JP2001138523A - Liquid jet head, liquid jet apparatus and liquid jet method - Google Patents
Liquid jet head, liquid jet apparatus and liquid jet methodInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、熱エネルギーを液
体に作用させて気泡を発生させることによって液体を吐
出する液体吐出ヘッド、液体吐出装置、および液体吐出
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid discharge head, a liquid discharge apparatus, and a liquid discharge method for discharging liquid by applying heat energy to liquid to generate bubbles.
【0002】また、本発明は、紙、糸、繊維、布帛、皮
革、金属、プラスチック、ガラス、木材、セラミックス
等の被記録媒体に対し記録を行うプリンタ、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
ワードプロセッサ等の装置、さらには各種処理装置と複
合的に組み合わせた産業用記録装置に適用できる発明で
ある。[0002] The present invention also relates to a facsimile having a printer, a copier, a communication system, and a printer for performing recording on a recording medium such as paper, thread, fiber, cloth, leather, metal, plastic, glass, wood, ceramics and the like. The present invention can be applied to a device such as a word processor having a unit, and further to an industrial recording device combined with various processing devices.
【0003】なお、本発明における「記録」とは、文字
や図形等の意味を持つ画像を被記録媒体に対して付与す
ることだけでなく、パターン等の意味を持たない画像を
付与することをも意味するものである。In the present invention, “recording” means not only giving an image having a meaning such as a character or a figure to a recording medium, but also giving an image having no meaning such as a pattern. Also means.
【0004】[0004]
【従来の技術】従来、プリンタ等の記録装置において、
流路中の液体インクに熱等のエネルギーを与えて気泡を
発生させ、それに伴う急峻な体積変化に基づく作用力に
よって吐出口からインクを吐出し、これを被記録媒体上
に付着させて画像形成を行うインクジェット記録方法、
いわゆるバブルジェット(登録商標)記録方法が知られ
ている。このバブルジェット記録方法を用いる記録装置
には、米国特許第4,723,129号等に開示されて
いるように、インクを吐出するための吐出口と、この吐
出口に連通する流路と、流路内に配されたインクを吐出
するためのエネルギー発生手段としての電気熱変換体
(ヒータ)とが一般的に配されている。2. Description of the Related Art Conventionally, in a recording device such as a printer,
Applying energy such as heat to the liquid ink in the flow path to generate air bubbles, and the ink is ejected from the ejection ports by the action force based on the steep volume change that accompanies it and adheres to the recording medium to form an image. Ink-jet recording method,
A so-called bubble jet (registered trademark) recording method is known. As disclosed in U.S. Pat. No. 4,723,129 and the like, a recording apparatus using this bubble jet recording method includes a discharge port for discharging ink, a flow path communicating with the discharge port, An electrothermal converter (heater) as an energy generating means for discharging ink disposed in the flow path is generally disposed.
【0005】このような記録方法によれば、品位の高い
画像を高速、低騒音で記録することができると共に、こ
の記録方法を行うヘッドではインクを吐出するための吐
出口を高密度に配置することができるため、小型の装置
で高解像度の記録画像、さらにカラー画像をも容易に得
ることができるという多くの優れた点を有している。こ
のため、このバブルジェット記録方法は近年、プリンタ
ー、複写機、ファクシミリ等の多くのオフィス機器に利
用されており、さらに、捺染装置等の産業用システムに
まで利用されるようになってきている。According to such a recording method, a high-quality image can be recorded at high speed and with low noise, and in a head performing this recording method, ejection ports for ejecting ink are arranged at a high density. Therefore, it has many advantages that a high-resolution recorded image and a color image can be easily obtained with a small device. For this reason, this bubble jet recording method has recently been used in many office devices such as printers, copiers, and facsimile machines, and has also been used in industrial systems such as textile printing devices.
【0006】このようにバブルジェット技術が多方面の
製品に利用されるに従って様々な要求が高まっており、
例えば、高画質な画像を得るために、インクの吐出スピ
ードが速く、安定した気泡発生に基づく良好なインク吐
出を行える液体吐出方法等を与えるための駆動条件が提
案されたり、また、高速記録の観点から、吐出された液
体の液流路内への充填(リフィル)速度の速い液体吐出
ヘッドを得るために流路形状を改良したものも提案され
たりしている。As described above, various demands are increasing as the bubble jet technology is used for products in various fields.
For example, in order to obtain a high-quality image, a drive condition for providing a liquid discharge method or the like in which the ink discharge speed is high and a good ink discharge based on stable bubble generation is proposed. From the viewpoint, there has been proposed an improved flow path shape in order to obtain a liquid discharge head having a high filling (refilling) speed of the discharged liquid into the liquid flow path.
【0007】さらに、記録画像の高詳細化と印字速度の
高速化とを同時に成すために、1つの液流路(ノズル)
に複数の電気熱変換体を配置し、大きさが異なる液滴を
同じノズルから吐出するように構成されたものも提案さ
れている。Further, in order to simultaneously increase the detail of a recorded image and increase the printing speed, one liquid flow path (nozzle)
There is also proposed a device in which a plurality of electrothermal transducers are arranged in such a manner that droplets having different sizes are discharged from the same nozzle.
【0008】液体吐出ヘッドの吐出量、吐出速度および
リフィル周波数等の液体吐出特性は、一般に、ヒータ
の前方(液流路における液体の流れ方向に関する下流
側)の流抵抗、ヒータの後方(上流側)の流抵抗、
ヒータ後方の流抵抗に対するヒータ前方の流抵抗の比、
の3つの要素によって決定される。そこで、液体吐出ヘ
ッドは、液流路の構造、ヒータの大きさおよび配置位置
等を調整することで上記の3つの要素が適宜変更され
て、所望の吐出特性が得られるように構成されている。The liquid discharge characteristics such as the discharge amount, discharge speed, and refill frequency of the liquid discharge head generally include a flow resistance in front of the heater (downstream side in the flow direction of the liquid in the liquid flow path) and a flow resistance behind the heater (upstream side). ) Flow resistance,
The ratio of the flow resistance in front of the heater to the flow resistance behind the heater,
Is determined by the following three factors. Therefore, the liquid discharge head is configured such that the above three elements are appropriately changed by adjusting the structure of the liquid flow path, the size and the arrangement position of the heater, and the desired discharge characteristics are obtained. .
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】1つのノズルに複数の
電気熱変換体が配置され、大きさが異なる液滴を同じノ
ズルから吐出するように構成された液体吐出ヘッド(以
下、「吐出量変調ヘッド」ともいう。)では、記録画像
の高詳細化と印字速度の高速化とを実現するために、吐
出量変調比(小さな液滴と大きな液滴との体積比)をよ
り大きくする必要がある。A liquid discharge head (hereinafter referred to as "discharge amount modulation") in which a plurality of electrothermal transducers are arranged in one nozzle and droplets having different sizes are discharged from the same nozzle. Head)), it is necessary to further increase the ejection amount modulation ratio (volume ratio between small droplets and large droplets) in order to achieve higher definition of a recorded image and higher printing speed. is there.
【0010】ところが、吐出量変調比を大きくすると、
小液滴と大液滴との吐出速度差が大きくなって液滴の被
記録媒体に対する着弾位置にずれが生じるため、1回の
走査行程内で小液滴と大液滴とを吐出させることができ
なくなったり、吐出させる液滴の大きさに応じて吐出タ
イミングを変化させる等の高度な画像処理工程を行う必
要が生じたりする場合がある。また、1つのノズルに配
置されるヒータ同士の大きさの比を大きくすると、ノズ
ルの長さを長くせざるを得ず、リフィル周波数の低下
等、吐出特性に大きな影響を及ぼす場合がある。However, when the discharge amount modulation ratio is increased,
Since the difference between the ejection speeds of the small droplet and the large droplet increases and the landing position of the droplet on the recording medium shifts, it is necessary to eject the small droplet and the large droplet within one scanning stroke. In some cases, or it may be necessary to perform an advanced image processing step such as changing the ejection timing according to the size of the droplet to be ejected. In addition, if the size ratio between the heaters arranged in one nozzle is increased, the length of the nozzle must be increased, which may greatly affect the discharge characteristics such as a decrease in the refill frequency.
【0011】吐出量変調ヘッドは、各液滴の吐出速度は
ほぼ等しいことが求められる一方で、吐出量変調ヘッド
は同じノズルから異なる大きさの液滴を吐出させるもの
であり、ノズルの構造を各々の大きさの液滴の吐出にと
ってそれぞれ最適となるように構成することは困難であ
る。また、吐出量変調ヘッドでは複数のヒータが1つの
ノズル内に配置されるので、ヒータの大きさや配置位置
の自由度が制限される場合がある。The ejection volume modulation head is required to have approximately the same ejection speed of each droplet, while the ejection volume modulation head ejects droplets of different sizes from the same nozzle. It is difficult to make a configuration that is optimal for discharging droplets of each size. Further, in the ejection amount modulation head, since a plurality of heaters are arranged in one nozzle, the degree of freedom of the size and arrangement position of the heater may be limited.
【0012】このように、吐出量変調ヘッドは、1つの
ノズルに1つのヒータが配置された一般的な液体吐出ヘ
ッドよりも、設計に関して格段に高度な条件が要求され
る。従来では、これらの条件を満たそうとすると、吐出
効率が低下してヘッドが昇温し易くなったり、構成部品
の寸法精度や組立精度を高精度にする必要が生じたりし
ていた。As described above, the discharge amount modulation head requires much higher design conditions than a general liquid discharge head in which one heater is arranged for one nozzle. Conventionally, if these conditions are to be satisfied, the ejection efficiency is reduced and the temperature of the head is easily increased, and the dimensional accuracy and the assembly accuracy of the components need to be increased.
【0013】そこで本発明は、液滴の吐出量比を大き
く、かつ各液滴の吐出速度をほぼ等しくでき、さらに吐
出後のリフィル周波数を高くすることができる液体吐出
ヘッド、液体吐出方法および液体吐出装置を提供するこ
とを目的とする。Accordingly, the present invention provides a liquid discharge head, a liquid discharge method, and a liquid discharge method capable of increasing the discharge amount ratio of liquid droplets, making the discharge speed of each liquid droplet substantially equal, and increasing the refill frequency after discharge. An object is to provide a discharge device.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の液体吐出ヘッドは、液体を吐出するための
吐出口と、該吐出口に一端部が常に連通され、液体に気
泡を発生させる複数の気泡発生領域を有する液流路と、
該液流路に配設され、前記液流路に供給される前記液体
を貯留する共通液体供給室に連通されている液体供給口
と、前記液流路内に配された前記液体に気泡を発生させ
る複数の気泡発生手段と、前記液体供給口の前記液流路
側に対して10μm以下の隙間を隔てて前記吐出口側を
自由端として支持された状態で前記液流路に設けられ、
前記液体供給口の開口領域よりも大きい投影領域を有す
る板状の可動部材とを有し、前記吐出口と前記気泡発生
手段とが直線連通状態にあり、前記複数の気泡発生手段
のうち最も体積の小さい気泡を発生させる気泡発生手段
を駆動することによって前記可動部材が前記液体供給口
を密閉して実質的に遮断することを特徴とする。In order to achieve the above object, a liquid discharge head of the present invention has a discharge port for discharging a liquid, and one end of the discharge port is always in communication with the discharge port to generate bubbles in the liquid. A liquid flow path having a plurality of bubble generation regions to be caused,
A liquid supply port arranged in the liquid flow path and communicated with a common liquid supply chamber that stores the liquid supplied to the liquid flow path, and bubbles are formed in the liquid disposed in the liquid flow path. A plurality of bubble generating means to be generated, provided in the liquid flow path in a state where the discharge port side is supported as a free end with a gap of 10 μm or less with respect to the liquid flow path side of the liquid supply port,
A plate-shaped movable member having a projection area larger than an opening area of the liquid supply port, wherein the discharge port and the bubble generation unit are in a linear communication state, and the volume of the plurality of bubble generation units is the largest. The movable member hermetically closes and substantially shuts off the liquid supply port by driving a bubble generation unit that generates a small bubble.
【0015】また、本発明の他の液体吐出ヘッドは、液
体を吐出するための吐出口と、該吐出口に一端部が常に
連通され、液体に気泡を発生させる複数の気泡発生領域
を有する液流路と、該液流路に配設され、前記液流路に
供給される前記液体を貯留する共通液体供給室に連通さ
れている液体供給口と、前記液流路内に配された前記液
体に気泡を発生させる複数の気泡発生手段と、前記液体
供給口の前記液流路側に対して10μm以下の隙間を隔
てて前記吐出口側を自由端として支持された状態で前記
液流路に設けられ、前記液体供給口の開口領域よりも大
きい投影領域を有する板状の可動部材とを有し、前記吐
出口と前記気泡発生手段とが直線連通状態にあり、前記
複数の気泡発生手段のうち1つを選択することにより、
気泡を発生する際において、いずれの気泡発生手段を駆
動する際にも、前記可動部材が前記液体供給口を密閉し
て実質的に遮断することを特徴とする。According to another aspect of the present invention, there is provided a liquid discharge head having a discharge port for discharging a liquid, and a plurality of bubble generating regions having one end constantly connected to the discharge port and generating bubbles in the liquid. A flow path, a liquid supply port disposed in the liquid flow path, communicating with a common liquid supply chamber for storing the liquid supplied to the liquid flow path, and the liquid supply port disposed in the liquid flow path. A plurality of bubble generating means for generating bubbles in the liquid, and the liquid flow path supported by the discharge port side as a free end with a gap of 10 μm or less with respect to the liquid flow path side of the liquid supply port. And a plate-shaped movable member having a projection area larger than the opening area of the liquid supply port, wherein the discharge port and the bubble generation means are in linear communication with each other, and By choosing one of them,
In generating bubbles, the movable member hermetically closes and substantially shuts off the liquid supply port when driving any of the bubble generation means.
【0016】このように構成された本発明の液体吐出ヘ
ッドによれば、液流路を満たす液体の一部が発熱体(気
泡発生手段)によって加熱され、膜沸騰に伴う気泡の発
生とほぼ同時に、可動部材が液体供給口の周辺部に密着
して液体供給口を塞ぎ、液流路内が吐出口を除いて実質
的に密閉状態になる。According to the liquid discharge head of the present invention having the above-described structure, a part of the liquid filling the liquid flow path is heated by the heating element (bubble generating means), and almost simultaneously with the generation of bubbles due to film boiling. In addition, the movable member comes into close contact with the peripheral portion of the liquid supply port to close the liquid supply port, and the inside of the liquid flow path is substantially closed except for the discharge port.
【0017】したがって、圧力波の伝搬が液体供給口側
に行くことが抑止され、液体の吐出時には発熱体の後方
へ液体が移動しないので、発熱体よりも後方の流抵抗は
ほぼ無限大であると考えることができる。さらに、発熱
体の後方(上流側)の流抵抗がほぼ無限大であることか
ら、発熱体後方の流抵抗に対する発熱体前方の流抵抗の
比は、発熱体の前方(下流側)の流抵抗が変化しても常
にほぼゼロになる。したがって、本発明の液体吐出ヘッ
ドは、液体吐出特性を決定する3つの要素のうちの「発
熱体の前方(下流側)の流抵抗」のみによって液体吐出
特性が決定される。Therefore, the propagation of the pressure wave is prevented from going to the liquid supply port side, and the liquid does not move to the rear of the heating element when discharging the liquid, so that the flow resistance behind the heating element is almost infinite. Can be considered. Furthermore, since the flow resistance behind (upstream) the heating element is almost infinite, the ratio of the flow resistance in front of the heating element to the flow resistance behind the heating element is the flow resistance in front (downstream side) of the heating element. Is almost always zero even if changes. Therefore, in the liquid discharge head of the present invention, the liquid discharge characteristics are determined only by the “flow resistance in front (downstream side) of the heating element” among the three elements that determine the liquid discharge characteristics.
【0018】液体の吐出速度は、発熱体の前方の流抵抗
に逆比例し、発熱体の有効発泡面積で決定される発泡パ
ワーに比例する。また、吐出口から吐出される液体の吐
出量は発熱体の有効発泡面積に比例するため、本発明の
液体吐出ヘッドでは、同じ液流路に設けられた各発熱体
の前方(下流側)の流抵抗と吐出量との比が等しくなる
ようにすることにより、各発熱体の加熱により吐出され
る各液滴の吐出速度が等しくなる。これにより、本発明
によれば、液滴の吐出量比を大きくしても各液滴の吐出
速度を等しくすることが容易になる。The discharge speed of the liquid is inversely proportional to the flow resistance in front of the heating element and proportional to the foaming power determined by the effective foaming area of the heating element. In addition, since the discharge amount of the liquid discharged from the discharge port is proportional to the effective foaming area of the heating element, in the liquid ejection head of the present invention, the liquid ejection head in front (downstream side) of each heating element provided in the same liquid flow path. By making the ratio between the flow resistance and the ejection amount equal, the ejection speed of each droplet ejected by heating each heating element becomes equal. Thus, according to the present invention, it becomes easy to make the ejection speeds of the respective droplets equal even if the ejection amount ratio of the droplets is increased.
