路を介して循環共通流路へ循環させる際に、各循環出口を通過する液体の流量を同一とすることで、ノズル部における液体の流れの不均一性が抑制され、ノズル開口から液体を吐出させる際にノズル部から循環共通流路へ液体を循環させたとしても、液体の吐出曲りの発生が抑制される。
本発明の実施形態に係るインクジェット記録装置の概略構成を示す構成図 図1に示すインクジェット記録装置の制御系の構成を示すブロック図 図1に示すインクジェット記録装置に具備されるインクジェットヘッドの構成図 図3に示すインクジェットヘッドに具備されるヘッドモジュールの構成例を示す斜視図 図4に示すヘッドモジュールのノズル配列の説明図 図4に示すヘッドモジュールの内部構造を示す断面図 本発明の課題の説明図 図7に示すインクジェットヘッドのインク吐出数とノズルの配置方向における相対的な着弾位置ずれ距離の平均との差分の関係を示す説明図 (a):循環出口及び循環個別流路の配置を示す断面図、(b):循環出口及び循環個別流路の配置を示す平面図 循環個別流路と循環共通流路との接続例を模式的に図示した説明図 循環個別流路の断面積と周囲長との関係を示す説明図 循環個別流路の他の配置例を示す説明図 4本の循環個別流路を具備する構成例の説明図 分岐構造を有する循環個別流路を具備する構成例の説明図 循環個別流路の他の構造例を示す説明図
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。
〔インクジェット記録装置の全体構成〕
図1は、本発明の実施形態に係るインクジェットヘッド(液体吐出ヘッド)が適用されるインクジェット記録装置(液体吐出装置)の全体構成図である。
同図に示すインクジェット記録装置10は、枚葉の用紙Pに水性UVインク(水性媒体を使用したUV(紫外線)硬化型インク)を用いてインクジェット方式で画像を記録するインクジェット記録装置である。
インクジェット記録装置10は、主として、用紙Pを給紙する給紙部12と、給紙部12から給紙された用紙Pの表面に処理液を付与する処理液付与部14と、処理液付与部14で処理液が付与された用紙Pの乾燥処理を行う処理液乾燥処理部16と、処理液乾燥処理部16で乾燥処理が施された用紙Pの表面に水性UVインクを用いてインクジェット方式で画像を記録する画像形成部18と、画像形成部18で画像が記録された用紙Pの乾燥処理を行うインク乾燥処理部20と、インク乾燥処理部20で乾燥処理された用紙PにUV光(活性光線)の照射を行って画像を定着させるUV照射処理部22と、UV照射処理部22でUV照射処理された用紙Pを排紙する排紙部24と、を含んで構成される。
用紙Pは、塗工紙(アート紙、コート紙、軽量コート紙、微塗工紙など)などの汎用の印刷用紙が適用される。ここで、「塗工紙」とは、表面処理されていない上質紙や中性紙等の表面にコート材を塗布してコート層を設けたものである。
〈給紙部〉
給紙部12は、主として、給紙台30と、サッカー装置32と、給紙ローラ対34と、フィーダボード36と、前当て38と、給紙ドラム40を含んで構成され、給紙台30に積載された用紙Pを1枚ずつ処理液付与部14へ給紙する。
給紙台30の上に積載された用紙Pは、サッカー装置32(サクションフィット32A)によって上から順に1枚ずつ引き上げられて、給紙ローラ対34(上下一対のローラ34A,34Bの間)に給紙される。
給紙ローラ対34に給紙された用紙Pは、上下一対のローラ34A,34Bによって前方に送り出され、フィーダボード36の上に載置される。フィーダボード36の上に載置された用紙Pは、フィーダボード36の搬送面に設けられたテープフィーダ36Aによって搬送される。
そして、その搬送過程でリテーナ36B、ガイドローラ36Cによってフィーダボード36の搬送面に押し付けられ、凹凸が矯正される。フィーダボード36によって搬送された用紙Pは、先端が前当て38に当接されることにより、傾きが矯正され、その後、給紙ドラム40に受け渡される。そして、給紙ドラム40のグリッパ40Aにより先端部を把持されて処理液付与部14へと搬送される。
〈処理液付与部〉
処理液付与部14は、主として、用紙Pを搬送する処理液付与ドラム42と、処理液付与ドラム42によって搬送される用紙Pの表面に所定の処理液を付与する処理液付与ユニット44と、を含んで構成され、用紙Pの表面に処理液を付与(塗布)する。
用紙Pの表面に塗布される処理液は、後段の画像形成部18で用紙Pに打滴される水性UVインク中の色材を凝集させる機能を有する処理液が塗布される。用紙Pの表面に処理液を塗布して水性UVインクを打滴することにより、汎用の印刷用紙を用いても着弾干渉等を起こすことなく、高品位な印刷を行うことができる。
給紙部12の給紙ドラム40から受け渡された用紙Pは、処理液付与ドラム42に受け渡される。処理液付与ドラム42は、用紙Pの先端をグリッパ42Aで把持して(咥えて)回転することにより、用紙Pを周面に巻き掛けて搬送する。
この搬送過程で、処理液皿44Bからアニロックスローラ44Cにより一定量に計量された処理液が付与された塗布ローラ44Aを用紙Pの表面に押圧当接させることで、用紙Pの表面に処理液が塗布される。なお、処理液を塗布する形態はローラ塗布に限定されず、インクジェット方式、ブレードによる塗布など、他の形態を適用することも可能である。
〈処理液乾燥処理部〉
処理液乾燥処理部16は、主として、用紙Pを搬送する処理液乾燥処理ドラム46と、用紙Pの裏面を支持(ガイド)する用紙搬送ガイド48と、処理液乾燥処理ドラム46によって搬送される用紙Pの表面に熱風を吹き当てて乾燥させる処理液乾燥処理ユニット50と、を含んで構成され、表面に処理液が付与された用紙Pに対して乾燥処理を施す。
処理液付与部14の処理液付与ドラム42から処理液乾燥処理ドラム46へ受け渡された用紙Pは、処理液乾燥処理ドラム46に具備されるグリッパ46Aによって先端を把持される。
また、用紙Pは、表面(処理液が塗布された面)を内側に向けた状態で裏面を用紙搬送ガイド48によって支持される。この状態で処理液乾燥処理ドラム46を回転させることにより用紙Pを搬送させる。
処理液乾燥処理ドラム46によって搬送される過程で、処理液乾燥処理ドラム46の内側に設置された処理液乾燥処理ユニット50から熱風が用紙Pの表面に吹き当てられて、用紙Pに乾燥処理が施され、処理液中の溶媒成分が除去されて、用紙Pの表面にインク凝集層が形成される。
〈画像形成部〉
画像形成部18は、主として、用紙Pを搬送する画像形成ドラム52と、画像形成ドラム52によって搬送される用紙Pを押圧して、用紙Pを画像形成ドラム52の周面に密着させる用紙押さえローラ54と、用紙PにC,M,Y,Kの各色のインク液滴を吐出するインクジェットヘッド56C,56M,56Y,56Kと、用紙Pに記録された画像を読み取るインラインセンサ58と、インクミストを捕捉するミストフィルタ60と、ドラム冷却ユニット62と、を含んで構成され、処理液層が形成された用紙Pの表面にC,M,Y,Kの各色のインク(水性UVインク)の液滴を打滴して、用紙Pの表面にカラー画像を描画する。
本例に適用されるインクジェットヘッドには、圧電素子のたわみ変形を利用してインクを吐出させる圧電方式(図6参照)、インクを加熱して膜沸騰現象を発生させてインクを吐出させるサーマル方式、帯電させたインクを静電気力によって記録媒体へ着弾させる静電方式など、様々な吐出方式を適用することができる。
また、本例に適用されるインクジェットヘッドは、用紙Pの全幅(用紙Pの搬送方向と直交する主走査方向の全長)に対応する長さにわたってノズルが形成されるライン型ヘッドを適用してもよいし、用紙Pの全幅に満たない短尺のシリアルヘッドを適用してもよい。
処理液乾燥処理部16の処理液乾燥処理ドラム46から画像形成ドラム52へ受け渡された用紙Pは、画像形成ドラム52に具備されるグリッパ52Aによって先端を把持される。さらに、用紙Pを用紙押さえローラ54の下を通過させることで、用紙Pは画像形成ドラム52の周面に密着する。
画像形成ドラム52の周面に密着させた用紙Pは、画像形成ドラム52の周面に形成された吸着穴に発生させた負圧によって吸着されて、画像形成ドラム52の周面に吸着保持される。
画像形成ドラム52の周面に吸着保持され搬送される用紙Pは、各インクジェットヘッド56C,56M,56Y,56Kの直下のインク打滴領域を通過する際に、各インクジェットヘッド56C,56M,56Y,56KからC,M,Y,Kの各色のインクの液滴が表面に打滴されて、表面にカラー画像が描画される。
用紙Pの表面に打滴されたインクは、用紙Pの表面に形成されたインク凝集層と反応し、フェザリングやブリーディング等を起こすことなく用紙Pの表面に定着し、用紙Pの表面には高品位な画像が形成される。
インクジェットヘッド56C,56M,56Y,56Kによって画像が形成された用紙Pは、インラインセンサ58の読取領域を通過する際に、表面に形成された画像が読み取られる。