【0019】また、前記液流路に設けられた前記複数の
気泡発生手段は、前記液流路の下流側から上流側へ向か
うにつれて発泡面積が次第に大きくなる順に配列されて
いる構成とすることが好ましい。Further, the plurality of bubble generating means provided in the liquid flow path may be arranged in an order in which a foaming area gradually increases from a downstream side to an upstream side of the liquid flow path. preferable.
【0020】さらに、前記液流路を構成する液流路壁と
前記可動部材との間にも間隙を有する構成としてもよ
い。Further, a gap may be provided between the liquid flow path wall constituting the liquid flow path and the movable member.
【0021】また、前記複数の気泡発生手段を駆動する
ことによって前記液体を吐出する構成としてもよい。こ
の場合、前記複数の気泡発生手段を同時に駆動すること
によって前記液体を吐出する構成としてもよい。あるい
は、前記複数の気泡発生手段のうち、最も前記吐出口側
の気泡発生手段を最初に駆動することによって前記液体
を吐出する構成としてもよい。あるいは、前記複数の気
泡発生手段のうち、最も前記可動部材側の気泡発生手段
を最初に駆動することによって前記液体を吐出する構成
としてもよい。The liquid may be discharged by driving the plurality of bubble generating means. In this case, the liquid may be discharged by simultaneously driving the plurality of bubble generating units. Alternatively, the liquid may be discharged by first driving the bubble generating means closest to the discharge port out of the plurality of bubble generating means. Alternatively, the liquid may be ejected by first driving the bubble generating unit closest to the movable member among the plurality of bubble generating units.
【0022】また、本発明の液体吐出装置は、上記本発
明の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから液体を吐
出させるための駆動信号を供給する駆動信号供給手段と
を有する。Further, a liquid discharge apparatus according to the present invention includes the above liquid discharge head according to the present invention, and drive signal supply means for supplying a drive signal for discharging liquid from the liquid discharge head.
【0023】本発明の他の液体吐出装置は、上記本発明
の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出された
液体を受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段
とを有する。According to another aspect of the present invention, there is provided a liquid ejecting apparatus including the liquid ejecting head of the present invention described above, and a recording medium transport means for transporting a recording medium receiving the liquid ejected from the liquid ejecting head.
【0024】さらに、前記液体吐出ヘッドからインクを
吐出し、被記録媒体に前記インクを付着させることで記
録を行うように構成されていてもよい。Further, the recording may be performed by discharging ink from the liquid discharge head and attaching the ink to a recording medium.
【0025】また、本発明の液体吐出方法は、液体を吐
出するための吐出口と、該吐出口に一端部が常に連通さ
れ、液体に気泡を発生させる複数の気泡発生領域を有す
る液流路と、該液流路に配設され、前記液流路に供給さ
れる前記液体を貯留する共通液体供給室に連通されてい
る液体供給口と、前記液流路に設けられ、前記液流路に
配された前記液体に気泡を発生させる複数の気泡発生手
段と、前記液流路を構成する液流路壁および前記液体供
給口との間に前記液流路壁および前記液体吐出口の前記
液流路側に対して微小な隙間を隔てて前記吐出口側を自
由端として支持された状態で前記液流路に設けられ、前
記液体供給口の開口領域よりも大きい投影領域を有する
可動部材とを備えた液体吐出ヘッドを用いた液体吐出方
法であって、前記複数の気泡発生手段のうち最も体積の
小さい気泡を発生させる気泡発生手段を駆動して気泡を
発生させることによって、前記気泡発生手段に駆動電圧
が印加されてから気泡の全体が略等方成長している期間
が終了するまでの間に、前記可動部材が前記液体供給口
を密閉して実質的に遮断することを特徴とする。Further, according to the liquid discharge method of the present invention, there is provided a liquid flow path having a discharge port for discharging a liquid, and a plurality of bubble generation regions, one end of which is always in communication with the discharge port and which generates bubbles in the liquid. A liquid supply port disposed in the liquid flow path and communicating with a common liquid supply chamber that stores the liquid supplied to the liquid flow path; and the liquid flow path provided in the liquid flow path. A plurality of bubble generating means for generating bubbles in the liquid disposed in the liquid flow path wall and the liquid supply port between the liquid flow path wall and the liquid supply port constituting the liquid flow path; A movable member having a projection area larger than an opening area of the liquid supply port, the movable member being provided in the liquid path in a state where the discharge port side is supported as a free end with a minute gap with respect to the liquid flow path side; A liquid ejection method using a liquid ejection head comprising: By driving the bubble generating means for generating the smallest volume of bubbles among the number of bubble generating means to generate bubbles, the entire bubble grows substantially isotropically after the driving voltage is applied to the bubble generating means. The movable member hermetically closes and substantially shuts off the liquid supply port until the end of the period.
【0026】本発明の他の液体吐出方法は、液体を吐出
するための吐出口と、該吐出口に一端部が常に連通さ
れ、液体に気泡を発生させる複数の気泡発生領域を有す
る液流路と、該液流路に配設され、前記液流路に供給さ
れる前記液体を貯留する共通液体供給室に連通されてい
る液体供給口と、前記液流路に設けられ、前記液流路に
配された前記液体に気泡を発生させる複数の気泡発生手
段と、前記液流路を構成する液流路壁および前記液体供
給口との間に前記液流路壁および前記液体吐出口の前記
液流路側に対して微小な隙間を隔てて前記吐出口側を自
由端として支持された状態で前記液流路に設けられ、前
記液体供給口の開口領域よりも大きい投影領域を有する
可動部材とを備えた液体吐出ヘッドを用いた液体吐出方
法であって、前記複数の気泡発生手段のうち1つを選択
することにより気泡を発生させる際において、いずれの
気泡発生手段を駆動する際にも、前記気泡発生手段に駆
動電圧が印加されてから気泡の全体が略等方成長してい
る期間が終了するまでの間に、前記可動部材が前記液体
供給口を密閉して実質的に遮断することを特徴とする。According to another liquid discharging method of the present invention, there is provided a liquid flow path having a discharging port for discharging a liquid, and a plurality of bubble generating regions, one end of which is always in communication with the discharging port, for generating bubbles in the liquid. A liquid supply port disposed in the liquid flow path and communicating with a common liquid supply chamber that stores the liquid supplied to the liquid flow path; and the liquid flow path provided in the liquid flow path. A plurality of bubble generating means for generating bubbles in the liquid disposed in the liquid flow path wall and the liquid supply port between the liquid flow path wall and the liquid supply port constituting the liquid flow path; A movable member having a projection area larger than an opening area of the liquid supply port, the movable member being provided in the liquid path in a state where the discharge port side is supported as a free end with a minute gap with respect to the liquid flow path side; A liquid discharge method using a liquid discharge head comprising: When generating a bubble by selecting one of the bubble generating means, when driving any of the bubble generating means, the entire bubble is substantially equal after a driving voltage is applied to the bubble generating means. The movable member hermetically closes and substantially shuts off the liquid supply port until the growth period ends.
【0027】これにより、吐出口に形成されるメニスカ
スの後退量が最大になるよりも早く液体が液流路内に流
れ込み、メニスカスを液流路内へと急速に引き込む流れ
が急に低下するため、メニスカス後退量が減少するとと
もに、メニスカスは比較的低速で発泡前の位置へ戻り始
める。その結果、吐出後、メニスカスが初期状態に復帰
する時間が非常に早い、すなわち、液流路への定量のイ
ンク補充(リフィル)が完了する時間が早いので、高精
度(定量)のインク吐出を実施するにあたり吐出周波数
(駆動周波数)をも飛躍的に向上させることができる。As a result, the liquid flows into the liquid flow path earlier than the retreat amount of the meniscus formed at the discharge port becomes maximum, and the flow of rapidly drawing the meniscus into the liquid flow path is sharply reduced. As the amount of meniscus retreat decreases, the meniscus starts to return to the position before foaming at a relatively low speed. As a result, the time required for the meniscus to return to the initial state after the discharge is very short, that is, the time required to complete the replenishment (refill) of the ink in the liquid flow path is short, so that the ink discharge with high precision (quantity) can be performed. In the implementation, the ejection frequency (drive frequency) can also be dramatically improved.
【0028】さらに、前記気泡発生領域における前記吐
出口側と前記液体供給口側とでは、気泡の成長体積変化
と気泡の発生から消泡までの時間が大きく異なる構成と
してもよい。Further, the discharge port side and the liquid supply port side in the bubble generation area may have a structure in which the growth volume change of the bubbles and the time from the generation of the bubbles to the disappearance of the bubbles are greatly different.
【0029】さらには、前記気泡発生領域が大気に開放
されない構成としてもよい。Further, the air bubble generating region may not be opened to the atmosphere.
【0030】また、前記複数の気泡発生手段を駆動する
ことによって前記液体を吐出する構成としてもよい。こ
の場合、前記複数の気泡発生手段を同時に駆動すること
によって前記液体を吐出する構成としてもよい。あるい
は、前記複数の気泡発生手段のうち、最も前記吐出口側
の気泡発生手段を最初に駆動することによって前記液体
を吐出する構成としてもよい。あるいは、前記複数の気
泡発生手段のうち、最も前記可動部材側の気泡発生手段
を最初に駆動することによって前記液体を吐出する構成
としてもよい。The liquid may be discharged by driving the plurality of bubble generating means. In this case, the liquid may be discharged by simultaneously driving the plurality of bubble generating units. Alternatively, the liquid may be discharged by first driving the bubble generating means closest to the discharge port out of the plurality of bubble generating means. Alternatively, the liquid may be ejected by first driving the bubble generating unit closest to the movable member among the plurality of bubble generating units.
【0031】本発明のその他の効果については、各実施
形態の記載から理解できよう。The other effects of the present invention can be understood from the description of each embodiment.
【0032】なお、本発明の説明で用いる「上流」「下
流」とは、液体の供給源から気泡発生領域(又は可動部
材)を経て、吐出口へ向かう液体の流れ方向に関して、
又はこの構成上の方向に関しての表現として表されてい
る。The terms “upstream” and “downstream” used in the description of the present invention refer to the flow direction of a liquid from a liquid supply source to a discharge port through a bubble generation region (or a movable member).
Alternatively, it is expressed as an expression regarding this structural direction.
【0033】また、気泡自体に関する「下流側」とは、
気泡の中心に対して、上記流れ方向や上記構成上の方向
に関する下流側、又は、発熱体の面積中心より下流側の
領域で発生する気泡を意味する。The "downstream side" of the bubble itself is as follows.
With respect to the center of the bubble, it means a bubble that is generated on the downstream side in the flow direction or the configuration direction, or on the downstream side of the area center of the heating element.
【0034】また、本発明で表現する「可動部材が液体
供給口を密閉して実質的に遮断する」とは、必ずしも可
動部材が液体供給口の周辺部に密着するわけではなく、
可動部材が液体供給口に限りなく接近することも含む。The expression "the movable member seals and substantially shuts off the liquid supply port" in the present invention does not necessarily mean that the movable member is in close contact with the periphery of the liquid supply port.
This includes the movable member approaching the liquid supply port without limit.
【0035】[0035]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0036】(第1の実施の形態)図1は本発明の一実
施形態による液体吐出ヘッドの1つの液流路方向に沿っ
た断面図、図2は図1に示した液体吐出ヘッドのX−
X’線断面図、図3は図1に示した液体吐出ヘッドの吐
出口中心からY1点で天板2側へシフトしたY−Y’線
断面図である。(First Embodiment) FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid discharge head according to an embodiment of the present invention, taken along one liquid flow direction. FIG. 2 is a cross-sectional view of the liquid discharge head shown in FIG. −
1. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line X ', and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line YY' shifted from the center of the discharge port of the liquid discharge head shown in FIG.
【0037】図1〜図3に示す複数流路−共通液室の形
態の液体吐出ヘッドでは、素子基板1と天板2とが流路
側壁10を介して積層状態で固着され、両板1,2の間
には、一端が吐出口7と連通した液流路3が形成されて
いる。この液流路3は1個のヘッドに多数設けられてい
る。また、素子基板1には各々の液流路3に対し、液流
路3に補充された液体に気泡を発生させる気泡発生手段
としての発熱体4a,4bが配されている。発熱体4
a,4bは、各液流路3毎にそれぞれ配置されている。
なお、本実施形態では各液流路3に2つの発熱体が配置
されているが、各液流路3に配置される発熱体の数は2
つに限られず、それ以上であってもよい。発熱体4a,
4bと吐出液との接する面の近傍領域には、発熱体4
a,4bが急速に加熱されて吐出液に発泡が生じる気泡
発生領域11が存在する。In the liquid discharge head in the form of a plurality of flow paths and a common liquid chamber shown in FIGS. 1 to 3, the element substrate 1 and the top plate 2 are fixed in a stacked state via the flow path side wall 10, and the two plates 1 , 2, a liquid flow path 3 having one end communicating with the discharge port 7 is formed. The liquid flow paths 3 are provided in large numbers in one head. Further, the element substrate 1 is provided with heating elements 4a and 4b as bubble generating means for generating bubbles in the liquid replenished in the liquid flow path 3 for each liquid flow path 3. Heating element 4
a and 4b are arranged for each of the liquid flow paths 3 respectively.
In this embodiment, two heating elements are arranged in each liquid flow path 3, but the number of heating elements arranged in each liquid flow path 3 is two.
The number is not limited to one and may be more. Heating element 4a,
A heating element 4 is provided in a region near a surface where the liquid 4b contacts the discharge liquid.
There is a bubble generation region 11 in which a and 4b are rapidly heated to cause foaming in the discharge liquid.
【0038】多数の液流路3の各々に供給部形成部材5
Aに形成された液体供給口5が配設され、各液体供給口
5に連通する共通液体供給室6が設けられている。つま
り、流路は、単一の共通液体供給室6から多数の液流路
3に分岐した形状となっており、各液流路3と連通する
吐出口7から吐出された液体に見合う量の液体をこの共
通液体供給室6から受け取る。符号Sは、液体供給口5
の液流路3に対して液体を供給する実質的な開口領域を
示す。Each of the plurality of liquid flow paths 3 has a supply portion forming member 5
A liquid supply port 5 formed in A is provided, and a common liquid supply chamber 6 communicating with each liquid supply port 5 is provided. That is, the flow path has a shape branched from a single common liquid supply chamber 6 to a number of liquid flow paths 3, and has an amount corresponding to the liquid discharged from the discharge port 7 communicating with each liquid flow path 3. Liquid is received from this common liquid supply chamber 6. The symbol S indicates the liquid supply port 5
3 shows a substantial opening area for supplying a liquid to the liquid flow path 3 of FIG.
【0039】液体供給口5と液流路3との間には、可動
部材8が液体供給口5の開口領域Sに対して微小な隙間
α(例えば10μm以下)を有して略平行に設けられて
いる。可動部材8の投影面積は液体供給口5の開口領域
Sよりも大きくなっており(図3参照)、かつ、可動部
材8の側部と両側の流路側壁10各々との間は微小な隙
間βを有している(図2,図3参照)。A movable member 8 is provided between the liquid supply port 5 and the liquid flow path 3 so as to be substantially parallel to the opening area S of the liquid supply port 5 with a small gap α (for example, 10 μm or less). Have been. The projected area of the movable member 8 is larger than the opening area S of the liquid supply port 5 (see FIG. 3), and a small gap is formed between the side portion of the movable member 8 and each of the flow path side walls 10 on both sides. β (see FIGS. 2 and 3).
【0040】前述した供給部形成部材5Aは、前記可動
部材8に対して、図2に示すように隙間γを介してい
る。隙間β,γは、流路のピッチによって異なるが、隙
間γが大きければ可動部材8は開口領域Sを遮断し易
く、隙間βが大きければ可動部材8は隙間αを介して位
置する定常状態よりも消泡に伴って素子基板1側へ移動
し易くなる。本実施例では、隙間αは3μm、隙間βは
3μm、隙間γは4μmとしている。The supply section forming member 5A described above has a gap γ with respect to the movable member 8 as shown in FIG. The gaps β and γ differ depending on the pitch of the flow path. However, if the gap γ is large, the movable member 8 can easily block the opening area S, and if the gap β is large, the movable member 8 can be moved from the steady state located through the gap α. Also easily moves toward the element substrate 1 with the defoaming. In this embodiment, the gap α is 3 μm, the gap β is 3 μm, and the gap γ is 4 μm.
【0041】また、可動部材8は、流路側壁10の間の
幅方向で、上記開口領域の幅W2よりも大きい幅W1を
有しており、開口領域を充分密閉できる幅を有してい
る。可動部材8の8Aは、液体供給口5の開口領域の上
流側端部を、複数の可動部材が複数流路に交差する方向
に関して連続されている連続部(この一部は、図1に示
すように固定部材9から離れている。)の自由端側の端
部延長線上で規定する(図3参照)。本実施形態では、
図3,図2に示すように、流路側壁10自体の厚みより
も、供給部形成部材5Aの可動部材8に沿っている部分
の厚みを小さく設定しており、流路壁10に対して供給
部形成部材5Aが積層されている。なお、供給部形成部
材5Aの可動部材の自由端8Bよりも吐出口7側は、図
3に示すように、液流路壁10自体の厚みに対して同じ
厚さに設定されている。The movable member 8 has a width W1 larger than the width W2 of the opening region in the width direction between the flow path side walls 10, and has a width enough to sufficiently seal the opening region. . 8A of the movable member 8 is a continuous part (a part of which is shown in FIG. 1) in which the upstream end of the opening area of the liquid supply port 5 is continuous in the direction in which the plurality of movable members intersect the plurality of flow paths. As shown in FIG. 3) on the extension of the free end. In this embodiment,
As shown in FIGS. 3 and 2, the thickness of a portion of the supply portion forming member 5 </ b> A along the movable member 8 is set smaller than the thickness of the channel side wall 10 itself. The supply section forming member 5A is stacked. The discharge port 7 side of the movable member of the supply section forming member 5A with respect to the free end 8B is set to have the same thickness as the liquid flow path wall 10 itself, as shown in FIG.
【0042】これにより可動部材8は液流路3内で摩擦
抵抗なく可動できる一方で、開口領域S側への変位は開
口領域Sの周辺部で規制できる。これにより、開口領域
Sを実質的に塞いで液流路3内部から共通液体供給室6
への液流を防ぐことが可能となる一方で、気泡の消泡に
伴って、液流路側へ実質密閉状態からリフィル可能状態
へ移動可能となる。また本実施形態では、可動部材8は
素子基板1に対しても素子基板1に平行に位置してい
る。そして可動部材8の端部8Bは素子基板1の発熱体
4a,4bの近傍上に位置する自由端であり、その他端
側は固定部材9に支持されている。また、この固定部材
9によって、液流路3は、可動部材8の吐出口7とは反
対側の端部(すなわち上流側の端部)が閉じられてい
る。As a result, the movable member 8 can be moved in the liquid flow path 3 without frictional resistance, while displacement toward the opening area S can be restricted at the periphery of the opening area S. Thereby, the opening area S is substantially closed and the common liquid supply chamber 6
While it is possible to prevent the liquid from flowing into the liquid flow path, the liquid can be moved from the substantially closed state to the refillable state with the defoaming of the air bubbles. In the present embodiment, the movable member 8 is also positioned parallel to the element substrate 1 with respect to the element substrate 1. An end 8B of the movable member 8 is a free end located near the heating elements 4a and 4b of the element substrate 1, and the other end is supported by a fixed member 9. Further, the end of the liquid flow path 3 opposite to the discharge port 7 of the movable member 8 (ie, the end on the upstream side) is closed by the fixing member 9.
【0043】なお、図4に示すように、本実施形態にお
いては、電気熱変換体としての発熱体4a,4bと吐出
口7との間には弁のような障害物は無く、液流に対し直
状的な流路構造を保っている「直線的連通状態」となっ
ている。これは、より好ましくは、気泡の発生時に生じ
る圧力波の伝播方向およびそれに伴う液体の流動方向と
液体の吐出方向とを直線的に一致させることで、吐出滴
の吐出方向や吐出速度等の吐出状態をきわめて高いレベ
ルで安定化させるという理想状態を形成することが望ま
しいためである。本発明では、この理想状態を達成、ま
たは近似させるための一つの定義として、吐出口7と発
熱体4a,4b、特に気泡の吐出口側に影響力を持つ発
熱体の吐出口側(下流側)とが直接直線で結ばれる構成
とすればよく、これは、流路内に流体がない状態であれ
ば、吐出口7の外側から見て発熱体、特に発熱体の下流
側を観察することが可能な状態である(図4参照)。As shown in FIG. 4, in the present embodiment, there is no obstacle such as a valve between the heating elements 4a and 4b as the electrothermal transducers and the discharge port 7, and the liquid flow is reduced. On the other hand, it is in a “linear communication state” in which a straight channel structure is maintained. This is more preferably achieved by linearly matching the direction of propagation of the pressure wave generated when bubbles are generated and the direction of flow of the liquid with the direction of discharge of the liquid, so that the direction of discharge of the droplets and the discharge speed of the droplets are adjusted. This is because it is desirable to form an ideal state in which the state is stabilized at an extremely high level. In the present invention, as one definition for achieving or approximating this ideal state, the discharge port 7 and the heat generating elements 4a and 4b, particularly the discharge port side (downstream side) of the heat generating element having an influence on the bubble discharge port side. ) May be directly connected with a straight line. This is because if there is no fluid in the flow path, observe the heating element, particularly the downstream side of the heating element, as viewed from the outside of the discharge port 7. (See FIG. 4).
【0044】次に、本実施形態の液体吐出ヘッドの吐出
動作について説明する。図5および図6は図1〜図3に
示した構造の液体吐出ヘッドの吐出動作を説明するため
に、液体吐出ヘッドを液流路方向に沿った切断図で示す
とともに、特徴的な現象を図5の(a)〜(d)、図6
の(a)〜(c)の工程に分けて示したものである。ま
た図5および図6において符号Mは吐出液が形成するメ
ニスカスを表している。なお、図5および図6において
は、前方(下流側)の発熱体4aが発熱される例を示
す。Next, the discharge operation of the liquid discharge head of the present embodiment will be described. FIGS. 5 and 6 show a liquid discharge head in a cutaway view along the liquid flow path direction to explain the discharge operation of the liquid discharge head having the structure shown in FIGS. (A) to (d) of FIG. 5, FIG.
(A) to (c). Further, in FIGS. 5 and 6, the symbol M represents a meniscus formed by the ejection liquid. 5 and 6 show an example in which the front (downstream) heating element 4a generates heat.
【0045】図5(a)は、発熱体4aに電気エネルギ
ー等のエネルギーが印加される前の状態であり、発熱体
が熱を発生する前の状態を示す。この状態では、液体供
給口5と液流路3との間に設けられた可動部材8と、液
体供給口5の形成面との間には微小な隙間(10μm以
下)が存在している。FIG. 5A shows a state before energy such as electric energy is applied to the heating element 4a, and shows a state before the heating element generates heat. In this state, there is a small gap (10 μm or less) between the movable member 8 provided between the liquid supply port 5 and the liquid flow path 3 and the surface on which the liquid supply port 5 is formed.
【0046】図5(b)は、液流路3を満たす液体の一
部が発熱体4aによって加熱され、発熱体4a上に膜沸
騰が起こり気泡21が等方的に成長した状態を示す。こ
こで、「気泡成長が等方的」とは、気泡表面の所々にお
いて気泡表面の垂線方向を向いた気泡成長速度がそれぞ
れほぼ等しい大きさである状態をいう。FIG. 5B shows a state in which a part of the liquid filling the liquid flow path 3 is heated by the heating element 4a, film boiling occurs on the heating element 4a, and the bubbles 21 grow isotropically. Here, "isotropic bubble growth" refers to a state where the bubble growth rates in the direction perpendicular to the bubble surface are almost equal at various places on the bubble surface.
【0047】この気泡発生初期の、気泡21の等方的な
成長過程において、可動部材8が液体供給口5の周辺部
に密着して液体供給口5を塞ぎ、液流路3内が、吐出口
7を除いて実質的に密閉状態になる。この密閉状態は、
気泡21の等方的な成長過程のいずれかの期間維持され
るものである。なお、密閉状態にする期間は、発熱体4
に電気エネルギーが印加されてから、気泡21の等方的
な成長過程が終了するまでの間にあってもよい。また、
この密閉状態では、液流路3において発熱体4の中心か
ら液体供給口側のイナータンス(静止液体が急に動き出
すときの動きにくさ)は、実質的に無限大となる。この
時、発熱体4から液体供給口側へのイナータンスは、発
熱体4と可動部材8との距離が取れるほど無限大に近づ
く。In the isotropic growth process of the bubble 21 at the initial stage of the bubble generation, the movable member 8 is brought into close contact with the peripheral portion of the liquid supply port 5 to close the liquid supply port 5, and the inside of the liquid flow path 3 is discharged. Except for the outlet 7, it is substantially closed. This sealed state
This is maintained during any period of the isotropic growth process of the bubbles 21. In addition, the heating element 4
To the end of the process of isotropic growth of the bubbles 21 after the application of the electric energy to the air. Also,
In this closed state, the inertance of the liquid flow path 3 on the liquid supply port side from the center of the heating element 4 (the difficulty in moving the stationary liquid when it suddenly starts moving) becomes substantially infinite. At this time, the inertance from the heating element 4 to the liquid supply port side approaches infinity as the distance between the heating element 4 and the movable member 8 increases.
【0048】図5(c)は気泡21が成長し続けている
状態を示す。上述のように、液流路3内が吐出口7を除
いて実質的に密閉状態になると、液体の流れが液体供給
口5側には行かない。そのため、発熱体4a上で等方的
に成長していた気泡のうち、液体供給口5側の気泡は成
長できず、気泡の成長エネルギーは吐出口7側の気泡の
成長にのみ費やされる。FIG. 5C shows a state in which the bubbles 21 continue to grow. As described above, when the inside of the liquid flow path 3 is substantially closed except for the discharge port 7, the liquid does not flow to the liquid supply port 5 side. Therefore, among the bubbles that have grown isotropically on the heating element 4a, the bubbles on the liquid supply port 5 side cannot grow, and the growth energy of the bubbles is consumed only for the growth of the bubbles on the discharge port 7 side.
【0049】ここで、図5(a)〜図5(c)における
気泡の成長過程を、図7に基づいて詳述する。図7
(a)に示すように発熱体4が加熱されると発熱体4上
に初期沸騰が生じ、その後図7(b)に示すように発熱
体4上を膜状の気泡が覆う膜沸騰に変化する。そして膜
沸騰状態の気泡は図7(b)〜図7(c)に示すように
等方的に成長し続ける(このように等方的に気泡成長し
ている状態は「半ピュロー状態」と呼ばれる)。ところ
が、図5(b)に示したように液流路3内が吐出口7を
除いて実質的に密閉状態になると、上流側への液移動が
できなくなるため、半ピュロー状の気泡において上流側
(液体供給口側)の気泡の一部が成長しなくなり、残り
の下流側(吐出口側)の部分のみが成長する。この状態
を表したのが、図5(c)や図7(d),(e)であ
る。Here, the bubble growth process in FIGS. 5A to 5C will be described in detail with reference to FIG. FIG.
When the heating element 4 is heated as shown in (a), initial boiling occurs on the heating element 4 and then changes to film boiling in which film-like bubbles cover the heating element 4 as shown in FIG. 7 (b). I do. The bubbles in the film boiling state continue to grow isotropically as shown in FIGS. 7B to 7C. Called). However, as shown in FIG. 5 (b), when the inside of the liquid flow path 3 is substantially closed except for the discharge port 7, the liquid cannot move to the upstream side. Some of the bubbles on the side (liquid supply port side) do not grow, and only the remaining downstream (discharge port side) part grows. FIGS. 5C, 7D and 7E show this state.
【0050】ここで説明の便宜上、発熱体4aを加熱し
ているとき、発熱体4a上において気泡が成長しない領
域をB領域とし、気泡が成長する吐出口7側の領域をA
領域とする。なお、B領域では、等方的な気泡成長時の
発泡体積が最大となる。Here, for convenience of explanation, when the heating element 4a is being heated, the area on the heating element 4a where bubbles do not grow is defined as area B, and the area on the discharge port 7 side where bubbles grow is defined as A.
Area. In the region B, the foam volume during isotropic bubble growth is maximized.
【0051】次に、図5(d)は、A領域では気泡成長
が続いており、B領域では気泡収縮が始まっている状態
を示す。この状態では、A領域では吐出口側に向けて気
泡が大きく成長していく。そして、B領域における気泡
の体積は減少し始める。これにより、可動部材8がその
剛性による復元力やB領域における気泡の消泡力で定常
状態位置へと下方変位し始める。その結果、液体供給口
5が開き、共通液体供給室6と液流路3とが連通状態に
なる。FIG. 5D shows a state in which bubble growth continues in the region A and bubble contraction starts in the region B. In this state, in the region A, the bubbles grow larger toward the ejection port side. Then, the volume of bubbles in the region B starts to decrease. Accordingly, the movable member 8 starts to be displaced downward to the steady state position by the restoring force due to its rigidity and the defoaming force of the bubbles in the B region. As a result, the liquid supply port 5 is opened, and the common liquid supply chamber 6 and the liquid flow path 3 are in communication.
【0052】図6(a)は、気泡21がほぼ最大に成長
した状態を示す。この状態では、A領域において気泡が
最大に成長し、これに伴ってB領域における気泡はほと
んど無くなる。また、吐出口7から吐出しつつある吐出
滴22は、長い尾引きの状態でメニスカスMと未だ繋が
っている。FIG. 6A shows a state in which the bubble 21 has grown to a maximum. In this state, the bubbles grow in the region A to the maximum, and the bubbles in the region B almost disappear. Further, the ejection droplet 22 ejecting from the ejection port 7 is still connected to the meniscus M in a long tail state.
【0053】図6(b)は、気泡21の成長は止まり消
泡工程のみの段階であって、吐出滴22とメニスカスM
とが分断された状態を示す。A領域で気泡成長から消泡
に変わった直後は、気泡21の収縮エネルギーは全体バ
ランスとして吐出口7近傍の液体を上流方向へ移動させ
る力として働く。したがって、メニスカスMはこの時点
で吐出口7から液流路3内に引き込まれ、吐出液滴22
と繋がっている液柱を切り離すことになる。その一方
で、気泡の収縮に伴い可動部材8が下方変位し、共通液
体供給室6から液体供給口5を介して液体が急速に大き
な流れとなって液流路3内へ流れ込む。これにより、メ
ニスカスMを液流路3内へと急速に引き込む流れが急に
低下するため、メニスカスMの後退量を減少させること
ができるとともに、メニスカスMは比較的低速で発泡前
の位置へ戻り始める。その結果、本発明に係る可動部材
を備えていない液体吐出方式に比べてメニスカスMの振
動の収束性が非常に良い。FIG. 6B shows a stage in which the growth of the bubble 21 stops and only the defoaming step is performed.
Indicates a state in which it is divided. Immediately after changing from bubble growth to bubble elimination in the region A, the contraction energy of the bubbles 21 acts as a force for moving the liquid in the vicinity of the discharge port 7 in the upstream direction as an overall balance. Therefore, the meniscus M is drawn into the liquid flow path 3 from the discharge port 7 at this point, and the discharge droplet 22
The liquid column that is connected to is separated. On the other hand, the movable member 8 is displaced downward due to the contraction of the bubble, and the liquid rapidly flows into the liquid flow path 3 from the common liquid supply chamber 6 via the liquid supply port 5 as a large flow. As a result, the flow of drawing the meniscus M into the liquid flow path 3 rapidly drops abruptly, so that the retreat amount of the meniscus M can be reduced and the meniscus M returns to the position before foaming at a relatively low speed. start. As a result, the convergence of the vibration of the meniscus M is very good as compared with the liquid ejection method having no movable member according to the present invention.
【0054】図6(c)では気泡21が完全に消泡し、
可動部材8も定常状態位置に復帰した様子を示す。この
状態へは、可動部材8はその弾性力により上方変位する
(図6(b)の実線の矢印方向)。また、この状態で
は、メニスカスMはすでに吐出口7近傍で復帰してい
る。In FIG. 6C, the bubble 21 completely disappears.
The state where the movable member 8 has also returned to the steady state position is shown. In this state, the movable member 8 is displaced upward by the elastic force (in the direction of the solid arrow in FIG. 6B). In this state, the meniscus M has already returned near the discharge port 7.
【0055】次に、図5及び図6に示したA領域とB領
域での気泡体積の時間変化と可動部材の挙動との相関関
係を図8を参照して説明する。図8はその相関関係を表
したグラフであり、曲線AはA領域における気泡体積の
時間変化を示し、曲線BはB領域における気泡体積の時
間変化を示す。Next, the correlation between the time change of the bubble volume in the regions A and B shown in FIGS. 5 and 6 and the behavior of the movable member will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a graph showing the correlation. Curve A shows the time change of the bubble volume in the A region, and curve B shows the time change of the bubble volume in the B region.
【0056】図8に示すように、A領域での気泡の成長
体積の時間変化は極大値をもつ放物線を描く。つまり、
発泡開始されてから消泡までにおいて気泡体積は時間経
過とともに増大しある時点で最大となり、その後減少す
る。一方、B領域については、A領域の場合と比べ、発
泡開始されてから消泡までに要する時間が短く、また気
泡の最大成長体積も小さく、最大成長体積に達する時間
も短い。つまり、A領域とB領域とでは、発泡開始され
てから消泡までに要する時間と気泡の成長体積変化とが
大きく異なっていて、B領域の方が小さい。As shown in FIG. 8, the change over time in the growth volume of bubbles in the region A draws a parabola having a maximum value. That is,
From the start of foaming to the defoaming, the bubble volume increases with time, reaches a maximum at some point, and then decreases. On the other hand, in the region B, the time required from the start of foaming to the defoaming is shorter than that in the region A, the maximum growth volume of the bubble is small, and the time to reach the maximum growth volume is short. That is, in the A region and the B region, the time required from the start of foaming to the defoaming and the change in the growth volume of the bubbles are greatly different, and the B region is smaller.