インラインセンサ58による画像の読み取りは必要に応じて行われ、画像の読取データから吐出不良、濃度むら等の画像欠陥(画像異常)の検査が行われる。インラインセンサ58の読取領域を通過した用紙Pは、吸着が解除された後、ガイド59の下を通過して、インク乾燥処理部20へと受け渡される。
〈インク乾燥処理部〉
インク乾燥処理部20は、チェーングリッパ64によって搬送される用紙Pに対して乾燥処理を施すインク乾燥処理ユニット68を含んで構成され、画像形成後の用紙Pに対して乾燥処理を施し、用紙Pの表面に残存する液体成分を除去する。
インク乾燥処理ユニット68の構成例として、ハロゲンヒータ、赤外線(IR)ヒータ等の熱源と、熱源によって熱せられた空気(気体、流体)を用紙Pへ吹き付けるファンと、を具備する態様が挙げられる。
画像形成部18の画像形成ドラム52からチェーングリッパ64へ受け渡された用紙Pは、チェーングリッパ64に具備されるグリッパ64Dによって先端を把持される。
チェーングリッパ64は、第1スプロケット64A及び第2スプロケット64Bに一対の無端状のチェーン64Cが巻き掛けられた構造を有している。
また、用紙Pの後端の裏面は、チェーングリッパ64との間の一定の距離を離して配置されたガイドプレート72の用紙保持面に吸着保持される。
〈UV照射処理部〉
UV照射処理部22(活性光線照射手段)は、UV照射ユニット74を含んで構成され、水性UVインクを用いて記録された画像に紫外線を照射して、用紙Pの表面に画像を定着させる。
UV照射ユニットの構成例として、UV光を発生させる紫外線光源と、UV光を集光する手段、UV光を偏向させる手段等として機能する光学系と、を含む態様が挙げられる。
チェーングリッパ64によって搬送される用紙PがUV照射ユニット74のUV光照射領域に到達すると、チェーングリッパ64の内部に設置されたUV照射ユニット74によりUV照射処理が施される。
すなわち、先端をグリッパによって把持され、後端の裏面を用紙保持面に吸着保持されてチェーングリッパ64によって搬送される用紙Pは、用紙Pの搬送経路において用紙Pの表面と対応する位置に配置されたUV照射ユニット74からUV光が照射される。UV光が照射された画像(インク)は、硬化反応が発現して用紙Pの表面に定着する。
UV照射処理が施された用紙Pは、傾斜搬送経路70Bを経由して排紙部24へ送られる。傾斜搬送経路70Bを通過する用紙Pに対して、冷却処理を施す冷却処理部を備えてもよい。
〈排紙部〉
一連の画像形成処理が行われた用紙Pを回収する排紙部24は、用紙Pを積み重ねて回収する排紙台76を含んで構成される。
チェーングリッパ64(グリッパ64D)は、排紙台76の上で用紙Pを開放し、排紙台76の上に用紙Pをスタックさせる。排紙台76は、チェーングリッパ64から開放された用紙Pを積み重ねて回収する。排紙台76には、用紙Pが整然と積み重ねられるように、不図示の用紙当て(前用紙当て、後用紙当て、横用紙当て等)が備えられる。
また、排紙台76は、図示しない排紙台昇降装置によって昇降可能に設けられる。排紙台昇降装置は、排紙台76にスタックされる用紙Pの増減に連動して、その駆動が制御され、最上位に位置する用紙Pが常に一定の高さに位置するように、排紙台76を昇降させる。
〈制御系の説明〉
図2は、図1に示すインクジェット記録装置10の制御系の概略構成を示すブロック図である。
同図に示すように、インクジェット記録装置10は、システムコントローラ100、通信部102、画像メモリ104、搬送制御部110、給紙制御部112、処理液付与制御部114、処理液乾燥制御部116、画像形成制御部118、インク乾燥制御部120、UV照射制御部122、排紙制御部124、操作部130、表示部132等が備えられる。
システムコントローラ100は、インクジェット記録装置10の各部を統括制御する制御手段として機能し、かつ、各種演算処理を行う演算手段として機能する。このシステムコントローラ100は、CPU(Central Processing Unit)100A及び、ROM(Read Only Memory)100B、RAM(Random Access Memory)100Cを内蔵している。
システムコントローラ100は、ROM100B、RAM100C、画像メモリ104等のメモリへのデータの書き込み、これらのメモリからのデータの読み出しを制御するメモリコントローラとしても機能する。
図2には、システムコントローラ100にROM100B、RAM100C等のメモリを内蔵する態様を例示したが、ROM100B、RAM100C等のメモリは、システムコントローラ100の外部に設けられていてもよい。
通信部102は、所要の通信インターフェースを備え、通信インターフェースと接続されたホストコンピュータとの間でデータの送受信を行う。
画像メモリ104は、画像データを含む各種データの一時記憶手段として機能し、システムコントローラ100を通じてデータの読み書きが行われる。通信部102を介してホストコンピュータから取り込まれた画像データは、一旦画像メモリ104に格納される。
搬送制御部110は、インクジェット記録装置10における用紙Pの搬送系の動作(給紙部12から排紙部24までの用紙Pの搬送)を制御する。搬送系には、図1に図示した給紙部12におけるテープフィーダ36A、前当て38、給紙ドラム40、処理液付与部14における処理液付与ドラム42、処理液乾燥処理部16における処理液乾燥処理ドラム46、画像形成部18における画像形成ドラム52、インク乾燥処理部20、UV照射処理部22及び排紙部24で共通して用いられるチェーングリッパ64が含まれる。
給紙制御部112は、システムコントローラ100からの指令に応じて、給紙ローラ対34の駆動、テープフィーダ36Aの駆動等の給紙部12の各部の動作を制御する。
処理液付与制御部114は、システムコントローラ100からの指令に応じて、処理液付与ユニット44の動作等の処理液付与部14の各部の動作(処理液の付与量、付与タイミング等)を制御する。
処理液乾燥制御部116は、システムコントローラ100からの指令に応じて、処理液乾燥処理部16の各部の動作を制御する。すなわち、処理液乾燥制御部116は、乾燥温度、乾燥気体の流量、乾燥気体の噴射タイミングなど、処理液乾燥処理ユニット50(図1参照)の動作を制御する。
画像形成制御部118は、システムコントローラ100からの指令に応じて、画像形成部18(インクジェットヘッド56C,56M,56Y,56K)からのインク打滴(吐出)を制御する。
すなわち、図2の画像形成制御部118は、入力画像データからドットデータを形成する画像処理部と、駆動電圧の波形を生成する駆動波形生成部と、駆動電圧の波形を記憶する駆動波形記憶部と、インクジェットヘッド56C,56M,56Y,56Kのそれぞれに対して、ドットデータに応じた駆動波形を有する駆動電圧を供給するドライバー回路(ヘッドドライバー)と、を含んで構成される。
画像処理部では、入力画像データ(0から255のデジタル値で表されるラスターデータ)に対してRGBの各色に分解する色分解(分版)処理、RGBをCMYKに変換する色変換処理、ガンマ補正、むら補正等の補正処理、M値の各色のデータをN値(M>N、Mは3以上の整数、Nは2以上の整数)の各色データに変換するハーフトン処理が施される。
画像処理部による処理を経て生成されたドットデータに基づいて、各画素位置の打滴タイミング、インク打滴量が決められ、各画素位置の打滴タイミング、インク打滴量に応じた駆動電圧が生成され、この駆動電圧がインクジェットヘッド56C,56M,56Y,56Kへ供給され、インクジェットヘッド56C,56M,56Y,56Kから打滴されたインク液滴によって各画素位置にドットが形成される。
インク乾燥制御部120は、システムコントローラ100からの指令に応じて、インク乾燥処理部20の動作を制御する。すなわち、インク乾燥制御部120は、乾燥温度、乾燥気体の流量、乾燥気体の噴射タイミングなど、インク乾燥処理ユニット68(図1参照)の動作を制御する。
UV照射制御部122は、システムコントローラ100からの指令に応じて、UV照射処理部22によるUV光の照射光量(UV光の強度(照射量))を制御し、かつ、UV光の照射タイミングを制御する。
排紙制御部124は、システムコントローラ100からの指令に応じて、排紙台76に用紙Pがスタックされるように、排紙部24の動作を制御する。
操作部130は、操作ボタン、キーボード、タッチパネル等の操作部材を備え、その操作手段から入力された操作情報をシステムコントローラ100に送出する。システムコントローラ100は、この操作部130から送出された操作情報に応じて各種処理を実行する。
表示部132は、LCDパネル等の表示装置を備え、システムコントローラ100からの指令に応じて、装置の各種設定情報、異常情報などの情報を表示装置に表示させる。
〔インクジェットヘッドの構造〕
次に、本発明の実施形態に係るインクジェットヘッドの構造について詳細に説明する。
〈全体構造〉
図3は、図1に図示したインクジェットヘッド56C,56M,56Y,56Kの構成図である。CMYKの各色に対応するインクジェットヘッド56C,56M,56Y,56Kには同一の構造が適用されるので、これらを区別する必要がない場合にはインクジェットヘッド56C,56M,56Y,56Kのアルファベットを省略することがある。
図3に示すインクジェットヘッド56は、用紙Pの相対搬送方向(Y方向)と直交する用紙Pの幅方向(X方向)について複数のヘッドモジュール200がつなぎ合わせられた構造を有している。
ヘッドモジュール200に付した枝番号(「−」(ハイフン)の後ろに付した整数)は、i(1からnの整数)番目のヘッドモジュールであることを表している。
各ヘッドモジュール200のインク吐出面277には、複数のノズル開口(図3中不図示、図5に符号280を付して図示)が配置されている。
すなわち、図3に図示したインクジェットヘッド56は、用紙Pの全幅Lmaxに対応する長さにわたって複数のノズル開口が配置されたフルライン型のインクジェットヘッド(シングルパス・ページワイドヘッド)である。
ここで、「用紙Pの全幅Lmax」とは、用紙Pの相対搬送方向(Y方向)と直交するX方向における用紙Pの全長である。なお、ここでいう「直交」には、90°未満の角度、又は90°を超える角度をなして交差する態様のうち、実質的に90°の角度をなして交差する場合と同様の作用効果を発生させる態様が含まれる。
〈ヘッドモジュールの構造例〉
図4は、ヘッドモジュール200の斜視図(部分断面図を含む図)であり、図5は図4に示したヘッドモジュール200におけるノズル面の平面透視図である。
図4に示すように、ヘッドモジュール200は、ノズル板275のインク吐出面277と反対側(図4において上側)にインク供給室232とインク循環室236等からなるインク供給ユニットを有している。
インク供給室232は、供給管路252を介してインクタンク(不図示)に接続され、インク循環室236は、循環管路256を介して回収タンク(不図示)に接続される。
図5ではノズル数を省略して描いているが、1個のヘッドモジュール200のノズル板275のインク吐出面277には、2次元のノズル配列によって複数のノズル開口280が形成されている。
すなわち、ヘッドモジュール200は、X方向に対して角度βの傾きを有するV方向に沿った長辺側の端面と、Y方向に対して角度αの傾きを持つW方向に沿った短辺側の端面とを有する平行四辺形の平面形状となっており、V方向に沿う行方向、及びW方向に沿う列方向について、複数のノズル開口280が配置されている。
また、W方向に沿って複数のインク供給路214(破線により図示)、及び複数の循環共通流路228(実線により図示)が配置され、かつ、複数のインク供給路214のそれぞれと接続されるインク供給本流路214A(破線により図示)、及び複数の循環共通流路228のそれぞれと接続される循環本流路228A(実線により図示)が、V方向に沿って配置される。
図5に示す態様では、複数のインク供給路214及び複数の循環共通流路228がノズル列間に交互に配置され、かつ、インク供給本流路214AはY方向の一方の端(図5の側の端)に配置され、循環本流路228AはY方向の他方の端(図5の側の端)に配置される。
なお、インク供給路214、循環共通流路228の配置は図5に図示した態様に限定されず、適宜変更可能である。
また、ノズル開口280の配置は、図5に図示した態様に限定されず、X方向に沿う行方向、及びX方向に対して斜めに交差する列方向に沿って複数のノズル開口280を配置してもよい。
図6は、ヘッドモジュール200の内部構造を示す断面図である。符号214はインク供給路、218は圧力室(液室)、216は各圧力室218とインク供給路214とをつなぐ個別供給路、220は圧力室218からノズル開口280につながるノズル連通路、226(227)はノズル連通路220と循環共通流路228とをつなぐ循環個別流路である。
これら流路部(214,216,218,220,226(227),228)を構成する流路構造体210の上に、振動板266が設けられる。振動板266の上には接着層267を介して、下部電極(共通電極)265、圧電体層231及び上部電極(個別電極)264の積層構造から成る圧電素子230(加圧素子)が配設されている。
上部電極264は、各圧力室218の形状に対応してパターニングされた個別電極となっており、圧力室218毎に、それぞれ圧電素子230が設けられている。
インク供給路214は、図4で説明したインク供給室232につながっており、インク供給路から個別供給路216を介して圧力室218にインクが供給される。描画すべき画像の画像信号に応じて、対応する圧力室218に設けられた圧電素子230の上部電極264に駆動電圧を印加することによって、該圧電素子230及び振動板266が変形して圧力室218の容積が変化し、これに伴う圧力変化によりノズル連通路220を介してノズル開口280からインクが吐出される。
画像情報から生成されるドット配置データに応じて各ノズル開口280に対応した圧電素子230の駆動を制御することにより、ノズル開口280からインク滴を吐出させることができる。用紙P(図3参照)を一定の速度でY方向(相対移動方向)に搬送しながら、その搬送速度に合わせて各ノズル開口280からのインク吐出タイミングを制御することによって、用紙上に所望の画像を記録することができる。
図示は省略するが、各ノズル開口280に対応して設けられている圧力室218は、その平面形状が概略正方形となっており、対角線上の両隅部の一方にノズル開口280への流出口が設けられ、他方に供給インクの流入口(個別供給路)216が設けられている。
なお、圧力室の形状は、正方形に限定されない。圧力室の平面形状は、四角形(菱形、長方形など)、五角形、六角形その他の多角形、円形、楕円形など、多様な形態があり得る。
ノズル開口280及びノズル連通路220を含むノズル部281には、循環出口(図6中不図示、図9に符号226A,227Aを付して図示)が形成され、ノズル部281は循環出口を介して循環個別流路226(227)と連通される。
ノズル部281のインクのうち、吐出に使用されないインクは循環個別流路226(227)を介して循環共通流路228へ回収(循環)される。
循環共通流路228は、図5で説明したインク循環室236につながっており、循環個別流路226を通って常時インクが循環共通流路228へ回収されることにより、非吐出(非駆動)時におけるノズル部のインクの増粘が防止される。
詳細は後述するが、各ノズル部281には、複数の循環出口がノズル軸(図9に符号281Aを付して図示)について対称(回転対称)に配置され、複数の循環個別流路226(227)がノズル軸について対称(回転対称)の位置に接続されている。
このような循環個別流路226(227)及び循環出口の配置を有することで、各循環出口を通過するインクの流量(体積流量)が実質的に同一となり、かつ、循環個別流路226(227)を介してノズル部281から循環共通流路228へ循環させるインクの流量が実質的に同一となり、ノズル部281におけるインクの不均一な流れが抑制され、吐出曲りの発生が抑制される。
〔本発明の課題の説明〕
まず、本発明の課題について説明する。図7は、本発明の課題の説明図であり、フルライン型のインクジェットヘッド356の流路構造を模式的に図示した平面図である。図7に図示したインクジェットヘッド356は、循環共通流路328と接続される循環個別流路326,327が設けられていることによりノズル部の流れが不均一になり、吐出曲りが発生するものである。
同図に図示したインクジェットヘッド356は、ヘッドモジュール200と同様に、V方向に沿う行方向、及びW方向に沿う列方向に沿ってノズル開口380がマトリクス配置されている(図5参照)。
また、インクジェットヘッド356は、各ノズル部381が1本の循環個別流路326(327)のみと連通し、かつ、奇数番目のノズル列380Aの循環個別流路326と、偶数番目のノズル列380Bの循環個別流路327とは、反対方向に向いている。
図7に図示した構造を有するインクジェットヘッド356は、各ノズル部381に循環個別流路326,327が設けられていることで、ノズル部381におけるインクの流れが不均一になり、吐出曲りが発生しうる。
そして、奇数番目のノズル列380Aと偶数番目のノズル列380Bの循環個別流路326,327がW方向について反対方向に向いているため(循環個別流路326において液体が流れる方向と、循環個別流路327において液体が流れる方向が反対方向であるので)、奇数番目のノズル列380Aに属する奇数番目のノズル部381(同図中左側のノズル)と、偶数番目のノズル列380Bに属する偶数番目のノズル部381(同図中右側のノズル)の相対的な着弾位置ずれ距離を測定することで、循環個別流路による吐出曲がり量を測定することができる。
図7に図示した構造を有するインクジェットヘッド356を用いて、各ノズル部381の吐出曲りを測定した結果を図8に示す。図8の横系列はインク吐出数(Jetting[ドット数(dot)])であり、縦系列は奇数番目のノズル列380Aに属するノズル開口380のW方向に対する相対的な着弾位置ずれ距離の平均と、偶数番目のノズル列380Bに属するノズル開口380のW方向に対する相対的な着弾位置ずれ距離の平均との差分(ΔW[マイクロメートル(μm)])である。