【0057】特に図8において、気泡の発生初期は同じ
時間変化で気泡体積が増大するため、曲線Aと曲線Bが
重なっている。つまり、気泡の発生初期は気泡が等方的
に成長している(半ピュロー状の)期間が生じている。
その後、曲線Aが極大点まで増大する曲線を描くもの
の、ある時点で曲線Bは曲線Aから分岐し、気泡体積が
減少する曲線を描く。つまり、A領域では気泡の体積が
増加するものの、B領域では気泡体積が減少する期間
(部分成長部分収縮期間)が生じる。In particular, in FIG. 8, since the bubble volume increases at the same time change in the initial stage of bubble generation, the curves A and B overlap. That is, in the initial stage of the generation of the bubble, a period in which the bubble is growing isotropically (semi-Purro-like) occurs.
Thereafter, the curve A draws a curve that increases to the maximum point, but at some point the curve B branches off from the curve A and draws a curve in which the bubble volume decreases. That is, while the volume of the bubble increases in the region A, a period in which the volume of the bubble decreases in the region B (a partial growth partial contraction period) occurs.
【0058】そして、上記のような気泡成長の仕方に基
づき、図1に示したように発熱体の一部分を可動部材の
自由端が覆った形態では、可動部材は次のような挙動を
生じる。すなわち、図8のの期間では可動部材が液体
供給口に向かって上方変位している。同図の期間では
可動部材が液体供給口に密着し、液流路内が吐出口を除
いて実質的に密閉状態となる。この密閉状態の開始は気
泡が等方的に成長している期間で行われる。次に同図
の期間では、可動部材が定常状態位置に向かって下方変
位している。この可動部材による液体供給口の開放開始
は部分成長部分収縮期間開始から一定時間経過後に行わ
れる。次に同図の期間では、可動部材が定常状態から
さらに下方変位している。次に同図の期間では、可動
部材の下方変位がほぼ停止し、可動部材が開放位置で平
衡状態になっている。最後に同図の期間では、可動部
材が定常状態位置に向かって上方変位している。Based on the above-described bubble growth method, when the free end of the movable member covers a part of the heating element as shown in FIG. 1, the movable member behaves as follows. That is, in the period of FIG. 8, the movable member is displaced upward toward the liquid supply port. In the period shown in the figure, the movable member is in close contact with the liquid supply port, and the inside of the liquid flow path is substantially closed except for the discharge port. The start of the closed state is performed during a period when the bubbles are growing isotropically. Next, during the period shown in the figure, the movable member is displaced downward toward the steady state position. The opening of the liquid supply port by the movable member is started after a lapse of a predetermined time from the start of the partial growth partial contraction period. Next, during the period shown in the figure, the movable member is further displaced downward from the steady state. Next, during the period shown in the figure, the downward displacement of the movable member is substantially stopped, and the movable member is in an equilibrium state at the open position. Finally, during the period shown in the figure, the movable member is displaced upward toward the steady state position.
【0059】このような気泡成長と可動部材の挙動との
相関関係は、可動部材と発熱体との相対位置に影響され
る。そこで、図9および図10を参照し、本形態と異な
る相対位置の可動部材と発熱体を備えた液体吐出ヘッド
における気泡成長と可動部材の挙動との相関関係を説明
する。The correlation between the bubble growth and the behavior of the movable member is affected by the relative position between the movable member and the heating element. Therefore, with reference to FIGS. 9 and 10, the correlation between the bubble growth and the behavior of the movable member in the liquid ejection head having the movable member and the heating element at different relative positions from the present embodiment will be described.
【0060】図9は、発熱体全体を可動部材の自由端が
覆った形態における気泡成長と可動部材の挙動との相関
関係を説明するための図で、(a)はその形態を、
(b)はその相関関係のグラフを示している。図9の
(a)で示す形態のように発熱体4aが可動部材8に覆
われている面積が大きいと、図9のの期間が図1の形
態の場合と比べて短時間となり、発熱体4aを加熱して
から短時間で密閉状態になるので、より好ましい。な
お、図9の〜の各期間の可動部材の挙動は図8に基
づいて説明した挙動と同じである。また図9の形態をと
ると、可動部材8が気泡の体積減少の影響を受けやすく
なるため、同図の期間開始時点から判るように、可動
部材8による液体供給口5の開放開始は部分成長部分収
縮期間開始から即座に行われる。つまり、可動部材8の
開放タイミングが図1の形態の場合と比べて早い。同様
の理由で、可動部材8の振幅が大きくなる。FIG. 9 is a diagram for explaining the correlation between the bubble growth and the behavior of the movable member when the free end of the movable member covers the entire heating element.
(B) shows a graph of the correlation. When the area in which the heating element 4a is covered with the movable member 8 is large as in the mode shown in FIG. 9A, the period in FIG. 9 is shorter than that in the mode in FIG. This is more preferable because the sealed state is obtained in a short time after heating 4a. In addition, the behavior of the movable member in each period from to in FIG. 9 is the same as the behavior described with reference to FIG. 9, the movable member 8 is more susceptible to the reduction in the volume of air bubbles. Therefore, as can be seen from the start of the period shown in FIG. 9, the opening of the liquid supply port 5 by the movable member 8 starts with partial growth. Immediately after the start of the partial contraction period. That is, the opening timing of the movable member 8 is earlier than in the case of the embodiment of FIG. For the same reason, the amplitude of the movable member 8 increases.
【0061】また図10は、発熱体と可動部材が離れて
いる形態における気泡成長と可動部材の挙動との相関関
係を説明するための図で、(a)はその形態を、(b)
はその相関関係のグラフを示している。図10の(a)
で示す形態のように発熱体4aが可動部材8の自由端の
下方の位置よりも吐出口側にある場合には、可動部材8
が気泡の体積減少の影響を受けにくいため、同図の期
間開始時点から判るように、可動部材8による液体供給
口5の開放開始は部分成長部分収縮期間開始からかなり
遅れて行われる。つまり、可動部材8の開放タイミング
が図1の形態の場合と比べて遅い。同様の理由で、可動
部材8の振幅が小さくなる。なお、図10の〜の各
期間の可動部材8の挙動は図8に基づいて説明した挙動
と同じである。FIGS. 10A and 10B are diagrams for explaining the correlation between the bubble growth and the behavior of the movable member when the heating element and the movable member are separated from each other. FIG.
Shows a graph of the correlation. (A) of FIG.
When the heating element 4a is located closer to the discharge port than the position below the free end of the movable member 8 as in the form shown in FIG.
As is apparent from the start of the period shown in the figure, the opening of the liquid supply port 5 by the movable member 8 is considerably delayed from the start of the partial growth partial contraction period. That is, the opening timing of the movable member 8 is later than in the case of the embodiment of FIG. For the same reason, the amplitude of the movable member 8 decreases. In addition, the behavior of the movable member 8 in each of the periods from to in FIG. 10 is the same as the behavior described with reference to FIG.
【0062】また、上記可動部材8と発熱体4aとの位
置関係は一般的な動作の説明をしたもので、可動部材の
位置、可動部材の剛性等によって各動作は異なってくる
ものである。The positional relationship between the movable member 8 and the heating element 4a has been described for general operation, and each operation differs depending on the position of the movable member, the rigidity of the movable member, and the like.
【0063】以上のように本実施形態のヘッド構成及び
液体吐出動作について説明したが、このような形態によ
れば、気泡の下流側への成長成分と上流側への成長成分
が均等ではなく、上流側への成長成分がほとんどなくな
り上流側への液体の移動が抑制される。上流側への液体
の流れが抑制されるため、上流側に気泡成長成分が損失
することなくそのほとんどが吐出口の方向に向けられ、
吐出力が格段に向上する。さらに、吐出後のメニスカス
の後退量が減少し、その分リフィル時にメニスカスがオ
リフィス面よりも突出する量も減少する。そのためメニ
スカス振動が抑制されることとなり、低周波数から高周
波数まであらゆる駆動周波数において安定した吐出を行
うことができる。As described above, the head configuration and the liquid discharging operation of the present embodiment have been described. According to such a mode, the growth component of the bubble toward the downstream side and the growth component toward the upstream side are not uniform. Almost no growth component flows to the upstream side, and the movement of the liquid to the upstream side is suppressed. Since the flow of the liquid to the upstream side is suppressed, most of the bubble growth component is directed to the discharge port without loss to the upstream side,
The discharge force is significantly improved. Further, the retreat amount of the meniscus after the discharge is reduced, and the amount of the meniscus protruding from the orifice surface at the time of refilling is also reduced accordingly. Therefore, meniscus vibration is suppressed, and stable ejection can be performed at all driving frequencies from a low frequency to a high frequency.
【0064】なお、上記では液流路3の下流側の発熱体
4aを発熱させる場合について説明したが、上記の吐出
動作は上流側の発熱体4bを発熱させた場合にも同様に
生じる。これは、本発明では後述するように下流側の発
熱体4aよりも上流側の発熱体4bの方が有効発泡面積
が広いので、下流側の発熱体4aを発熱させたときに生
じる気泡の等方成長過程で可動部材8が液体供給口5に
密着されるように構成されているのであれば、上流側の
発熱体4bを発熱させたときにも同様に可動部材8が液
体供給口5に密着されるためである。Although the case where the heating element 4a on the downstream side of the liquid flow path 3 generates heat has been described above, the above-described discharge operation also occurs when the heating element 4b on the upstream side is heated. This is because, in the present invention, since the effective heating area of the upstream heating element 4b is larger than that of the downstream heating element 4a as described later, bubbles generated when the downstream heating element 4a generates heat are generated. If the movable member 8 is configured to be in close contact with the liquid supply port 5 during the growth process, the movable member 8 is similarly connected to the liquid supply port 5 even when the heating element 4b on the upstream side is heated. This is because they are adhered.
【0065】上記に説明したように、本実施形態の液体
吐出ヘッドによれば、液流路3を満たす液体の一部が発
熱体4によって加熱され、膜沸騰に伴う気泡が発泡する
と、その気泡の発生による圧力波の発生と同時に、可動
部材8が液体供給口5の周辺部に密着して液体供給口5
を塞ぎ、液流路3内が、吐出口7を除いて実質的に密閉
状態になる。そのため、圧力波が液体供給口5側に伝播
することが抑止される。したがって、本実施形態の液体
吐出ヘッドでは、液体の吐出時に発熱体の後方へインク
が移動しないので、発熱体よりも後方の流抵抗はほぼ無
限大であると考えることができる。As described above, according to the liquid discharge head of the present embodiment, when a part of the liquid filling the liquid flow path 3 is heated by the heating element 4 and bubbles accompanying the film boiling become bubbles, The movable member 8 is brought into close contact with the peripheral portion of the liquid supply port 5 and
And the inside of the liquid flow path 3 becomes substantially closed except for the discharge port 7. Therefore, propagation of the pressure wave to the liquid supply port 5 side is suppressed. Therefore, in the liquid ejection head of the present embodiment, the ink does not move to the rear of the heating element when ejecting the liquid, so that the flow resistance behind the heating element can be considered to be almost infinite.
【0066】そのため、液体吐出ヘッドの液体吐出特性
を決定する、発熱体の前方(下流側)の流抵抗、発
熱体の後方(上流側)の流抵抗、発熱体後方の流抵抗
に対する発熱体前方の流抵抗の比の3つの要素のうち、
発熱体の後方(上流側)の流抵抗は無限大となり、
発熱体後方の流抵抗に対する発熱体前方の流抵抗の比
は、発熱体の後方(上流側)の流抵抗が無限大であるこ
とから、発熱体の前方(下流側)の流抵抗が変化しても
常にゼロになる。したがって、本実施形態の液体吐出ヘ
ッドの液体吐出特性は、発熱体の前方(下流側)の流
抵抗のみによって決定される。Therefore, the flow resistance in front of the heating element (downstream side), the flow resistance in the rear side (upstream side) of the heating element, and the flow resistance in the rear side of the heating element determine the liquid ejection characteristics of the liquid ejection head. Of the three elements of the flow resistance ratio
The flow resistance behind (upstream) the heating element becomes infinite,
The ratio of the flow resistance at the front of the heating element to the flow resistance at the rear of the heating element is such that the flow resistance at the front (downstream side) of the heating element changes because the flow resistance at the back (upstream side) of the heating element is infinite. But it is always zero. Therefore, the liquid discharge characteristics of the liquid discharge head of the present embodiment are determined only by the flow resistance in front (downstream) of the heating element.
【0067】ここで、図11に示すように、液流路3
(ノズル)の断面積がその全長にわたって一定である場
合について説明する。なお、図11(a)は液体吐出ヘ
ッドの1つの液流路方向に沿った断面図であり、図11
(b)は同図(a)のA−A’線における断面図であ
る。Here, as shown in FIG.
The case where the cross-sectional area of the (nozzle) is constant over its entire length will be described. FIG. 11A is a cross-sectional view along one liquid flow direction of the liquid discharge head.
FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG.
【0068】発熱体による気泡の最大発泡体積Voは、
発泡時に発熱体上に発生する圧力に比例する。ノズルの
構成が大きく違わない場合には、その発泡圧力は発熱体
の有効発泡面積Seにほぼ比例する。なお、発熱体の外
縁から約4μm程度の領域は電流を通しても高温になら
ず発泡に寄与しないため、有効発泡面積Seは、発熱体
の全体面積からその外縁部を除いた面積となる。The maximum foaming volume Vo of the bubbles by the heating element is:
It is proportional to the pressure generated on the heating element during foaming. When the configuration of the nozzle is not significantly different, the foaming pressure is substantially proportional to the effective foaming area Se of the heating element. In addition, since the area of about 4 μm from the outer edge of the heating element does not become high temperature even when an electric current is applied and does not contribute to foaming, the effective foaming area Se is an area excluding the outer edge portion from the entire area of the heating element.
【0069】さらに、本実施形態では、発熱体の後方へ
は液体がほとんど移動しないので、発泡が生じると液体
は実質的に全て吐出口の方向へ移動するため、気泡最大
発泡体積Voと吐出量Vdとがほぼ等しくなる。つま
り、吐出量Vdと有効発泡面積Seとは比例関係にあ
り、以下の式が得られる。Further, in this embodiment, since the liquid hardly moves to the rear of the heating element, substantially all of the liquid moves in the direction of the discharge port when foaming occurs. Vd becomes substantially equal. That is, the discharge amount Vd and the effective foaming area Se are in a proportional relationship, and the following equation is obtained.
【0070】 Vd=a・Se (aは比例定数) …式(1) また、液滴の吐出速度vは、液体が発熱体の前方へ移動
する加速度によって決定される。したがって、吐出速度
vは、発熱体の有効発泡面積Seで決定される発泡パワ
ーに比例し、発熱体の前方の流抵抗Rfに逆比例する。
そのため、吐出速度vは次式で与えられる。Vd = a · Se (a is a proportional constant) Expression (1) Further, the discharge speed v of the liquid droplet is determined by the acceleration at which the liquid moves forward of the heating element. Therefore, the discharge speed v is proportional to the foaming power determined by the effective foaming area Se of the heating element, and is inversely proportional to the flow resistance Rf in front of the heating element.
Therefore, the discharge speed v is given by the following equation.
【0071】 v=b・Se/Rf (bは比例定数) …式(2) ここで、式(2)に式(1)を代入すると、 v=c・Vd/Rf (c=b/a) 式(3) となる。なお、流抵抗Rfはノズルの断面積の逆数を吐
出口から発熱体の前方の距離にわたって積分したもので
あり、以下の式で与えられる。V = b · Se / Rf (b is a proportional constant) Expression (2) Here, when Expression (1) is substituted into Expression (2), v = c · Vd / Rf (c = b / a Equation (3) is obtained. The flow resistance Rf is obtained by integrating the reciprocal of the cross-sectional area of the nozzle over the distance in front of the heating element from the discharge port, and is given by the following equation.
【0072】 Rf=∫[ρ/S(x)]dx=[ρ/S]・OH …式(4) ここで、ρは液体の密度、S(x)は位置xでのノズル
の断面積、OHは吐出口から発熱体の重心までの距離で
ある。上式(4)から、ノズルの断面積が一定(S)な
ら、流抵抗Rfは吐出口から発熱体の重心までの距離O
Hに比例することがわかる。Rf = ∫ [ρ / S (x)] dx = [ρ / S] · OH (4) where ρ is the density of the liquid, and S (x) is the cross-sectional area of the nozzle at the position x. , OH are distances from the discharge port to the center of gravity of the heating element. From the above equation (4), if the cross-sectional area of the nozzle is constant (S), the flow resistance Rf is the distance O from the discharge port to the center of gravity of the heating element.
It can be seen that it is proportional to H.
【0073】また、式(3)および式(4)から、 v=c’・Vd/OH (c’=c・S/ρ) …式(5) となり、この結果から、吐出速度vが吐出量VdとOH
距離とによって簡単に求められることがわかる。From the equations (3) and (4), v = c ′ · Vd / OH (c ′ = c · S / ρ) (5) Vd and OH
It can be seen that the distance and the distance are easily obtained.
【0074】本実施形態のように1つのノズルに2つの
発熱体が設けられている液体吐出ヘッドにおいては、第
1の発熱体4aによる吐出量Vd1および第2の発熱体
4bによる吐出量Vd2の液体を同じノズルから吐出さ
せる場合に、 Vd1/Vd2=OH1/OH2 …式(6) となるように発熱体の配置位置を決定すると、各発熱体
によって吐出される液滴の吐出速度v1,v2について、
v1=v2の関係が成立する。例えば、液滴の吐出量比を
1:4にする場合には、第1の発熱体4aと第2の発熱
体4bとの有効発泡面積の比を1:4とし、吐出口から
第1の発熱体4aまでの距離と吐出口から第2の発熱体
4bまでの距離との比を1:4とすると、小液滴の吐出
速度v1と大液滴の吐出速度v2とを等しくすることがで
きる。In the liquid discharge head in which one heating element is provided with two heating elements as in the present embodiment, the ejection amount Vd1 of the first heating element 4a and the ejection amount Vd2 of the second heating element 4b are determined. When the liquid is ejected from the same nozzle, when the arrangement position of the heating elements is determined so that Vd1 / Vd2 = OH1 / OH2 Equation (6), the ejection speeds v1, v2 of the droplets ejected by each heating element are determined. about,
The relationship v1 = v2 holds. For example, when the discharge amount ratio of the droplets is 1: 4, the ratio of the effective foaming area of the first heating element 4a and the second heating element 4b is 1: 4, and the first heating element 4a and the second heating element 4b are set to the first ejection element. If the ratio of the distance to the heating element 4a and the distance from the ejection port to the second heating element 4b is 1: 4, the ejection speed v1 of the small droplet and the ejection speed v2 of the large droplet can be made equal. it can.
【0075】次に、図12に示すように、液流路3(ノ
ズル)の断面積がその長さ方向に関して変化する場合に
ついて説明する。なお、図12(a)は液体吐出ヘッド
の1つの液流路方向に沿った断面図であり、図12
(b)は同図(a)のB−B’線における断面図であ
る。Next, a case where the sectional area of the liquid flow path 3 (nozzle) changes in the longitudinal direction as shown in FIG. 12 will be described. FIG. 12A is a cross-sectional view along one liquid flow direction of the liquid discharge head.
FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG.
【0076】図12に示す液体吐出ヘッドの液流路3
は、吐出口7から距離Lの位置を境として、その位置よ
りも下流側の断面積がS1になっており、上流側の断面
積がS2になっている。The liquid flow path 3 of the liquid discharge head shown in FIG.
Has a cross-sectional area S1 downstream from the position of the distance L from the discharge port 7 and a cross-sectional area S2 upstream.
【0077】図12に示す例においても、第1の発熱体
4aの有効発泡面積をSe1、吐出量をVd1、吐出速度
をv1、断面積がS1の領域における液流路3の流抵抗
をRf1とすると、 Vd1=a・Se1 (aは比例定数) …式(7) v1=b・Se1/Rf1 (bは比例定数) …式(8) v1=c・Vd1/Rf1 (c=b/a) …式(9) Rf1=[ρ/S1]・OH1 …式(10) v1=c’・Vd1/OH1 (c’=c・S1/ρ) …式(11) が得られる。また、第2の発熱体4bの有効発泡面積を
Se2、吐出量をVd2、吐出速度をv2、断面積がS2
の領域における液流路3の流抵抗をRf2とすると、 Vd2=a・Se2 (aは比例定数) …式(12) v2=b・Se2/Rf2 (bは比例定数) …式(13) v2=c・Vd2/Rf2 (c=b/a) …式(14) Rf2=[ρ/S1]・L+[ρ/S2]・(OH2−L) …式(15) v2=c’・Vd2・(L/S1+(OH2−L)/S2)-1 …式(16) が得られる。Also in the example shown in FIG. 12, the effective heating area of the first heating element 4a is Se1, the discharge amount is Vd1, the discharge speed is v1, and the flow resistance of the liquid flow path 3 in the region where the sectional area is S1 is Rf1. Then, Vd1 = a.Se1 (a is a proportional constant)... Equation (7) v1 = b.Se1 / Rf1 (b is a proportional constant)... Equation (8) v1 = c.Vd1 / Rf1 (c = b / a) ) Equation (9) Rf1 = [ρ / S1] · OH1 Equation (10) v1 = c ′ · Vd1 / OH1 (c ′ = c · S1 / ρ) Equation (11) is obtained. The effective heating area of the second heating element 4b is Se2, the discharge amount is Vd2, the discharge speed is v2, and the sectional area is S2.
Assuming that the flow resistance of the liquid flow path 3 in the region is Rf2, Vd2 = a.Se2 (a is a proportional constant)... (12) v2 = b.Se2 / Rf2 (b is a proportional constant)... (13) v2 = C · Vd2 / Rf2 (c = b / a) Equation (14) Rf2 = [ρ / S1] · L + [ρ / S2] · (OH2-L) Equation (15) v2 = c ′ · Vd2 · (L / S1 + (OH2−L) / S2) −1 Equation (16) is obtained.
【0078】ここで、OH1<L<OH2であるとき、 Se1・(S1/OH1)=Se2・(L/S1+(OH2
−L)/S2)-1 となるように各値を設定すると、 v1=v2 となり、各発熱体4a,4bの発熱によって吐出される
小液滴と大液滴との吐出速度を等しくすることができ
る。Here, when OH1 <L <OH2, Se1 · (S1 / OH1) = Se2 · (L / S1 + (OH2
−L) / S2) When each value is set so as to be −1 , v1 = v2, and the ejection speed of the small droplet and the ejection speed of the large droplet that are ejected by the heat generated by the heating elements 4a and 4b are equalized. Can be.
【0079】また、本発明の液体吐出ヘッドによる液体
吐出動作のモードには、各発熱体4a,4bのうちどち
らか一方を駆動するモードと、両発熱体4a,4bを駆
動するモードとがある。両発熱体4a,4bを駆動する
モードでは、各発熱体4a,4bのうちどちらか一方を
駆動するモードとは異なる吐出状態となる場合がある。The mode of the liquid discharge operation by the liquid discharge head of the present invention includes a mode in which one of the heating elements 4a and 4b is driven, and a mode in which both the heating elements 4a and 4b are driven. . In the mode in which both the heating elements 4a and 4b are driven, the ejection state may be different from the mode in which one of the heating elements 4a and 4b is driven.
【0080】両発熱体4a,4bを駆動するモードに
は、両発熱体4a,4bを同時に駆動するモード、下流
側の発熱体4aを先に駆動するモード、および上流側の
発熱体4aを先に駆動するモードがある。両発熱体4
a,4bを全く同時に駆動するモードでは、各発熱体4
a,4bを個別に駆動した場合の吐出量の合計よりも吐
出量は少なくなる。また、下流側の発熱体4aを先に駆
動するモードでは、液流路3を吐出口を除いて実質的に
密閉状態としたまま下流側の発熱体4aを2回駆動する
ことができる。それによって、2滴の液滴を吐出し両発
熱体4a,4bを同時に駆動するモードよりも吐出量を
大きくすることができる。また、上流側の発熱体4aを
先に駆動するモードでは、両発熱体4a,4bを同時に
駆動するモードよりも可動部材をより速やかに下方変位
させることができるため、よりリフィル特性を向上させ
ることができる。The modes for driving the heating elements 4a and 4b include a mode for driving the heating elements 4a and 4b simultaneously, a mode for driving the heating element 4a on the downstream side first, and a mode for driving the heating element 4a on the upstream side first. There is a driving mode. Both heating elements 4
a and 4b are driven at the same time.
The ejection amount is smaller than the sum of the ejection amounts when a and 4b are individually driven. In the mode in which the downstream heating element 4a is driven first, the downstream heating element 4a can be driven twice while the liquid flow path 3 is kept substantially closed except for the discharge port. Thereby, the ejection amount can be made larger than in the mode in which two droplets are ejected and both the heating elements 4a and 4b are simultaneously driven. Further, in the mode in which the heating element 4a on the upstream side is driven first, the movable member can be displaced downward more quickly than in the mode in which both the heating elements 4a and 4b are simultaneously driven, so that the refill characteristics can be further improved. Can be.
【0081】以下、これらの両発熱体4a,4bを駆動
するモードにおける吐出状態を、図を用いて順次説明す
る。Hereinafter, the discharge state in the mode for driving both of the heating elements 4a and 4b will be sequentially described with reference to the drawings.
【0082】まず、両発熱体4a,4bを同時に駆動す
るモードにおける液滴吐出動作を説明する。図13およ
び図14は、両発熱体4a,4bを同時に駆動するモー
ドにおける液滴吐出動作の特徴的な現象を図13の
(a)〜(c)、図14の(a)〜(c)の工程に分け
て示したものである。First, a droplet discharging operation in a mode in which both the heating elements 4a and 4b are driven simultaneously will be described. FIGS. 13 and 14 show the characteristic phenomena of the droplet discharge operation in the mode in which both heating elements 4a and 4b are driven simultaneously, FIGS. 13 (a) to 13 (c) and FIGS. 14 (a) to 14 (c). Are shown separately.
【0083】図13(a)は、両発熱体4a,4bを同
時に駆動することにより、液流路3を満たす液体の一部
が両発熱体4a,4bによって加熱され、両発熱体4
a,4b上に膜沸騰が起こり気泡21a,21bが等方
的に成長した状態を示す。ここで、「気泡成長が等方
的」とは、気泡表面のどの位置において気泡表面の垂線
方向を向いた気泡成長速度がそれぞれほぼ等しい大きさ
である状態をいう。FIG. 13A shows that the two heating elements 4a and 4b are simultaneously driven so that a part of the liquid filling the liquid flow path 3 is heated by the two heating elements 4a and 4b.
This shows a state in which film boiling has occurred on a and 4b and bubbles 21a and 21b have grown isotropically. Here, “isotropic bubble growth” refers to a state in which bubble growth speed in any direction on the bubble surface in the direction perpendicular to the bubble surface is substantially equal.
【0084】この気泡発生初期の、気泡21a,21b
の等方的な成長過程において、可動部材8が液体供給口
5の周辺部と密着して液体供給口5を塞ぎ、液流路3内
が吐出口7を除いて実質的に密閉状態になる。In the initial stage of the bubble generation, the bubbles 21a and 21b
In the isotropic growth process, the movable member 8 is in close contact with the peripheral portion of the liquid supply port 5 to close the liquid supply port 5, and the inside of the liquid flow path 3 is substantially closed except for the discharge port 7. .
【0085】図13(b)は、気泡21a,21bが成
長し続けている状態を示す。この時、下流側の発熱体4
aのみを駆動した場合と比べて下流側の発熱体4a上の
A領域における気泡は早く成長し、B領域における気泡
は早く収縮する。すなわち、上流側の発熱体4a上の気
泡21aの部分成長部分収縮期間への移行が早い。ま
た、上流側の発熱体4b上の気泡21bの発泡体積は小
さい。FIG. 13B shows a state where the bubbles 21a and 21b continue to grow. At this time, the downstream heating element 4
The bubbles in the region A on the downstream heating element 4a grow faster and the bubbles in the region B shrink faster than when only a is driven. In other words, the transition of the bubble 21a on the upstream side heating element 4a to the partial growth partial contraction period is quick. Further, the foam volume of the bubbles 21b on the heating element 4b on the upstream side is small.
【0086】図13(c)は、両発熱体4a,4b上の
各気泡21a,21bのA領域では気泡成長が通づいて
おり、B領域では気泡収縮が始まっている状態を示す。
この状態では、A領域では吐出口側に向けて気泡21
a,21bが大きく成長していく。そして、B領域にお
ける気泡21a,21bの体積は減少し始める。この
時、上流側の発熱体4b上のA領域における気泡の発泡
圧力が、両発熱体4a,4b上の各B領域における気泡
の消泡力の和よりも大きいと、可動部材8は下方変位せ
ず、密閉状態が維持される。なお、可動部材の先端が上
流側の発熱体4bの中心よりも上流側にある場合はこの
限りではない。FIG. 13C shows a state in which bubble growth is conducted in the A region of each of the bubbles 21a and 21b on both heating elements 4a and 4b, and bubble contraction has begun in the B region.
In this state, in region A, bubbles 21 are directed toward the ejection port side.
a and 21b grow greatly. Then, the volume of the bubbles 21a and 21b in the region B starts to decrease. At this time, if the foaming pressure of the bubbles in the area A on the upstream heating element 4b is larger than the sum of the defoaming forces of the bubbles in the areas B on the heating elements 4a and 4b, the movable member 8 is displaced downward. Without this, the sealed state is maintained. Note that this does not apply when the tip of the movable member is located on the upstream side of the center of the heating element 4b on the upstream side.
【0087】図14(a)は、下流側の発熱体4a上の
気泡21aがほぼ最大に成長した状態を示す。この状態
では、下流側の発熱体4a上のA領域において気泡が最
大に成長し、B領域における気泡は収縮し続けている。
この時、上流側の発熱体4b上のA領域における気泡の
発泡圧力が弱まってくると可動部材8が下方変位を開始
する。また、吐出口7から吐出しつつある吐出滴22
は、長い尾引きの状態でメニスカスMと未だ繋がってい
る。その結果、液体供給口5が開き、共通液体供給室6
と液流路3が連通状態となる。FIG. 14A shows a state in which the bubbles 21a on the downstream side heating element 4a have grown almost to the maximum. In this state, the bubble grows maximally in the region A on the downstream heating element 4a, and the bubble in the region B continues to contract.
At this time, when the foaming pressure of the bubbles in the region A on the upstream heating element 4b decreases, the movable member 8 starts to be displaced downward. Further, the ejection droplet 22 ejecting from the ejection port 7
Is still connected to meniscus M in a long tailed state. As a result, the liquid supply port 5 is opened, and the common liquid supply chamber 6 is opened.
And the liquid flow path 3 are in communication.
【0088】図14(b)は、下流側の発熱体4a上の
気泡21aの成長は止まり消泡工程のみの段階であっ
て、吐出滴22とメニスカスMが分断された状態を示
す。この状態では、上流側の発熱体4b上のB領域にお
ける気泡の消泡力と下流側の発熱体4a上のA領域及び
B領域における気泡の消泡力により、速やかに可動部材
8が下方変位する。上流側の発熱体4a上のA領域で気
泡成長から消泡に変わった直後は、気泡の収縮エネルギ
ーは全体バランスとして吐出口7近傍の液体を上流方向
へ移動させる力として働く。したがって、メニスカスM
はこの時点で吐出口7から液流路3内に引き込まれ、吐
出液滴22と繋がっている液柱を強い力ですばやく切り
離すことになる。この時、吐出量は、各発熱体4a,4
bを個別に駆動した場合の吐出量の合計よりも吐出量は
少なくなる。その一方で、気泡の収縮に伴い可動部材8
が下方変位し、共通液体供給室6から液体供給口5を介
して液体が急速に大きな流れとなって液流路3内へ流れ
込む。これにより、メニスカスMを液流路3内へと急速
に引き込む流れが急に低下するため、メニスカスMの後
退量を減少するとともに、メニスカスMは比較的低速で
発泡前の位置へ戻り始める。その結果、本発明に係る可
動部材を備えていない液体吐出方式に比べてメニスカス
Mの振動の収束性が非常に良い。FIG. 14B shows a state in which the growth of the bubbles 21a on the downstream heating element 4a has stopped and only the defoaming step has been performed, and the discharge droplet 22 and the meniscus M are separated. In this state, the movable member 8 is quickly displaced downward due to the defoaming force of the bubbles in the B region on the upstream heating element 4b and the defoaming force of the bubbles in the A region and the B region on the downstream heating element 4a. I do. Immediately after changing from bubble growth to defoaming in the region A on the upstream heating element 4a, the contraction energy of the bubbles acts as a force to move the liquid in the vicinity of the discharge port 7 in the upstream direction as an overall balance. Therefore, meniscus M
At this time, the liquid column is drawn into the liquid flow path 3 from the discharge port 7, and the liquid column connected to the discharge liquid droplet 22 is quickly separated with a strong force. At this time, the discharge amount is determined by each of the heating elements 4a, 4
The discharge amount is smaller than the total discharge amount when b is individually driven. On the other hand, the movable member 8
Is displaced downward, and the liquid rapidly flows into the liquid flow path 3 from the common liquid supply chamber 6 via the liquid supply port 5 as a large flow. As a result, the flow of drawing the meniscus M rapidly into the liquid flow path 3 is suddenly reduced, so that the retreat amount of the meniscus M is reduced and the meniscus M starts to return to the position before foaming at a relatively low speed. As a result, the convergence of the vibration of the meniscus M is very good as compared with the liquid ejection method having no movable member according to the present invention.
【0089】図14(c)は、下流側の発熱体4a上の
気泡の気泡はほとんど完了し、上流側の発熱体4b上の
気泡の消泡は完了した状態を示す。この状態では、液体
供給室6から液体供給口5を介して液体が流入し、気泡
の消泡が進むとともにメニスカスMが復帰していく。こ
の状態の後、可動部材はその剛性による復元力で上方変
位し、定常状態位置に復帰する。FIG. 14 (c) shows a state in which the bubbles on the downstream heating element 4a are almost completed, and the bubbles on the upstream heating element 4b have been completely defoamed. In this state, the liquid flows from the liquid supply chamber 6 via the liquid supply port 5, and the defoaming of the bubbles proceeds and the meniscus M returns. After this state, the movable member is displaced upward by the restoring force due to its rigidity, and returns to the steady state position.