ΔWのプラス(+)方向は、図7において+(プラス)を付した向きであり、実際の着弾位置が循環個別流路326,327の配置される側にずれることを表している。ΔWのマイナス(−)方向は、図7において−(マイナス)を付した向きであり、実際の着弾位置が循環個別流路326,327の配置される側と反対にずれることを表している。
この吐出曲りの測定は、インクジェットヘッド356と用紙P(図3参照)との相対移動を停止させ、インクジェットヘッド356(インク吐出面)と用紙Pとの距離を1ミリメートルとして複数回のインク吐出を行い、インク吐出数分の液滴(ドット)が重なった状態の着弾位置の測定を行なっている。すなわち、ΔWは複数回のインク吐出における着弾位置の中心の位置ずれ量を表している。
なお、このΔWの測定では、水系の溶媒に色材(顔料)を分散させた水系顔料インクを用いた。また、非駆動時にレイテンシー(インクの粘度上昇による吐出速度の低下)を抑制する微振動駆動(吐出しない程度にノズル部のインクを振動させる圧電素子の駆動)は使用していない。
図8に示すように、インク吐出数が1ドットの場合は、循環個別流路326,327と反対側(マイナス方向)への吐出曲りが発生することが判明した。また、インク吐出数が5ドットの場合は、循環個別流路326,327の側への曲りが大きいものが発生して、平均として循環個別流路326,327の側(プラス方向)へ曲がることが判明した。
さらにインク吐出数を多くすると、インク吐出数が増加するにつれて吐出曲りの大きさが小さくなることが判明した。このようなインク吐出数に対する吐出曲りの傾向の変化は以下のように説明することができる。
1つのノズル部381に対して、循環個別流路326,327が1つだけ接続されると、ノズル部381において循環出口(循環個別流路326,327)に遠い側でノズル部381内におけるインクの循環速度が相対的に遅くなり、インクの粘度が相対的に高くなる。
インクの吐出方向は、ノズル部381における粘度分布が一様の場合にはノズル開口380から鉛直下向きであるが、粘度分布が不均一になると相対的に高粘度(循環速度が遅い)側への吐出曲りが発生する。
つまり、1回のみのインク吐出では、循環出口(循環個別流路326,327)と反対側への吐出曲りが発生すると考えられる。
複数回のインク吐出が連続して行われる場合には、吐出されなかったノズル部381内の高粘度インクが、吐出によって発生するノズル部381内のインクの振動や、吐出によるノズル部381内のインクの流れによって徐々に循環出口の方へ流れていく。
そうすると、高粘度のインクが循環出口の方へ流れていき、循環出口の近傍のインクが相対的に高粘度になり、循環出口(循環個別流路326,327)の側への吐出曲りが発生すると考えられる。
さらに連続してインク吐出が行われると、高粘度インクはノズル開口から吐出され、インクの増粘によらないノズル部381の構造そのものによる曲がりとなり定常化する。インクの増粘がない場合にも、圧力室(図6参照)からの吐出圧力が循環出口(図9に符号226A,227Aを付して図示)の方向に逃げてしまうために循環出口側の圧力が弱くなり、循環出口の側へ吐出曲がりが発生すると考えられる。
以上まとめると、ノズル部381に循環個別流路326,327が接続されるインクジェットヘッド356は、循環個別流路326,327を介して行われるノズル部381のインクの循環によって、ノズル部381内のインクの流れが不均一になることで、さらに、レイテンシーやインクの流れが変化することで吐出曲りが発生することが判明した。
さらにまた、インクの増粘がない状態においても、圧力室からの圧力が不均一になるために吐出曲がりが発生することが判明した。
そこで、以下に詳細に説明する構成によって、ノズル部におけるインクの流れの不均一化を抑制して、吐出曲りを抑制している。
〔インクジェットヘッドの詳細な説明〕
図9(a)は、循環出口226A,227A、及び循環個別流路226,227の配置を示す断面図であり、図9(b)は、循環出口226A,227A、及び循環個別流路226,227の配置を示す平面図である。
なお、以下の説明において、図1から図6を用いて説明をした構成と同一又は類似する構成は同一の符号を付し、その説明は省略する。
図9(a),(b)に示すように、ノズル部281は2つの循環出口226A,227Aが形成され、循環出口226A、227Aを介して循環個別流路226,227と接続される。循環出口226A,227Aは、ノズル軸281Aについて対称(インク吐出面277と平行な面においてノズル軸を回転軸として180°回転対称)の位置に配置される。
ここで、「ノズル軸」とは、ノズル開口280の重心(中心)280Aから延ばしたノズル開口面と直交する直線である。
本例に適用されるノズル開口280の平面形状は、ノズル軸281Aについての対称性を維持できる形状であればよく、例えば、図5に図示した円形状や、図9(b)に図示した正方形(四角形)を適用することができる。
同様に、ノズル連通路220の形状はノズル軸281Aと直交する断面の断面形状が円となる円筒形状でもよいし、断面形状が正方形(四角形)となる四角柱形状でもよい。
以下の説明では、ノズル開口280の平面形状は正方形であり、ノズル連通路220のノズル軸281Aと直交する断面の断面形状は四角形であり、ノズル開口280の面積はノズル連通路220の断面積未満とする。
ノズル部281内におけるインクの増粘を抑制する効果を最大限に発揮するために、循環出口226A,227A(循環個別流路226,227)は、ノズル開口280にできるだけ近い位置に形成(配置)されることが好ましい。
図9(a)に図示した態様では、ノズル開口280からノズル連通路220に向かって、連続的に面積が大きくなる形状を有するノズル部281において、面積が一定となる部分の最もノズル開口280に近い位置(最も下方の位置)に循環出口226A,227Aが配置されている。
また、図9(b)に一点破線により図示した直線300は、ノズル軸281Aと交差し、かつ、Y方向(図5参照)と平行な直線である。この直線300に沿って循環出口226Aの平面形状の重心、及び循環出口227Aの平面形状の重心が位置している。
さらに、循環出口226A,227Aの形状及び断面積は同一とされる。循環個別流路226,227の流量が同一であれば、循環出口226A,227Aの形状及び断面積を同一とすることで、ノズル部281から循環出口226A,227Aを通過して循環個別流路226,227へ流れるインクの流速を一定にすることができ、ノズル部281におけるインクの流れの対称性を維持(ノズル軸218Aに対してインクの流れを対称に)することができる。
ここで、形状及び断面積の「同一」には、「インクの流速が一定になる」という作用効果を得ることができる程度の違い(誤差)を含んでいてもよい。
図10は、循環個別流路226(226B,226C),227(227B,227C)と循環共通流路228との接続例を模式的に図示した説明図である。同図に示すように、1つのノズル部281と接続される循環個別流路226,227は、同一の循環共通流路228と接続され、かつ、交差していない。
ここでいう「同一の循環共通流路」とは、図5に図示した循環本流路228Aから分岐された、それぞれの循環共通流路228を意味している。すなわち、図10に図示した循環共通流路228は、図5に図示した複数の循環共通流路228のうちの1つであり、1つの循環共通流路228には、循環個別流路226との接続口302、及び循環個別流路227との接続口304が形成される。
同一の(1つの)ノズル部281と連通する接続口302及び接続口304は近接位置に配置され、接続口302と接続口304との間の循環共通流路228における圧力損失は無視できる程度となっている。
「圧力損失が無視できる程度」とは、循環個別流路226の合成流体抵抗値をR、循環個別流路227の合成流体抵抗値をRとし、接続口302と接続口304との間の流体抵抗値ΔRとしたときに、ΔR/R≦0.001(0.1パーセント)、かつ、ΔR/R≦0.001(0.1パーセント)を満たすことを意味している。
循環個別流路226,227を流れる流量を同一にするには、循環個別流路226を流れる流量をV、循環個別流路227を流れる流量をVとし、循環共通流路を流れる流量をVとすると、(R×V)+(ΔR×V)=(R×V)を満たすように、R及びRを決める必要がある。
しかし、循環共通流路を流れる流量Vは循環させる流量によって変動する。そこで、R及びRに対してΔRを十分に小さくすることで、ΔR×Vをゼロとみなすことができ、実質的に(R×V)=(R×V)となる。
循環個別流路226,227の構造、流量、循環共通流路の構造、流量を考慮すると、Rの値及びRの値に対するΔRの値は、0.1パーセント(0.001)以下であればよいと考えられる。