【0090】このように、両発熱体4a,4bを同時に
駆動するモードでは、各発熱体4a,4bを個別に駆動
した場合の吐出量の合計よりも少ない吐出量の液滴を吐
出することができる。As described above, in the mode in which both the heating elements 4a and 4b are simultaneously driven, it is possible to discharge droplets having a smaller ejection amount than the total ejection amount when the respective heating elements 4a and 4b are individually driven. it can.
【0091】次に、下流側の発熱体4aを先に駆動する
モードにおける液滴吐出動作を説明する。図15および
図16は、下流側の発熱体4aを先に駆動するモードに
おける液滴吐出動作の特徴的な現象を図15の(a)〜
(c)、図16の(a)〜(c)の工程に分けて示した
ものである。Next, the droplet discharging operation in the mode in which the downstream heating element 4a is driven first will be described. FIGS. 15 and 16 show the characteristic phenomena of the droplet discharge operation in the mode in which the downstream-side heating element 4a is driven first.
(C), which is shown in steps (a) to (c) of FIG.
【0092】図15(a)は、下流側の発熱体4aのみ
を駆動することにより、液流路3を満たす液体の一部が
下流側の発熱体4aによって加熱され、発熱体4上に膜
沸騰が起こり気泡21aが等方的に成長した状態を示
す。ここで、「気泡成長が等方的」とは、気泡表面のど
の位置において気泡表面の垂線方向を向いた気泡成長速
度がそれぞれほぼ等しい大きさである状態をいう。FIG. 15A shows that, by driving only the heating element 4a on the downstream side, a part of the liquid filling the liquid flow path 3 is heated by the heating element 4a on the downstream side, and a film is formed on the heating element 4. This shows a state where boiling has occurred and bubbles 21a have grown isotropically. Here, “isotropic bubble growth” refers to a state in which bubble growth speed in any direction on the bubble surface in the direction perpendicular to the bubble surface is substantially equal.
【0093】この気泡発生初期の、気泡21aの等方的
な成長過程において、可動部材8が液体供給口5の周辺
部と密着して液体供給口5を塞ぎ、液流路3内が、吐出
口7を除いて実質的に密閉状態になる。In the isotropic growth process of the bubble 21a at the initial stage of bubble generation, the movable member 8 is in close contact with the peripheral portion of the liquid supply port 5 to close the liquid supply port 5, and the inside of the liquid flow path 3 is discharged. Except for the outlet 7, it is substantially closed.
【0094】図15(b)は、下流側の発熱体4a上の
A領域では気泡成長が続き、B領域では気泡収縮が始ま
っており、上流側の発熱体4b上では気泡が略等方的に
成長している状態を示す。下流側の発熱体4a上の気泡
が、部分成長部分収縮期間に移行した時点で上流側の発
熱体4bを駆動することにより、下流側の発熱体4a上
のB領域における気泡の消泡力に、上流側の発熱体4b
上における気泡の発泡圧力が勝り、可動部材8は変位せ
ず、密閉状態が維持される。FIG. 15B shows that the bubble growth continues in the region A on the downstream heating element 4a, the bubble contraction starts in the region B, and the bubble is substantially isotropic on the upstream heating element 4b. Shows a growing state. By driving the upstream heating element 4b at the time when the bubble on the downstream heating element 4a shifts to the partial growth partial contraction period, the bubble defoaming force in the region B on the downstream heating element 4a is reduced. , Upstream heating element 4b
The foaming pressure of the bubbles on the upper side is superior, the movable member 8 is not displaced, and the sealed state is maintained.
【0095】図15(c)は、下流側の発熱体4a上の
気泡21aがほぼ最大に成長し、上流側の発熱体4b上
の気泡21bが部分成長部分収縮している状態を示す。
この状態では、上流側の発熱体4b上の気泡の成長によ
り、下流側の発熱体4a上のB領域における気泡は早く
収縮する。また、吐出口7から吐出しつつある吐出滴2
2は、長い尾引きの状態でメニスカスMと未だ繋がって
いる。また、密閉状態は引き続き維持されている。FIG. 15 (c) shows a state in which the bubble 21a on the downstream heating element 4a has grown to a maximum and the bubble 21b on the upstream heating element 4b has partially grown and partially contracted.
In this state, the bubbles in the region B on the downstream heating element 4a contract quickly due to the growth of the bubbles on the upstream heating element 4b. Also, the ejection droplet 2 ejecting from the ejection port 7
2 is still connected to the meniscus M in a long tail state. Further, the hermetically sealed state is maintained.
【0096】図16(a)は、下流側の発熱体4a上の
気泡21aの消泡が完了した状態を示す。この状態で
は、上流側の発熱体4b上の気泡21bは、部分成長部
分収縮期間が続いており、上流側の発熱体4b上のA領
域における気泡の発泡圧力がB領域における気泡の消泡
力に勝り、可動部材8は変位せず、依然として密閉状態
は維持される。また、吐出口から液滴22aが吐出し、
上流側の発熱体4b上のA領域における気泡の発泡圧力
により、メニスカスMはあまり後退せずに復帰してい
く。FIG. 16A shows a state where the bubble 21a on the downstream heating element 4a has been completely defoamed. In this state, the bubble 21b on the upstream heating element 4b continues the partial growth and partial contraction period, and the foaming pressure of the bubble in the area A on the upstream heating element 4b increases the defoaming force of the bubble in the area B. , The movable member 8 is not displaced, and the hermetically sealed state is still maintained. Also, the droplet 22a is ejected from the ejection port,
Due to the bubbling pressure of the bubbles in the region A on the upstream side heating element 4b, the meniscus M returns without retreating much.
【0097】図16(b)は、下流側の発熱体4a上に
気泡が略等方的に成長し、上流側の発熱体4b上の気泡
が消泡していく状態を示す。上流側の発熱体4b上のA
領域における気泡が消泡に移行する時点で、再び下流側
の発熱体4aを駆動することにより、下流側の発熱体4
a上における気泡の消泡力に上流側の発熱体4b上にお
ける気泡の発泡圧力が勝り、可動部材8は変位せず、依
然として密閉状態が維持されるとともに、メニスカスM
は更に復帰していく。FIG. 16B shows a state in which bubbles grow substantially isotropically on the downstream heating element 4a, and bubbles on the upstream heating element 4b disappear. A on the heating element 4b on the upstream side
By driving the downstream heating element 4a again at the point in time when the bubbles in the area shift to bubble disappearance, the downstream heating element 4a is driven again.
The foaming pressure of the bubbles on the upstream heating element 4b exceeds the defoaming force of the bubbles on the upper surface a, the movable member 8 is not displaced, the hermetically sealed state is still maintained, and the meniscus M
Will return further.
【0098】図16(c)は、上流側の発熱体4b上の
気泡がすでに消泡を完了し、下流側の発熱体4a上のA
領域では気泡成長が続いており、B領域では気泡収縮が
始まっている状態を示す。この状態では、可動部材8が
その剛性による復元力や下流側の発熱体4a上のB領域
における気泡の消泡力で定常状態位置へと変位し始め
る。その結果、液体供給口5が開き、共通液体供給室6
と液流路3とが連通状態になる。FIG. 16 (c) shows that the bubbles on the upstream heating element 4b have already been defoamed and the bubbles on the downstream heating element 4a have been removed.
In the region, the bubble growth continues, and in the region B, the bubble contraction starts. In this state, the movable member 8 starts to be displaced to the steady state position due to the restoring force due to its rigidity and the defoaming force of the bubbles in the region B on the downstream heating element 4a. As a result, the liquid supply port 5 is opened, and the common liquid supply chamber 6 is opened.
And the liquid flow path 3 are in communication.
【0099】その後は、図6(a)〜図6(c)に示し
た液体吐出動作とほぼ同じ工程で、2滴目の液滴22b
が吐出される。Thereafter, the second droplet 22b is subjected to substantially the same process as the liquid discharge operation shown in FIGS. 6 (a) to 6 (c).
Is discharged.
【0100】このように、下流側の発熱体4aを先に駆
動するモードでは、一連の液体吐出動作の中で、2滴の
液滴を吐出することができ、両発熱体4a,4bを同時
に駆動させるモードよりも吐出量を多くすることができ
る。As described above, in the mode in which the downstream heating element 4a is driven first, two droplets can be ejected in a series of liquid ejection operations, and both heating elements 4a and 4b are simultaneously driven. The discharge amount can be made larger than in the driving mode.
【0101】次に、上流側の発熱体4bを先に駆動する
モードにおける液滴吐出動作を説明する。図17および
図18は、下流側の発熱体4aを先に駆動するモードに
おける液滴吐出動作の特徴的な現象を図17の(a)〜
(c)、図18の(a)〜(c)の工程に分けて示した
ものである。Next, the droplet discharge operation in the mode in which the upstream heating element 4b is driven first will be described. FIGS. 17 and 18 show the characteristic phenomena of the droplet discharge operation in the mode in which the downstream heating element 4a is driven first, and FIGS.
(C) and the steps shown in FIGS. 18 (a) to (c).
【0102】図17(a)は、上流側の発熱体4bのみ
を駆動することにより、液流路3を満たす液体の一部が
上流側の発熱体4bによって加熱され、発熱体4上に膜
沸騰が起こり気泡21bが等方的に成長した状態を示
す。ここで、「気泡成長が等方的」とは、気泡表面のど
の位置において気泡表面の垂線方向を向いた気泡成長速
度がそれぞれほぼ等しい大きさである状態をいう。FIG. 17A shows that, by driving only the heating element 4b on the upstream side, part of the liquid filling the liquid flow path 3 is heated by the heating element 4b on the upstream side. This shows a state in which boiling has occurred and bubbles 21b have grown isotropically. Here, “isotropic bubble growth” refers to a state in which bubble growth speed in any direction on the bubble surface in the direction perpendicular to the bubble surface is substantially equal.
【0103】この気泡発生初期の、気泡21bの等方的
な成長過程において、可動部材8が液体供給口5の周辺
部と密着して液体供給口5を塞ぎ、液流路3内が、吐出
口7を除いて実質的に密閉状態になる。In the isotropic growth process of the bubble 21b at the initial stage of bubble generation, the movable member 8 is in close contact with the peripheral portion of the liquid supply port 5 to close the liquid supply port 5, and the inside of the liquid flow path 3 is discharged. Except for the outlet 7, it is substantially closed.
【0104】図17(b)は、上流側の発熱体4b上の
気泡が、全体的に成長している期間内に下流側の発熱体
4aを駆動して、下流側の発熱体4a上に気泡が略等方
的に成長している状態を示す。この状態の後、図17
(c)に示すように、両発熱体4a,4b上の気泡21
a,21bは、ともに部分成長部分収縮期間に移行す
る。更に後、上流側の発熱体4b上の気泡は、下流側の
発熱体4a上の気泡の発泡圧力によって早く収縮期間に
移行する。FIG. 17B shows that the bubbles on the upstream heating element 4b drive the downstream heating element 4a during the entire growth period, and the air bubbles on the downstream heating element 4a. This shows a state in which bubbles are growing substantially isotropically. After this state, FIG.
As shown in (c), bubbles 21 on both heating elements 4a, 4b
Both a and 21b shift to the partial growth partial contraction period. Further later, the bubbles on the upstream heating element 4b shift to the contraction period earlier due to the bubbling pressure of the bubbles on the downstream heating element 4a.
【0105】図18(a)は、下流側の発熱体4a上の
気泡21aは部分成長部分収縮期間が続いており、上流
側の発熱体4b上の気泡21bは消泡していく状態を示
す。この状態では、可動部材8がその剛性による復元力
や下流側の発熱体4a上のB領域と上流側の発熱体4b
上のA領域及びB領域における気泡の消泡力で定常状態
位置へと、両発熱体4a,4bを同時に駆動するモード
よりも速やかに下方変位し始める。その結果、液体供給
口5が開き、共通液体供給室6と液流路3とが連通状態
になる。FIG. 18 (a) shows a state in which the bubble 21a on the downstream heating element 4a continues the partial growth and partial contraction period, and the bubble 21b on the upstream heating element 4b disappears. . In this state, the movable member 8 has the restoring force due to its rigidity or the area B on the downstream heating element 4a and the upstream heating element 4b.
Due to the defoaming force of the air bubbles in the upper region A and the upper region B, the downward movement of the heating elements 4a and 4b to the steady state position is started more quickly than in the mode in which both the heating elements 4a and 4b are simultaneously driven. As a result, the liquid supply port 5 is opened, and the common liquid supply chamber 6 and the liquid flow path 3 are in communication.
【0106】図18(b)は、気泡の消泡工程のみの段
階であって、吐出滴22とメニスカスMとが分断された
状態を示す。A領域で気泡成長から消泡に変わった直後
は、気泡21の収縮エネルギーは全体バランスとして吐
出口7近傍の液体を上流方向へ移動させる力として働
く。したがって、メニスカスMはこの時点で吐出口7か
ら液流路3内に引き込まれ、吐出液滴22と繋がってい
る液柱を切り離すことになる。その一方で、気泡の収縮
に伴い可動部材8が下方変位し、共通液体供給室6から
液体供給口5を介して液体が急速に大きな流れとなって
液流路3内へ流れ込む。これにより、メニスカスMを液
流路3内へと急速に引き込む流れが急に低下するため、
メニスカスMの後退量を減少させることができるととも
に、メニスカスMは比較的低速で発泡前の位置へ戻り始
める。その結果、本発明に係る可動部材を備えていない
液体吐出方式に比べてメニスカスMの振動の収束性が非
常に良い。FIG. 18B shows a state where only the bubble defoaming step is performed, and the discharge droplet 22 and the meniscus M are separated. Immediately after changing from bubble growth to bubble elimination in the region A, the contraction energy of the bubbles 21 acts as a force for moving the liquid in the vicinity of the discharge port 7 in the upstream direction as an overall balance. Therefore, the meniscus M is drawn into the liquid flow path 3 from the discharge port 7 at this time, and the liquid column connected to the discharge droplet 22 is cut off. On the other hand, the movable member 8 is displaced downward due to the contraction of the bubble, and the liquid rapidly flows into the liquid flow path 3 from the common liquid supply chamber 6 via the liquid supply port 5 as a large flow. As a result, the flow of rapidly drawing the meniscus M into the liquid flow path 3 suddenly decreases.
The amount of retraction of the meniscus M can be reduced, and the meniscus M starts to return to the position before foaming at a relatively low speed. As a result, the convergence of the vibration of the meniscus M is very good as compared with the liquid ejection method having no movable member according to the present invention.
【0107】図18(c)では気泡が完全に消泡し、可
動部材8も定常状態位置に復帰した様子を示す。この状
態へは、可動部材8はその弾性力により上方変位する。
また、この状態では、メニスカスMはすでに吐出口7近
傍で復帰している。FIG. 18C shows a state in which the bubbles have completely disappeared and the movable member 8 has returned to the steady state position. In this state, the movable member 8 is displaced upward by its elastic force.
In this state, the meniscus M has already returned near the discharge port 7.
【0108】このように、上流側の発熱体4bを先に駆
動するモードでは、両発熱体4a,4bを同時に駆動す
るモードよりも可動部材を速やかに下方変位させること
ができるため、リフィル特性をさらに向上させることが
できる。As described above, in the mode in which the heating element 4b on the upstream side is driven first, the movable member can be displaced downward more quickly than in the mode in which the heating elements 4a and 4b are simultaneously driven. It can be further improved.
【0109】(その他の実施の形態)以下、上述した液
体吐出方法を用いたヘッドに好適な様々な形態例を説明
する。(Other Embodiments) Various embodiments suitable for a head using the above-described liquid discharging method will be described below.
【0110】<素子基板>以下に液体に熱を与えるため
の発熱体4が設けられた素子基板1の構成について説明
する。なお、以下においては、便宜的に、液流路3に1
つの発熱体4が設けられている構成を用いて説明する。<Element Substrate> The configuration of the element substrate 1 provided with the heating element 4 for applying heat to the liquid will be described below. In the following, for convenience, 1
A description will be given using a configuration in which two heating elements 4 are provided.
【0111】図19は本発明の液体吐出装置の要部の側
断面図を示したもので、同図(a)は後述する保護膜が
あるヘッド、同図(b)は保護膜がないものを示してい
る。FIG. 19 is a side sectional view of a main part of a liquid discharge apparatus according to the present invention. FIG. 19A shows a head having a protective film described later, and FIG. Is shown.
【0112】素子基板1上には天板2が配され、素子基
板1と天板2との間に液流路3が形成されている。A top plate 2 is arranged on the element substrate 1, and a liquid flow path 3 is formed between the element substrate 1 and the top plate 2.