同一のノズル部281(図10における上側のノズル部)と連通する接続口302と接続口304との距離D1は、隣接するノズル部281(同図における下側のノズル部)と連通する接続口306(2つの接続口のうち接続口302に近い方の接続口)と接続口302との距離(循環共通流路228における流路長)D2未満(D1<D2)となっている。
同一のノズル部281と連通する接続口が3つ以上の場合には、3つ以上の接続口間のそれぞれの間の距離の最大値をDとすればよい。
また、1つのノズル部281と接続される循環個別流路226の合成流体抵抗値と、循環個別流路227の合成流体抵抗値とは同一である。すなわち、循環個別流路226の合成流体抵抗値Rと、循環個別流路227の合成流体抵抗値Rとの関係は、R=Rとなっている。
なお、ここでいう同一の(合成)流体抵抗値には、流体抵抗値は違うものの流体抵抗値が同一の場合と同様の作用効果を奏することができる、実質的に同一の流体抵抗値が含まれる。
同一のノズル部281と連通する接続口が3つ以上の場合には、3つ以上の接続口間のそれぞれの間の流体抵抗値の最大値をΔRとすればよい。
図10に図示した循環個別流路226は、循環出口226Aと接続される第1流路226B、及び接続口302接続される第2流路226Cを含んで構成され、第1流路226Bと第2流路226Cとは、直交(交差)している。
同様に、循環個別流路227は、循環出口227Aと接続される第1流路227B、及び接続口304接続される第2流路227Cを含んで構成され、第1流路226Bと第2流路227Cとは、直交(交差)している。
但し、循環個別流路226を介してノズル部281から循環共通流路228へ循環させるインクの流量と、循環個別流路227を介してノズル部281から循環共通流路228へ循環させるインクの流量とを実質的に同一にするという条件を満たせば、循環個別流路226,227の形状は図10の例に限定されない。
ノズル軸281Aに対してインクの流れを対称にすることを考慮すると、循環個別流路226の第1流路226Bと、循環個別流路227の第1流路227Bとを、ノズル軸281Aについて対称に配置させる態様が好ましい。
また、循環個別流路226の第1流路226Bと、循環個別流路227の第1流路227Bとを平行とする態様が好ましい。
一方、循環個別流路226の第1流路226Bの流体抵抗値R11と、循環個別流路227の第1流路227Bの流体抵抗値R21とを同一の抵抗値(R11=R21)とし、かつ、循環個別流路226の第2流路226Cの流体抵抗値R12と、循環個別流路227の第2流路227Cの流体抵抗値R22とを同一の抵抗値(R12=R22)とする態様が好ましい。
さらに、図10に示す態様では、循環出口226A,227Aにおける循環個別流路226,227の接続方向は、Y方向(Y方向に平行、かつ、ノズル軸281Aを通る直線300)と平行とされる。循環個別流路226,227の接続方向をY方向と平行にすることで、ノズル部281内のインクの流れの不均一性によって吐出曲りが発生したとしても、この吐出曲りはY方向と平行になる。
フルライン型のインクジェットヘッド56を用いた画像形成では、インクジェットヘッド56と用紙Pとの相対移動方向に対して平行方向の吐出曲りは、各ノズル部の吐出タイミングの調整によって補正が可能である。
図11は、循環個別流路226,227の断面積(循環出口226A,227Aの面積)と周囲長との関係を示す説明図である。なお、ここでいう「循環個別流路の断面積」は、循環個別流路226,227の長手方向と直交する断面線に沿う断面の面積であり、循環出口226A,227Aにおける循環個別流路226,227の断面積は、循環出口226A,227Aの面積と同一となる。
循環個別流路226,227の断面積Sで、この断面の周囲長(外周長さ:2×A+2×H)を除算した値をより小さくすることで、注目する断面を通過するインクの単位時間あたりの流量を維持したとしても、注目する断面を通過するインクの流速をより小さくすることができ、流れの不均一性を抑制することができる。
循環個別流路226,227の断面形状を正方形とすると、断面積と周囲長が同一(断面積/周囲長=1)となり、断面積を周囲長で除算した値が最小となる。
上記の如く構成されたインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置によれば、ノズル部のインクを循環共通流路へ循環させる循環個別流路が複数設けられ、複数の循環個別流路はノズル軸について対称に配置され、各循環個別流路は同一の循環共通流路と接続され、各循環出口及び各循環個別流路を介してノズル部から循環共通流路へ循環させるインクの流量を実質的に同一とすることで、ノズル部におけるインクの循環に起因する吐出曲りの発生が抑制される。
また、各循環個別流路の流体抵抗値(合成流体抵抗値)を実質的に同一とすることで、各循環個別流路を介してノズル部から循環共通流路へ循環させるインクの流量を実質的に同一とすることができる。
さらに、各循環個別流路と循環共通流路との接続口を近接配置させ、接続口間の流体抵抗値(ΔR)を各循環個別流路の流体抵抗値(R,R)の0.001(0.1パーセント)以下とすることで、循環共通流路における接続口の間の圧力損失が無視できる程度となり、ノズル部から循環共通流路へ循環させるインクの流量を実質的に同一とすることができる。
同一のノズル部と連通される接続口の間の距離を、隣接する別のノズル部と連通される接続口との距離未満とすることで、同一のノズル部と連通される接続口の近接配置が実現される。
さらにまた、循環個別流路の接続方向をY方向と平行とすることで、仮に、ノズル部のインクの流れが不均一になったとしても、吐出曲りの方向がY方向と平行な方向となるので、各ノズル部の吐出タイミングを調整することで、吐出曲りの補正が可能となる。
また、循環個別流路の断面積で、この断面の周囲長を除算した値をより小さくすることで、注目する断面を通過するインクの単位時間あたりの流量を維持したとしても、注目する断面を通過するインクの流速をより小さくすることができ、流れの不均一性を抑制することができる。
本例では、一様な太さを有する循環個別流路226,227を例示したが、循環個別流路226,227の太さが部分的に変化してもよいし、循環出口226A,227A又は接続口302,304から循環個別流路226,227の太さが徐々に変化してもよい。
本例では、主として2本の循環個別流路がノズル軸281Aを回転軸とする回転対称に配置される態様を例示したが、循環個別流路は3以上の奇数でもよく、3本の循環個別流路がノズル軸を回転軸として120°回転対称に配置される態様や、5本の循環個別流路がノズル軸を回転軸として72°回転対称に配置される態様も可能である。
〔循環個別流路の他の配置例〕
図12は、循環個別流路の他の配置例を示す説明図である。同図に示す循環個別流路426,427は、ノズル軸481Aと交差し、かつ、Y方向(図10参照)に平行な直線400(一点破線により図示)に沿って配置されている。
また、ノズル部481の循環出口426Aが設けられる面と循環個別流路426は直交せずに交差し、循環出口427Aが設けられる面と循環出口427Aとは直交せずに交差している。
なお、循環個別流路426,427と不図示の循環共通流路(図10参照)との接続位置において、循環個別流路426,427と循環共通流路とは直交してもよいし、直交せず斜めに交差してもよい。
〔4本以上の循環個別流路が配置される構成例の説明〕
図13は、4本の循環個別流路を具備する構成例の説明図である。同図に示すノズル部581には、4本の循環個別流路526,527,536,537が接続されている。また、4本の循環個別流路526,527,536,537は、同一の循環共通流路(不図示、図10参照)と接続される。
符号500を付した一点破線は、ノズル軸581Aと交差し、かつ、Y方向(図10参照)と平行な直線であり、符号502,504を付した2本の一点破線は、Y方向と平行であり、かつ、直線500からX方向(図5参照)について等距離にある直線である。
同図に示すように、直線500と直線502との距離、及び直線500と直線504との距離は、それぞれxとなっている。
同図に示す態様では、循環個別流路526,527は直線502に沿って形成され、循環個別流路536,537は直線504に沿って形成される。すなわち、循環個別流路526,527と循環個別流路536,537とは、X方向について、ノズル軸581Aと交差し、かつ、Y方向に平行な直線500から等距離であり、かつ、Y方向と平行方向に沿って形成されている。
図13に示す態様において、さらに直線500に沿って2本の循環個別流路を追加して、6本の循環個別流路を備える態様とすることが可能であり、さらに多数の循環個別流路を備える態様も可能である。
これまでに説明した態様では、正方形(四角形)の断面(平面)形状を有するノズル部において、対向する2つの面に循環出口が形成される態様(ノズル部の対向する2つの面でノズル部と循環個別流路が接続される態様)を示したが、「ノズル軸について対称の配置」の条件を満たす場合には、交差する2つの面に循環出口が形成されてもよい。