【0113】素子基板1は、シリコン等の基体107に
絶縁および蓄熱を目的としたシリコン酸化膜またはチッ
化シリコン膜106を成膜し、その上に発熱体4を構成
するハフニュウムボライド(HfB2)、チッ化タンタ
ル(TaN)、タンタルアルミ(TaAl)等の電気抵
抗層105(0.01〜0.2μm厚)とアルミニュウ
ム等の配線電極104(0.2〜1.0μm厚)を図1
9(a)のようにパターニングしている。この配線電極
104から抵抗層105に電圧を印加し、抵抗層105
に電流を流して発熱体4を発熱させる。配線電極104
間の抵抗層105上には、酸化シリコンやチッ化シリコ
ン等の保護膜103が0.1〜2.0μmの厚さで形成
され、さらにその上にタンタル等の耐キャビテーション
層102(0.1〜0.6μm厚)が成膜されており、
インク等の各種の液体から抵抗層105を保護してい
る。The element substrate 1 is formed by forming a silicon oxide film or a silicon nitride film 106 for insulation and heat storage on a substrate 107 such as silicon, and forming a hafnium boride (HfB) constituting the heating element 4 thereon. 2 ) The electric resistance layer 105 (0.01 to 0.2 μm thick) such as tantalum nitride (TaN) or tantalum aluminum (TaAl) and the wiring electrode 104 (0.2 to 1.0 μm thick) such as aluminum are shown. 1
Patterning is performed as shown in FIG. A voltage is applied to the resistance layer 105 from the wiring electrode 104, and the resistance layer 105
To cause the heating element 4 to generate heat. Wiring electrode 104
A protective film 103 of, for example, silicon oxide or silicon nitride is formed to a thickness of 0.1 to 2.0 μm on the intervening resistance layer 105, and a cavitation-resistant layer 102 (0.1 ~ 0.6 μm thick)
The resistance layer 105 is protected from various liquids such as ink.
【0114】特に、気泡の発生、消泡の際に発生する圧
力や衝撃波は非常に強く、堅くてもろい酸化膜の耐久性
を著しく低下させるため、金属材料のタンタル(Ta)
等が耐キャビテーション層102として用いられる。In particular, the pressure and shock waves generated during the generation and defoaming of air bubbles are extremely strong, and significantly reduce the durability of a hard and brittle oxide film.
Are used as the anti-cavitation layer 102.
【0115】また、液体、流路構成、抵抗材料の組み合
わせにより、上述の抵抗層105に保護膜103を必要
としない構成でもよく、その例を図19(b)に示す。
このような保護膜103を必要としない抵抗層105の
材料としては、イリジュウム−タンタル−アルミ合金等
が挙げられる。Further, depending on the combination of the liquid, the flow path configuration, and the resistance material, a configuration in which the above-described resistance layer 105 does not require the protective film 103 may be employed. An example is shown in FIG.
Examples of the material of the resistance layer 105 that does not require such a protective film 103 include an iridium-tantalum-aluminum alloy.
【0116】このように、前述の各実施形態における発
熱体4の構成としては、前述の電極104間の抵抗層1
05(発熱部)だけでもよく、また抵抗層105を保護
する保護膜103を含むものでもよい。As described above, the configuration of the heating element 4 in each of the above-described embodiments includes the above-described resistance layer 1 between the electrodes 104.
05 (heat generating portion) alone, or may include a protective film 103 for protecting the resistance layer 105.
【0117】各実施形態においては、発熱体4として電
気信号に応じて発熱する抵抗層105で構成された発熱
部を有するものを用いたが、これに限られることなく、
吐出液を吐出させるのに十分な気泡を発泡液に生じさせ
るものであればよい。例えば、レーザ等の光を受けるこ
とで発熱するような光熱変換体や高周波を受けることで
発熱するような発熱部を有する発熱体でもよい。In each of the embodiments, the heating element 4 having a heating portion composed of the resistance layer 105 that generates heat in response to an electric signal is used. However, the present invention is not limited to this.
What is necessary is just to generate bubbles in the foaming liquid sufficient to discharge the discharge liquid. For example, a light-to-heat converter that generates heat by receiving light from a laser or the like, or a heat generator that has a heat generating portion that generates heat by receiving a high frequency may be used.
【0118】なお、前述の素子基板1には、前述の発熱
部を構成する抵抗層105とこの抵抗層105に電気信
号を供給するための配線電極104で構成される発熱体
4の他に、この発熱体4(電気熱変換素子)を選択的に
駆動するためのトランジスタ、ダイオード、ラッチ、シ
フトレジスタ等の機能素子が一体的に半導体製造工程に
よって作り込まれていてもよい。The element substrate 1 includes, in addition to the heating element 4 including the resistance layer 105 constituting the heating section and the wiring electrode 104 for supplying an electric signal to the resistance layer 105, Functional elements such as a transistor, a diode, a latch, and a shift register for selectively driving the heating element 4 (electrothermal conversion element) may be integrally formed by a semiconductor manufacturing process.
【0119】また、前述のような素子基板1に設けられ
ている発熱体4の発熱部を駆動し、液体を吐出するため
には、前述の抵抗層105に配線電極104を介して図
20に示されるような矩形パルスを印加し、配線電極1
04間の抵抗層105を急峻に発熱させる。上述した液
体吐出ヘッドにおいては、電圧24V、パルス幅7μs
ec、電流150mAの電気信号を6kHzで加えるこ
とで発熱体を駆動させ、前述のような動作によって、吐
出口4から液体であるインクを吐出させた。しかしなが
ら、駆動信号の条件はこれに限られることなく、発泡液
を適正に発泡させることができる駆動信号であればよ
い。Further, in order to drive the heat generating portion of the heat generating element 4 provided on the element substrate 1 as described above and to discharge the liquid, the above-described resistance layer 105 is connected to the above-described resistance layer 105 via the wiring electrode 104 as shown in FIG. A rectangular pulse as shown is applied, and the wiring electrode 1
The resistance layer 105 between the layers 04 is heated rapidly. In the above-described liquid ejection head, the voltage is 24 V and the pulse width is 7 μs.
The heating element was driven by applying an electric signal of ec, a current of 150 mA at 6 kHz, and the liquid ink was ejected from the ejection port 4 by the operation described above. However, the condition of the drive signal is not limited to this, and any drive signal can be used as long as it can appropriately foam the foaming liquid.
【0120】<吐出液体>このような液体のうち、記録
を行う上で用いる液体(記録液体)としては従来のバブ
ルジェット装置で用いられていた組成のインクを用いる
ことができる。<Discharged Liquid> Among such liquids, as a liquid (recording liquid) used for recording, an ink having a composition used in a conventional bubble jet apparatus can be used.
【0121】ただし、吐出液の性質として吐出液自身、
吐出や発泡または可動部材の動作などを妨げるような液
体でないことが望まれる。However, the properties of the discharged liquid are:
It is desired that the liquid is not a liquid that hinders ejection, foaming, or operation of the movable member.
【0122】記録用の吐出液体としては、高粘度インク
等をも利用することができる。As the ejection liquid for recording, a high-viscosity ink or the like can be used.
【0123】本発明においては、さらに吐出液に用いる
ことができる記録液体として以下のような組成のインク
を用いて記録を行ったが、吐出力の向上によってインク
の吐出速度が高くなったため、液滴の着弾精度が向上し
非常に良好な記録画像を得ることができる。In the present invention, recording was performed using an ink having the following composition as a recording liquid that can be used as the discharge liquid. However, since the discharge speed of the ink was increased due to the improvement of the discharge force, the liquid was discharged. Drop landing accuracy is improved, and a very good recorded image can be obtained.
【0124】[0124]
【外1】 [Outside 1]
【0125】<液体吐出装置>図21は、本実施形態で
説明した構造の液体吐出ヘッドを装着して適用すること
のできる液体吐出装置の一例であるインクジェット記録
装置の概略構成を示している。図21に示されるインク
ジェット記録装置600に搭載されたヘッドカートリッ
ジ601は、上述した構造の液体吐出ヘッドと、その液
体吐出ヘッドに供給される液体を保持する液体容器とを
有するものである。ヘッドカートリッジ601は、図2
1に示すように、駆動モータ602の正逆回転に連動し
て駆動力伝達ギヤ603,604を介して回転するリー
ドスクリュー605の螺旋溝606に対して係合するキ
ャリッジ607上に搭載されている。駆動モータ602
の動力によってヘッドカートリッジ601がキャリッジ
607とともにガイド608に沿って矢印aおよびbの
方向に往復移動される。インクジェット記録装置600
には、ヘッドカートリッジ601から吐出されたインク
などの液体を受ける被記録媒体としてのプリント用紙P
を搬送する被記録媒体搬送手段(不図示)が備えられて
いる。その被記録媒体搬送手段によってプラテン609
上を搬送されるプリント用紙Pの紙押さえ板610は、
キャリッジ607の移動方向にわたってプリント用紙P
をプラテン609に対して押圧する。<Liquid Discharge Apparatus> FIG. 21 shows a schematic configuration of an ink jet recording apparatus which is an example of a liquid discharge apparatus to which the liquid discharge head having the structure described in the present embodiment can be mounted. The head cartridge 601 mounted on the ink jet recording apparatus 600 shown in FIG. 21 has a liquid ejection head having the above-described structure, and a liquid container for holding liquid supplied to the liquid ejection head. The head cartridge 601 is shown in FIG.
As shown in FIG. 1, it is mounted on a carriage 607 that engages with a spiral groove 606 of a lead screw 605 that rotates via driving force transmission gears 603 and 604 in conjunction with forward and reverse rotation of a driving motor 602. . Drive motor 602
Causes the head cartridge 601 to reciprocate along the guide 608 along with the carriage 607 in the directions of arrows a and b. Inkjet recording device 600
Includes a print sheet P as a recording medium for receiving a liquid such as ink discharged from the head cartridge 601.
And a recording medium conveying means (not shown) for conveying the recording medium. The platen 609 is moved by the recording medium conveying means.
The paper holding plate 610 of the printing paper P conveyed above is
Print paper P over the moving direction of carriage 607
Is pressed against the platen 609.
【0126】リードスクリュー605の一端の近傍に
は、フォトカプラ611,612が配設されている。フ
ォトカプラ611,612は、キャリッジ607のレバ
ー607aの、フォトカプラ611,612の領域での
存在を確認して駆動モータ602の回転方向の切り換え
などを行うためのホームポジション検知手段である。プ
ラテン609の一端の近傍には、ヘッドカートリッジ6
01の吐出口のある前面を覆うキャップ部材614を支
持する支持部材613が備えられている。また、ヘッド
カートリッジ601から空吐出などされてキャップ部材
614の内部に溜まったインクを吸引するインク吸引手
段615が備えられている。このインク吸引手段615
によりキャップ部材614の開口部を介してヘッドカー
トリッジ601の吸引回復が行われる。In the vicinity of one end of the lead screw 605, photocouplers 611 and 612 are provided. The photocouplers 611 and 612 are home position detection means for confirming the presence of the lever 607a of the carriage 607 in the region of the photocouplers 611 and 612 and switching the rotation direction of the drive motor 602. Near one end of the platen 609, the head cartridge 6
A support member 613 that supports a cap member 614 that covers the front surface having the 01 discharge port is provided. In addition, an ink suction unit 615 that sucks ink that has been idly discharged from the head cartridge 601 and accumulated inside the cap member 614 is provided. This ink suction means 615
Thus, the suction recovery of the head cartridge 601 is performed through the opening of the cap member 614.
【0127】インクジェット記録装置600には本体支
持体619が備えられている。この本体支持体619に
は、移動部材618が前後方向すなわちキャリッジ60
7の移動方向に対して垂直な方向に移動可能に支持され
ている。移動部材618には、クリーニングブレード6
17が取り付けられている。クリーニングブレード61
7はこの形態に限らず、他の形態の公知のクリーニング
ブレードであってもよい。さらに、インク吸引手段61
5による吸引回復操作にあたって吸引を開始するための
レバー620が備えられており、レバー620は、キャ
リッジ607と係合するカム621の移動に伴って移動
し、駆動モータ602からの駆動力がクラッチ切り換え
などの公知の伝達手段で移動制御される。ヘッドカート
リッジ601に設けられた発熱体に信号を付与したり、
前述した各機構の駆動制御を司ったりするインクジェッ
ト記録制御部は記録装置本体側に設けられており、図2
1では示されていない。The ink jet recording apparatus 600 is provided with a main body support 619. The main body support 619 has a moving member 618 in the front-rear direction, that is, the carriage 60.
7 is supported so as to be movable in a direction perpendicular to the moving direction. The moving member 618 includes the cleaning blade 6.
17 are attached. Cleaning blade 61
Reference numeral 7 is not limited to this form, and may be another form of a known cleaning blade. Further, the ink suction means 61
5 is provided with a lever 620 for starting suction when the suction recovery operation is performed by the control unit 5. The movement is controlled by a known transmission means such as the like. A signal is given to a heating element provided in the head cartridge 601,
An ink jet recording control unit that controls the driving of each mechanism described above is provided on the main body of the recording apparatus.
1 is not shown.
【0128】上述した構成を有するインクジェット記録
装置600では、前記の被記録媒体搬送手段によりプラ
テン609上を搬送されるプリント用紙Pに対して、ヘ
ッドカートリッジ601がプリント用紙Pの全幅にわた
って往復移動する。この移動時に不図示の駆動信号供給
手段からヘッドカートリッジ601に駆動信号が供給さ
れると、この信号に応じて液体吐出ヘッド部から被記録
媒体に対してインク(記録液体)が吐出され、記録が行
われる。In the ink jet recording apparatus 600 having the above-described configuration, the head cartridge 601 reciprocates over the entire width of the print paper P with respect to the print paper P transported on the platen 609 by the recording medium transport means. When a drive signal is supplied from a drive signal supply unit (not shown) to the head cartridge 601 during this movement, ink (recording liquid) is ejected from the liquid ejection head unit to the recording medium in accordance with the signal, and recording is performed. Done.
【0129】図22は、本発明の液体吐出装置によりイ
ンクジェット式記録を行うための記録装置全体のブロッ
ク図である。FIG. 22 is a block diagram of the entire recording apparatus for performing ink jet recording by the liquid ejection apparatus of the present invention.
【0130】記録装置は、ホストコンピュータ300よ
り印字情報を制御信号として受ける。印字情報は印字装
置内部の入力インターフェイス301に一時保存される
と同時に、記録装置内で処理可能なデータに変換され、
ヘッド駆動信号供給手段を兼ねるCPU(中央処理装
置)302に入力される。CPU302はROM(リー
ド・オンリー・メモリー)303に保存されている制御
プログラムに基づき、前記CPU302に入力されたデ
ータをRAM(ランダム・アクセス・メモリー)304
等の周辺ユニットを用いて処理し、印字するデータ(画
像データ)に変換する。The recording device receives print information from the host computer 300 as a control signal. The print information is temporarily stored in the input interface 301 inside the printing apparatus, and at the same time, is converted into data that can be processed in the recording apparatus.
It is input to a CPU (central processing unit) 302 which also serves as a head drive signal supply unit. The CPU 302 stores data input to the CPU 302 based on a control program stored in a ROM (Read Only Memory) 303, into a RAM (Random Access Memory) 304.
And the like, and converted into data (image data) to be printed.
【0131】また、CPU302は前記画像データを記
録用紙上の適当な位置に記録するために、画像データに
同期して記録用紙およびヘッドカートリッジ601を搭
載したキャリッジ607を移動する駆動用モータ306
を駆動するための駆動データを作る。画像データおよび
モータ駆動データは、各々ヘッドドライバ307と、モ
ータドライバ305とを介し、ヘッドカートリッジ60
1および駆動用モータ306に伝達され、それぞれ制御
されたタイミングで駆動され画像を形成する。Further, the CPU 302 drives the drive motor 306 for moving the carriage 607 on which the recording paper and the head cartridge 601 are mounted in synchronization with the image data in order to record the image data at an appropriate position on the recording paper.
Create driving data to drive. The image data and the motor drive data are transmitted to the head cartridge 60 via the head driver 307 and the motor driver 305, respectively.
1 and the driving motor 306, and each is driven at a controlled timing to form an image.
【0132】このような記録装置に用いられ、インク等
の液体の付与が行われる被記録媒体150としては、各
種の紙やOHPシート、コンパクトディスクや装飾板等
に用いられるプラスチック材、布帛、アルミニウムや銅
等の金属材、牛皮、豚皮、人工皮革等の皮革材、木、合
板等の木材、竹材、タイル等のセラミックス材、スポン
ジ等の三次元構造体等を対象とすることができる。Examples of the recording medium 150 used in such a recording apparatus, to which a liquid such as ink is applied, include various papers, OHP sheets, plastic materials used for compact discs, decorative plates, etc., cloth, aluminum, etc. Metal materials such as copper and copper, leather materials such as cow skin, pig skin and artificial leather, wood such as wood and plywood, ceramic materials such as bamboo materials and tiles, and three-dimensional structures such as sponges can be targeted.