図13に図示した4本の循環個別流路は、4本とも同一の循環共通流路と接続されてもよいし、2本ずつ異なる循環共通流路と接続されてもよい。
〔分岐構造を有する循環個別流路を具備する構成例の説明〕
図14は、分岐構造を有する循環個別流路を具備する構成例の説明図である。W方向に沿うノズル列(図5参照)のV方向の両側に循環共通流路を備える構成において、循環個別流路が分岐され、分岐された循環個別流路のそれぞれが別々の循環共通流路と接続されてもよい。
図14に示す循環個別流路626(本流626B)は途中で2本に分岐され、一方の循環個別流路(支流)626Cは一方の循環共通流路628Bと接続され、他方の循環個別流路(支流)626Dは他方の循環共通流路628Cと接続される。
同様に、循環個別流路627(本流627B)は途中で2本に分岐され、一方の循環個別流路(支流)627Cは一方の循環共通流路628Bと接続され、他方の循環個別流路(支流)627Dは他方の循環共通流路628Cと接続される。
すなわち、本流626B及び支流626Cから構成される循環個別流路と、本流627B及び支流627Cから構成される循環個別流路は、同一の循環共通流路628Bと接続され、本流626B及び支流626Dから構成される循環個別流路と、本流627B及び支流627Dから構成される循環個別流路は、同一の循環共通流路628Cと接続される。
なお、符号600を付した一点破線は、ノズル軸681Aと交差し、かつ、Y方向(図10参照)に平行な直線である。
図14に示す態様において、本流626Bの流体抵抗値をR111、支流626Cの流体抵抗値をR112、支流626Dの流体抵抗値をR113とし、本流627Bの流体抵抗値をR211、支流627Cの流体抵抗値をR212、支流627Dの流体抵抗値をR213とすると、R111+(R112×R113 112+R113)=R211+(R212×R213 212+R213)の関係を満たしている。
すなわち、本流626B及び支流626C,626Dから構成される循環個別流路626の合成流体抵抗値と、本流627B及び支流627C,627Dから構成される循環個別流路627の合成流体抵抗が同一の構造とすることで、各循環個別流路を介してノズル部681から循環共通流路628B,628Cへ循環させるインクの流量を等しくすることができ、ノズル部681のインクの循環に起因する吐出曲りが抑制される。
また、1つのノズル部681が複数の循環共通流路628B,628Cと接続されることで、1つの(一部の)循環共通流路について、気泡の発生等による詰まり(異常)が生じた場合でも、異常が発生していない別の循環共通流路を用いて、ノズル部681のインクを循環させることができ、ノズル部681におけるインクの乾燥(粘度上昇)に起因する吐出不良(吐出異常)の発生を防止しうる。
〔循環個別流路の他の構造例の説明〕
図15は、循環個別流路の他の構造例を示す説明図である。同図に示す循環個別流路726は、循環出口726Aから斜め上向きに形成されている。同様に、循環個別流路727は、循環出口727Aから斜め上向きに形成されている。
ここでいう「上向き」とは、インク吐出方向を垂直下向きとしたときの、インク吐出方向と反対向きを意味している。
このように、循環出口726A,727Aから斜め上向きに循環個別流路726,727を形成することで、循環個別流路726,727を介してノズル部781に発生した気泡を排出させることが容易になる。
また、ノズル部781から循環個別流路726,727へ侵入した気泡の排除性が良好になる。
なお、符号720はノズル連通部、符号775はノズル板、符号777はノズル面、符号781Aを付した一点破線はノズル軸である。
以上説明したインクジェットヘッド及びインクジェット記録装置は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更、追加、削除をすることが可能である。また、上述した構成例を適宜組み合わせることも可能である。
本明細書では、液体吐出装置の一例としてインクジェット記録装置を例示したが、本発明は、インクジェット記録装置以外の液体吐出装置に対しても広く適用することが可能である。
〔本明細書が開示する発明〕
上記に詳述した発明の実施形態についての記載から把握されるとおり、本明細書は少なくとも以下に示す発明を含む多様な技術思想の開示を含んでいる。
(第1態様):液体を吐出させるノズル開口、及びノズル開口と一方の端が連通するノズル連通路を具備するノズル部と、ノズル連通路の他方の端と連通する液室と、液室に設けられ、液室内の液体を加圧する加圧素子と、ノズル部に形成された複数の循環出口と、複数の循環出口のそれぞれを介してノズル部と接続される複数の循環個別流路と、複数の循環個別流路のそれぞれと接続される複数の接続口が形成される循環共通流路と、を備え、ノズル部は、複数の循環出口がノズル開口の重心を通りノズル開口面に垂直なノズル軸について対称に配置される構造を有し、かつ、複数の循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路は、同一の循環共通流路と接続され、循環出口は、ノズル部の液体を循環共通流路へ循環させる際に、各循環出口を通過する液体の流量が同一になる構造を有する液体吐出ヘッド。
第1態様によれば、ノズル部の液体を循環共通流路へ循環させる複数の循環出口、及び複数の循環個別流路を備え、複数の循環個別流路のそれぞれと接続される複数の循環出口をノズル軸について対称に配置させ、かつ、ノズル部から各循環個別流路を介して循環共通流路へ循環させる際に、各循環出口を通過する液体の流量を同一とすることで、ノズル部における液体の流れの不均一性が抑制され、ノズル開口から液体を吐出させる際にノズル部から循環共通流路へ液体を循環させたとしても、液体の吐出曲りの発生が抑制される。
「ノズル軸について対称の配置」の例として、ノズル軸を回転軸とする回転対称が挙げられる。
「同一の流量」には、同一の作用効果を奏する「実質的に同一の流量」が含まれる。
複数の循環個別流路が同一の循環共通流路と接続される態様には、1本の循環共通流路に同一のノズル部と接続される複数本の循環個別流路が接続される態様、2本(複数本)の独立した循環共通流路を備え、同一のノズル部と接続される複数本の循環個別流路のそれぞれが途中で分岐され、分岐されたそれぞれの循環個別流路が、各循環共通流路と接続される態様が含まれる。
ここで、独立した循環共通流路とは、本流路から複数の支流路に分岐される流路構造における各支流路が含まれる。
(第2態様):第1態様に記載の液体吐出ヘッドにおいて、複数の循環出口に対応する複数の循環個別流路は、流体抵抗値が同一になる構造を有している。
第2態様によれば、複数の循環出口に対応する複数の循環個別流路の流体抵抗値を同一とすることで、いずれの循環出口、循環個別流路を介してノズル部から循環共通流路へ液体を循環させたとしても、ノズル部から循環共通流路へ循環させる液体の流量を実質的に同一とすることができる。
同一の流体抵抗値には、同様の作用効果を奏する範囲の実質的に同一の流体抵抗値を含んでいる。
循環個別流路が分岐される構造における循環個別流路の流体抵抗値は、循環個別流路全体の合成抵抗値とされる。
(第3態様):第1態様又は第2態様に記載の液体吐出ヘッドにおいて、同一のノズル部に形成された複数の循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路を介して、同一のノズル部に形成された複数の循環出口と連通される同一の循環共通流路に形成される複数の接続口における各接続口間の流体抵抗値の最大値は、同一のノズル部に形成された複数の循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路の流体抵抗値の最小値に対して0.1パーセント以下である。
第3態様によれば、同一のノズル部と連通される複数の接続口の間の圧力損失を実質的にゼロ(無視できる程度)とすることができ、いずれの循環個別流路を介してノズル部から循環共通流路へ液体を循環させたとしても、循環出口を介してノズル部から循環共通流路へ循環させる液体の流量を実質的に同一とすることができる。
(第4態様):第1態様から第3態様のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、同一のノズル部に形成された複数の循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路を介して、同一のノズル部に形成された複数の循環出口と連通される同一の循環共通流路に形成される複数の接続口における各接続口間を結んだ循環共通流路における流路長は、複数の接続口のうち他のノズル部と連通する同一の循環共通流路に形成された接続口に最も近い接続口と、他のノズル部と連通する同一の循環共通流路に形成された接続口とを結んだ循環共通流路における流路長未満である。
第4態様によれば、同一のノズル部と接続される複数の接続口を近接配置させることで、いずれの循環個別流路を介してノズル部から循環共通流路へ液体を循環させたとしても、ノズル部から循環共通流路へ循環させる液体の流量を実質的に同一とすることができる。
(第5態様):第1態様から第4態様のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、同一のノズル部と接続される複数の循環個別流路は、互いに交差しない配置を有している。
第5態様によれば、同一のノズル部と接続される複数の循環個別流路を交差させずに配置させることで、複数の循環個別流路と接続される接続口が近接配置される。
(第6態様):第1態様から第5態様のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、複数の循環共通流路を具備し、循環個別流路は複数の支流に分岐される構造を有し、かつ、支流の少なくとも1つは他の支流に接続される循環共通流路と異なる循環共通流路に接続される構造を有し、各循環個別流路の合成流体抵抗値が同一となる構造を有する。
第6態様によれば、各循環個別流路を複数の循環共通流路と接続させることで、複数の循環共通流路のいずれかに気泡の発生等による異常が生じたとしても、他の循環共通流路を用いてノズル部の液体を循環させることができる。
(第7態様):第1態様から第6態様のいずれかに記載の液体吐出ヘッドにおいて、ノズル部から吐出させる液体の吐出方向を垂直下向きとしたときに、循環個別流路は、循環出口から液体の吐出方向と反対向きに傾斜した構造を有している。
第7態様によれば、ノズル部から吐出させる液体の吐出方向を垂直下向きとしたときに、循環個別流路を上向きに傾斜させることで、上方へ移動する傾向がある気泡をノズル部から循環共通流路へ効率よく排出させることができる。
(第8態様):液体を吐出させる液体吐出ヘッドと、液体吐出ヘッドと被吐出媒体とを相対的に移動させる相対移動手段と、を備え、液体吐出ヘッドは、液体を吐出させるノズル開口、及びノズル開口と一方の端が連通するノズル連通路を具備するノズル部と、ノズル連通路の他方の端と連通する液室と、液室に設けられ、液室内の液体を加圧する加圧素子と、ノズル部に形成された複数の循環出口と、複数の循環出口のそれぞれを介してノズル部と接続される複数の循環個別流路と、複数の循環個別流路のそれぞれと接続される複数の接続口が形成される循環共通流路と、を具備し、ノズル部は、複数の循環出口がノズル開口の重心を通りノズル開口面に垂直なノズル軸について対称に配置される構造を有し、かつ、複数の循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路は、同一の循環共通流路と接続され、循環出口は、ノズル部の液体を循環共通流路へ循環させる際に、各循環出口を通過する液体の流量が同一になる構造を有する液体吐出装置。
液体吐出装置の一例として、液体吐出ヘッド(インクジェットヘッド)からインクを吐出させて被吐出媒体へ画像を形成するインクジェット記録装置が挙げられる。
(第9態様):第8態様に記載の液体吐出装置において、複数の循環個別流路は、少なくとも一部が相対移動手段の相対移動方向に沿って配置されている。
第9態様において、各循環個別流路が相対移動方向に沿って形成される第1流路及び、第1流路と交差する第2流路を含む態様がある。
(第10態様):第8態様又は第9態様に記載の液体吐出装置において、4以上の偶数の循環個別流路を具備し、循環個別流路と接続される4以上の偶数の循環出口のそれぞれの重心は、ノズル開口の重心を通る垂線と交差する相対移動手段の相対移動方向に沿う直線上、又は直線と相対移動手段の相対移動方向と直交する方向において等距離にある直線上のいずれかに配置されている。
第10態様において、4つの循環出口(循環個別流路)を備える場合、ノズル開口の重心を通る垂線と交差する相対移動方向に沿う直線と、相対移動方向と直交する方向において等距離にある直線上に4つの循環出口が配置される。
(第11態様):第9態様に記載の液体吐出装置において、2本の循環個別流路、及び2本の循環個別流路に対応する2つの循環出口を具備し、2つの循環出口のそれぞれの重心は、ノズル開口の重心を通る垂線と交差する相対移動手段の相対移動方向に沿う直線上に配置される。
第11態様によれば、2つの循環出口、及び2つの循環出口のそれぞれに接続される2本の循環個別流路を備える態様において、ノズル部から循環共通流路への液体の循環に起因する吐出曲りが発生したとしても、吐出曲りの方向は相対移動方向と平行方向となるので、吐出タイミングを調整することによって吐出曲りを補正しうる。
(第12態様):第8態様から第11態様のいずれかに記載の液体吐出装置において、液体吐出ヘッドは、第2態様から第7態様のいずれかに記載の液体吐出ヘッドを含んでいる。
10…インクジェット記録装置、56…インクジェットヘッド、220…ノズル連通路、226,227,426,427,526,527,536,537,626B、626C,626D,627B,627C,627D,726,727…循環個別流路、226A,227A,426A,427A,526A,527A,626A,627A,726A,727A…循環出口、228,628B,628C…循環共通流路、280…ノズル開口,281,481,581,681,781…ノズル部、281A,481A,581A,681A,781A…ノズル軸

Claims (15)

  1. 液体を吐出させるノズル開口、及び前記ノズル開口と一方の端が連通するノズル連通路を具備するノズル部と、
    前記ノズル連通路の他方の端と連通する液室と、
    前記液室に設けられ、前記液室内の液体を加圧する加圧素子と、
    前記ノズル部に形成された複数の循環出口と、
    前記複数の循環出口のそれぞれを介して前記ノズル部と接続される複数の循環個別流路と、
    前記複数の循環個別流路のそれぞれと接続される複数の接続口が形成される循環共通流路と、
    を備え、
    前記ノズル部は、前記複数の循環出口がノズル開口の重心を通りノズル開口面に垂直なノズル軸について対称に配置される構造を有し、かつ、前記複数の循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路は、同一の循環共通流路と接続され、
    前記循環出口は、前記ノズル部の液体を前記循環共通流路へ循環させる際に、各循環出口を通過する液体の流量が同一になる構造を有し、
    同一のノズル部に形成された複数の前記循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路を介して、前記同一のノズル部に形成された複数の前記循環出口と連通される同一の循環共通流路に形成される複数の接続口における各接続口間を結んだ前記循環共通流路における流路長は、前記複数の接続口のうち他のノズル部と連通する同一の循環共通流路に形成された接続口に最も近い接続口と、前記他のノズル部と連通する同一の循環共通流路に形成された接続口とを結んだ前記循環共通流路における流路長未満である液体吐出ヘッド。
  2. 前記複数の循環出口に対応する前記複数の循環個別流路は、流体抵抗値が同一になる構造を有する請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
  3. 同一のノズル部に形成された複数の前記循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路を介して、前記同一のノズル部に形成された複数の前記循環出口と連通される同一の循環共通流路に形成される複数の接続口における各接続口間の流体抵抗値の最大値は、前記同一のノズル部に形成された複数の前記循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路の流体抵抗値の最小値に対して0.1パーセント以下である請求項1又は2に記載の液体吐出ヘッド。
  4. 同一のノズル部と接続される複数の循環個別流路は、互いに交差しない配置を有する請求項1からのいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  5. 複数の前記循環共通流路を具備し、
    前記循環個別流路は複数の支流に分岐される構造を有し、かつ、前記支流の少なくとも1つは他の支流に接続される循環共通流路と異なる循環共通流路に接続される構造を有し、
    各循環個別流路の合成流体抵抗値が同一となる構造を有する請求項1からのいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  6. 液体を吐出させるノズル開口、及び前記ノズル開口と一方の端が連通するノズル連通路を具備するノズル部と、
    前記ノズル連通路の他方の端と連通する液室と、
    前記液室に設けられ、前記液室内の液体を加圧する加圧素子と、
    前記ノズル部に形成された複数の循環出口と、
    前記複数の循環出口のそれぞれを介して前記ノズル部と接続される複数の循環個別流路と、
    前記複数の循環個別流路のそれぞれと接続される複数の接続口が形成される複数の循環共通流路と、
    を備え、
    前記ノズル部は、前記複数の循環出口がノズル開口の重心を通りノズル開口面に垂直なノズル軸について対称に配置される構造を有し、かつ、前記複数の循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路は、同一の循環共通流路と接続され、
    前記循環出口は、前記ノズル部の液体を前記循環共通流路へ循環させる際に、各循環出口を通過する液体の流量が同一になる構造を有し、
    前記循環個別流路は複数の支流に分岐される構造を有し、かつ、前記支流の少なくとも1つは他の支流に接続される循環共通流路と異なる循環共通流路に接続される構造を有し、
    各循環個別流路の合成流体抵抗値が同一となる構造を有する液体吐出ヘッド。
  7. 前記ノズル部から吐出させる液体の吐出方向を垂直下向きとしたときに、前記循環個別流路は、前記循環出口から液体の吐出方向と反対向きに傾斜した構造を有する請求項1から6のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
  8. 液体を吐出させるノズル開口、及び前記ノズル開口と一方の端が連通するノズル連通路を具備するノズル部と、
    前記ノズル連通路の他方の端と連通する液室と、
    前記液室に設けられ、前記液室内の液体を加圧する加圧素子と、
    前記ノズル部に形成された複数の循環出口と、
    前記複数の循環出口のそれぞれを介して前記ノズル部と接続される複数の循環個別流路と、
    前記複数の循環個別流路のそれぞれと接続される複数の接続口が形成される循環共通流路と、
    を備え、
    前記ノズル部は、前記複数の循環出口がノズル開口の重心を通りノズル開口面に垂直なノズル軸について対称に配置される構造を有し、かつ、前記複数の循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路は、同一の循環共通流路と接続され、
    前記循環出口は、前記ノズル部の液体を前記循環共通流路へ循環させる際に、各循環出口を通過する液体の流量が同一になる構造を有し、
    前記ノズル部から吐出させる液体の吐出方向を垂直下向きとしたときに、前記循環個別流路は、前記循環出口から液体の吐出方向と反対向きに傾斜した構造を有する液体吐出ヘッド。
  9. 液体を吐出させる液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッドと被吐出媒体とを相対的に移動させる相対移動手段と、
    を備え、
    前記液体吐出ヘッドは、液体を吐出させるノズル開口、及び前記ノズル開口と一方の端が連通するノズル連通路を具備するノズル部と、前記ノズル連通路の他方の端と連通する液室と、前記液室に設けられ、前記液室内の液体を加圧する加圧素子と、前記ノズル部に形成された複数の循環出口と、前記複数の循環出口のそれぞれを介して前記ノズル部と接続される複数の循環個別流路と、前記複数の循環個別流路のそれぞれと接続される複数の接続口が形成される循環共通流路と、を具備し、
    前記ノズル部は、前記複数の循環出口がノズル開口の重心を通りノズル開口面に垂直なノズル軸について対称に配置される構造を有し、かつ、前記複数の循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路は、同一の循環共通流路と接続され、
    前記循環出口は、前記ノズル部の液体を前記循環共通流路へ循環させる際に、各循環出口を通過する液体の流量が同一になる構造を有し、
    同一のノズル部に形成された複数の前記循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路を介して、前記同一のノズル部に形成された複数の前記循環出口と連通される同一の循環共通流路に形成される複数の接続口における各接続口間を結んだ前記循環共通流路における流路長は、前記複数の接続口のうち他のノズル部と連通する同一の循環共通流路に形成された接続口に最も近い接続口と、前記他のノズル部と連通する同一の循環共通流路に形成された接続口とを結んだ前記循環共通流路における流路長未満である液体吐出装置。
  10. 液体を吐出させる液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッドと被吐出媒体とを相対的に移動させる相対移動手段と、
    を備え、
    前記液体吐出ヘッドは、液体を吐出させるノズル開口、及び前記ノズル開口と一方の端が連通するノズル連通路を具備するノズル部と、
    前記ノズル連通路の他方の端と連通する液室と、
    前記液室に設けられ、前記液室内の液体を加圧する加圧素子と、
    前記ノズル部に形成された複数の循環出口と、
    前記複数の循環出口のそれぞれを介して前記ノズル部と接続される複数の循環個別流路と、
    前記複数の循環個別流路のそれぞれと接続される複数の接続口が形成される複数の循環共通流路と、
    を備え、
    前記ノズル部は、前記複数の循環出口がノズル開口の重心を通りノズル開口面に垂直なノズル軸について対称に配置される構造を有し、かつ、前記複数の循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路は、同一の循環共通流路と接続され、
    前記循環出口は、前記ノズル部の液体を前記循環共通流路へ循環させる際に、各循環出口を通過する液体の流量が同一になる構造を有し、
    前記循環個別流路は複数の支流に分岐される構造を有し、かつ、前記支流の少なくとも1つは他の支流に接続される循環共通流路と異なる循環共通流路に接続される構造を有し、
    各循環個別流路の合成流体抵抗値が同一となる構造を有する液体吐出装置。
  11. 液体を吐出させる液体吐出ヘッドと、
    前記液体吐出ヘッドと被吐出媒体とを相対的に移動させる相対移動手段と、
    を備え、
    前記液体吐出ヘッドは、液体を吐出させるノズル開口、及び前記ノズル開口と一方の端が連通するノズル連通路を具備するノズル部と、
    前記ノズル連通路の他方の端と連通する液室と、
    前記液室に設けられ、前記液室内の液体を加圧する加圧素子と、
    前記ノズル部に形成された複数の循環出口と、
    前記複数の循環出口のそれぞれを介して前記ノズル部と接続される複数の循環個別流路と、
    前記複数の循環個別流路のそれぞれと接続される複数の接続口が形成される循環共通流路と、
    を備え、
    前記ノズル部は、前記複数の循環出口がノズル開口の重心を通りノズル開口面に垂直なノズル軸について対称に配置される構造を有し、かつ、前記複数の循環出口のそれぞれと接続される複数の循環個別流路は、同一の循環共通流路と接続され、
    前記循環出口は、前記ノズル部の液体を前記循環共通流路へ循環させる際に、各循環出口を通過する液体の流量が同一になる構造を有し、
    前記ノズル部から吐出させる液体の吐出方向を垂直下向きとしたときに、前記循環個別流路は、前記循環出口から液体の吐出方向と反対向きに傾斜した構造を有する液体吐出装置。
  12. 前記複数の循環個別流路は、少なくとも一部が前記相対移動手段の相対移動方向に沿って配置される請求項9から11のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
  13. 4以上の偶数の前記循環個別流路を具備し、
    前記循環個別流路と接続される4以上の偶数の前記循環出口のそれぞれの重心は、前記ノズル開口の重心を通る垂線と交差する前記相対移動手段の相対移動方向に沿う直線上、又は前記直線と前記相対移動手段の相対移動方向と直交する方向において等距離にある直線上のいずれかに配置される請求項9から12のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
  14. 2本の前記循環個別流路、及び前記2本の前記循環個別流路に対応する2つの前記循環出口を具備し、
    前記2つの循環出口のそれぞれの重心は、前記ノズル開口の重心を通る垂線と交差する前記相対移動手段の相対移動方向に沿う直線上に配置される請求項13に記載の液体吐出装置。
  15. 前記液体吐出ヘッドは、請求項2からのいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドを含む請求項から14のいずれか1項に記載の液体吐出装置。
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