【0133】また、この記録装置として、各種の紙やO
HPシート等に対して記録を行うプリンタ装置、コンパ
クトディスク等のプラスチック材に記録を行うプラスチ
ック用記録装置、金属板に記録を行う金属用記録装置、
皮革に記録を行う皮革用記録装置、木材に記録を行う木
材用記録装置、セラミックス材に記録を行うセラミック
ス用記録装置、スポンジ等の三次元網状構造体に対して
記録を行う記録装置、または布帛に記録を行う捺染装置
等をも含むものである。As the recording apparatus, various types of paper and O
A printer device for recording on an HP sheet or the like, a recording device for a plastic for recording on a plastic material such as a compact disc, a recording device for a metal for recording on a metal plate,
A recording device for leather that records on leather, a recording device for wood that records on wood, a recording device for ceramic that records on ceramic materials, a recording device that records on a three-dimensional network structure such as a sponge, or a fabric Also includes a textile printing device for performing recording on the paper.
【0134】また、これらの液体吐出装置に用いる吐出
液としては、それぞれの被記録媒体や記録条件に合わせ
た液体を用いればよい。Further, as a discharge liquid used in these liquid discharge devices, a liquid suitable for each recording medium and recording conditions may be used.
【0135】図23は、本発明の液体吐出ヘッドの他の
形態を示す断面図である。FIG. 23 is a sectional view showing another embodiment of the liquid discharge head of the present invention.
【0136】図23に示す形態の液体吐出ヘッドでは、
素子基板1と天板2とが接合され、素子基板1と天板2
との間には一端が吐出口7と連通した液流路3が形成さ
れている。また、液流路3に補充された液体に気泡を発
生させる気泡発生手段としての発熱体4a,4bが配さ
れている。液流路3に液体供給口5が配設され、液体供
給口5に連通する液体供給室が設けられている。In the liquid discharge head of the embodiment shown in FIG.
The element substrate 1 and the top plate 2 are joined, and the element substrate 1 and the top plate 2 are joined.
A liquid flow path 3 having one end communicating with the discharge port 7 is formed between them. Heating elements 4a and 4b are provided as bubble generating means for generating bubbles in the liquid replenished in the liquid flow path 3. A liquid supply port 5 is provided in the liquid flow path 3, and a liquid supply chamber communicating with the liquid supply port 5 is provided.
【0137】液体供給口5と液流路3との間には、可動
部材8が液体供給口5の形成面に対して微小な隙間α
(例えば10μm以下)を有して設けられている。可動
部材8の少なくとも自由端部およびこれに連続する両端
部で囲まれる領域が液体供給口5の液流路に対する開口
領域よりも大きくなっており、かつ、可動部材8の側部
と液流路側壁10各々との間は微小な隙間βを有してい
る。これにより可動部材8は液流路3内で摩擦抵抗なく
可動できる一方で、液体供給口5内への変位は開口領域
Sの周辺部で規制され、液体供給口5を塞いで液流路3
から液体供給室6への液流を防ぐことが可能となる一方
で、気泡の消泡に伴って、液流路側へ実質密閉状態から
リフィル可能状態へ移動可能となる。また本実施形態で
は、可動部材8は素子基板1に対向して位置している。
そして可動部材8の一端は素子基板1の発熱体4a,4
b側に変位する自由端であり、その他端側は固定部材9
に支持されている。The movable member 8 has a small gap α between the liquid supply port 5 and the liquid flow path 3 with respect to the surface on which the liquid supply port 5 is formed.
(For example, 10 μm or less). A region surrounded by at least the free end of the movable member 8 and both ends continuous with the movable member 8 is larger than an opening region of the liquid supply port 5 with respect to the liquid flow path. Each of the side walls 10 has a minute gap β. Thereby, the movable member 8 can move in the liquid flow path 3 without frictional resistance, while the displacement into the liquid supply port 5 is regulated at the peripheral portion of the opening area S, and the liquid supply port 5 is closed to close the liquid supply port 3.
From the liquid supply chamber 6 to the liquid supply chamber 6, the bubbles can be moved from the substantially closed state to the refillable state toward the liquid flow path side with the defoaming of the bubbles. Further, in the present embodiment, the movable member 8 is located to face the element substrate 1.
One end of the movable member 8 is connected to the heating elements 4a, 4a of the element substrate 1.
b is a free end displaced to the b side, and the other end side is a fixed member 9
It is supported by.
【0138】[0138]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の液体吐出
ヘッドおよび液体吐出装置は、液流路に複数の気泡発生
手段を備え、複数の気泡発生手段のうち最も体積の小さ
い気泡を発生させる気泡発生手段を駆動することによっ
て可動部材が液体供給口を密閉して実質的に遮断するよ
うに構成されているか、あるいは、複数の気泡発生手段
のうち1つを選択することにより気泡を発生させる際に
おいて、いずれの気泡発生手段を駆動する際にも、可動
部材が液体供給口を密閉して実質的に遮断するように構
成されているので、各気泡発生手段の駆動により吐出さ
れる各液滴の吐出速度を等しくすることができる。As described above, the liquid discharge head and the liquid discharge apparatus of the present invention have a plurality of bubble generating means in the liquid flow path and generate the smallest volume bubble among the plurality of bubble generating means. The movable member is configured to hermetically close and substantially shut off the liquid supply port by driving the bubble generating means, or generate bubbles by selecting one of the plurality of bubble generating means. When driving any of the bubble generating means, the movable member is configured to seal and substantially shut off the liquid supply port, so that each liquid discharged by driving each of the bubble generating means The droplet ejection speed can be made equal.
【0139】また、本発明の液体吐出方法は、複数の気
泡発生手段のうち最も体積の小さい気泡を発生させる気
泡発生手段を駆動して気泡を発生させることによって、
気泡発生手段に駆動電圧が印加されてから気泡の全体が
略等方成長している期間が終了するまでの間に、可動部
材が液体供給口を密閉して実質的に遮断すること、ある
いは、複数の気泡発生手段のうちの1つを選択すること
により気泡を発生させる際において、いずれの気泡発生
手段を駆動する際にも、気泡発生手段に駆動電圧が印加
されてから気泡の全体が略等方成長している期間が終了
するまでの間に、可動部材が液体供給口を密閉して実質
的に遮断することにより、メニスカスの振動の収束性が
向上し、液滴を吐出した後のリフィル周波数を高くする
ことができる。Further, according to the liquid discharge method of the present invention, the bubble generating means for generating the smallest volume among the plurality of bubble generating means is driven to generate the bubbles.
During the period from when the driving voltage is applied to the bubble generating means to when the period in which the entire bubble is growing substantially isotropically ends, the movable member hermetically closes and shuts off the liquid supply port, or When generating a bubble by selecting one of the plurality of bubble generating means, when driving any of the bubble generating means, the whole of the bubble is substantially reduced after a driving voltage is applied to the bubble generating means. By the end of the period during which the isotropic growth is completed, the movable member closes and substantially shuts off the liquid supply port, thereby improving the convergence of the vibration of the meniscus, and after discharging the droplet. The refill frequency can be increased.
【図1】本発明の一実施形態による液体吐出ヘッドの1
つの液流路方向に沿った断面図である。FIG. 1 shows a liquid ejection head 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view along one liquid flow direction.
【図2】図1に示した液体吐出ヘッドのX−X’線断面
図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line XX ′ of the liquid discharge head shown in FIG.
【図3】図1に示した液体吐出ヘッドのY−Y’線断面
図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line YY ′ of the liquid discharge head shown in FIG. 1;
【図4】「直線的連通状態」を説明する流路の断面図で
ある。FIG. 4 is a cross-sectional view of a flow path for explaining a “linear communication state”.
【図5】図1〜図3に示した構造の液体吐出ヘッドの吐
出動作を説明するための図である。FIG. 5 is a view for explaining an ejection operation of the liquid ejection head having the structure shown in FIGS. 1 to 3;
【図6】図1〜図3に示した構造の液体吐出ヘッドの吐
出動作を説明するための図である。FIG. 6 is a view for explaining an ejection operation of the liquid ejection head having the structure shown in FIGS. 1 to 3;
【図7】図5(b)の気泡の等方的な成長状態を示す図
である。FIG. 7 is a diagram showing an isotropic growth state of bubbles in FIG. 5 (b).
【図8】図4に示したA領域とB領域での気泡成長の時
間変化と可動部材の挙動との相関関係を表したグラフで
ある。8 is a graph showing a correlation between a time change of bubble growth in a region A and a region B shown in FIG. 4 and a behavior of a movable member.
【図9】図1に示した可動部材と発熱体の相対位置とは
異なる形態の液体吐出ヘッドにおける、気泡成長の時間
変化と可動部材の挙動との相関関係を表したグラフであ
る。9 is a graph showing a correlation between a time change of bubble growth and a behavior of the movable member in a liquid ejection head having a different form from the relative position of the movable member and the heating element shown in FIG.
【図10】図1に示した可動部材と発熱体の相対位置と
は異なる形態の液体吐出ヘッドにおける、気泡成長の時
間変化と可動部材の挙動との相関関係を表したグラフで
ある。10 is a graph showing a correlation between a time change of bubble growth and a behavior of the movable member in a liquid ejection head having a different form from the relative position of the movable member and the heating element shown in FIG.
【図11】本発明の液体吐出ヘッドの、液流路(ノズ
ル)の断面積がその全長にわたって一定である例を示す
断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing an example of the liquid discharge head of the present invention in which the cross-sectional area of the liquid flow path (nozzle) is constant over its entire length.
【図12】本発明の液体吐出ヘッドの、液流路(ノズ
ル)の断面積がその長さ方向に関して変化する例を示す
断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing an example in which the cross-sectional area of the liquid flow path (nozzle) of the liquid discharge head of the present invention changes in the length direction.
【図13】図1〜図3に示した構造の液体吐出ヘッドの
吐出動作を説明するための図である。FIG. 13 is a view for explaining an ejection operation of the liquid ejection head having the structure shown in FIGS. 1 to 3;
【図14】図1〜図3に示した構造の液体吐出ヘッドの
吐出動作を説明するための図である。FIG. 14 is a view for explaining an ejection operation of the liquid ejection head having the structure shown in FIGS. 1 to 3;
【図15】図1〜図3に示した構造の液体吐出ヘッドの
吐出動作を説明するための図である。FIG. 15 is a view for explaining an ejection operation of the liquid ejection head having the structure shown in FIGS. 1 to 3;
【図16】図1〜図3に示した構造の液体吐出ヘッドの
吐出動作を説明するための図である。FIG. 16 is a view for explaining an ejection operation of the liquid ejection head having the structure shown in FIGS.
【図17】図1〜図3に示した構造の液体吐出ヘッドの
吐出動作を説明するための図である。FIG. 17 is a view for explaining an ejection operation of the liquid ejection head having the structure shown in FIGS. 1 to 3;
【図18】図1〜図3に示した構造の液体吐出ヘッドの
吐出動作を説明するための図である。FIG. 18 is a view for explaining an ejection operation of the liquid ejection head having the structure shown in FIGS. 1 to 3;
【図19】本発明の液体吐出ヘッドの縦断面図であり、
同図(a)は保護膜があるもの、同図(b)は保護膜が
ないものを示す。FIG. 19 is a longitudinal sectional view of the liquid discharge head of the present invention,
FIG. 3A shows a case where a protective film is provided, and FIG. 3B shows a case without a protective film.
【図20】本発明に使用する発熱体を駆動するパルス波
の波形図である。FIG. 20 is a waveform diagram of a pulse wave for driving a heating element used in the present invention.
【図21】本発明の液体吐出ヘッドを搭載した液体吐出
装置の概略構成を示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a schematic configuration of a liquid ejection device equipped with the liquid ejection head of the present invention.
【図22】本発明の液体吐出方法および液体吐出ヘッド
において液体吐出記録を行なうための装置全体のブロッ
ク図である。FIG. 22 is a block diagram of an entire apparatus for performing liquid discharge recording in a liquid discharge method and a liquid discharge head of the present invention.
【図23】本発明の液体吐出ヘッドの他の形態を示す断
面図である。FIG. 23 is a sectional view showing another embodiment of the liquid ejection head of the present invention.
1 素子基板 2 天板 3 液流路 4,4a,4b 発熱体 5 液体供給口 6 共通液体供給室 7 吐出口 8 可動部材 9 固定部材 10 流路側壁 11 気泡発生領域 21,21a,21b 気泡 22,22a,22b 吐出滴 102 耐キャビテーション層 103 保護膜 104 配線電極 105 抵抗層 106 チッ化シリコン膜 107 基体 300 ホストコンピュータ 301 入出力インターフェイス 302 CPU 303 ROM 304 RAM 305 モータドライバ 307 ヘッドドライバ 600 インクジェット記録装置 601 ヘッドカートリッジ 602 駆動モータ 603,604 駆動伝達ギア 605 リードスクリュー 606 螺旋溝 607 キャリッジ 607a レバー 608 ガイド 609 プラテン 610 紙押さえ板 611,612 フォトカプラ 613 支持部材 614 キャップ部材 615 インク吸引手段 617 クリーニングブレード 618 移動部材 619 本体支持体 620 レバー 621 カム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Element board 2 Top plate 3 Liquid flow path 4, 4a, 4b Heating element 5 Liquid supply port 6 Common liquid supply chamber 7 Discharge port 8 Movable member 9 Fixed member 10 Channel side wall 11 Bubble generation area 21, 21a, 21b Bubbles 22 , 22a, 22b Droplet 102 Anti-cavitation layer 103 Protective film 104 Wiring electrode 105 Resistive layer 106 Silicon nitride film 107 Substrate 300 Host computer 301 Input / output interface 302 CPU 303 ROM 304 RAM 305 Motor driver 307 Head driver 600 Ink jet recording device 601 Head cartridge 602 Drive motor 603, 604 Drive transmission gear 605 Lead screw 606 Spiral groove 607 Carriage 607a Lever 608 Guide 609 Platen 610 Paper press plate 611, 612 Photocoupler 613 supporting member 614 cap member 615 ink suction means 617 cleaning blade 618 moves member 619 main support 620 lever 621 cams
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 雅彦 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 竹之内 雅典 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 池田 雅実 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 杉谷 博志 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 齋藤 敬 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masahiko Kubota 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Masanori Takenouchi 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inside (72) Inventor Masami Ikeda 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Hiroshi Sugitani 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. ( 72) Inventor Takashi Saito 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc.
Claims (19)
せる気泡発生領域を有する液流路と、 該液流路に配設され、前記液流路に供給される前記液体
を貯留する共通液体供給室に連通されている液体供給口
と、 前記液流路内に配された前記液体に気泡を発生させる複
数の気泡発生手段と、 前記液体供給口の前記液流路側に対して10μm以下の
隙間を隔てて前記吐出口側を自由端として支持された状
態で前記液流路に設けられ、前記液体供給口の開口領域
よりも大きい投影領域を有する板状の可動部材とを有
し、 前記吐出口と前記気泡発生手段とが直線連通状態にあ
り、 前記複数の気泡発生手段のうち最も体積の小さい気泡を
発生させる気泡発生手段を駆動することによって前記可
動部材が前記液体供給口を密閉して実質的に遮断するこ
とを特徴とする液体吐出ヘッド。1. A discharge port for discharging a liquid, a liquid flow path having one end constantly connected to the discharge port, and having a bubble generation region for generating bubbles in the liquid, and provided in the liquid flow path. A liquid supply port that communicates with a common liquid supply chamber that stores the liquid supplied to the liquid flow path; and a plurality of bubble generation units that generate bubbles in the liquid disposed in the liquid flow path. The liquid supply port is provided in the liquid flow path in a state where the discharge port side is supported as a free end with a gap of 10 μm or less from the liquid flow path side with respect to the liquid flow path side, and the liquid supply port is larger than the opening area of the liquid supply port A plate-shaped movable member having a large projection area, wherein the discharge port and the bubble generation unit are in a linear communication state, and a bubble generation unit that generates a bubble having the smallest volume among the plurality of bubble generation units. By driving the movable member A liquid discharge head, characterized in that substantially block to seal the serial liquid supply port.
せる複数の気泡発生領域を有する液流路と、 該液流路に配設され、前記液流路に供給される前記液体
を貯留する共通液体供給室に連通されている液体供給口
と、 前記液流路内に配された前記液体に気泡を発生させる複
数の気泡発生手段と、 前記液体供給口の前記液流路側に対して10μm以下の
隙間を隔てて前記吐出口側を自由端として支持された状
態で前記液流路に設けられ、前記液体供給口の開口領域
よりも大きい投影領域を有する板状の可動部材とを有
し、 前記吐出口と前記気泡発生手段とが直線連通状態にあ
り、 前記複数の気泡発生手段のうち1つを選択することによ
り気泡を発生させる際において、いずれの気泡発生手段
を駆動する際にも、前記可動部材が前記液体供給口を密
閉して実質的に遮断することを特徴とする液体吐出ヘッ
ド。2. A liquid outlet for discharging a liquid, a liquid flow path having one end always connected to the discharge port, and having a plurality of bubble generation regions for generating air bubbles in the liquid; A liquid supply port that is provided and communicates with a common liquid supply chamber that stores the liquid supplied to the liquid flow path; and a plurality of bubbles that generate bubbles in the liquid disposed in the liquid flow path. An opening area of the liquid supply port, the liquid supply port being provided in the liquid flow path in a state where the discharge port side is supported as a free end with a gap of 10 μm or less with respect to the liquid flow path side of the liquid supply port; A plate-shaped movable member having a larger projection area, wherein the discharge port and the bubble generation means are in a linear communication state, and the bubbles are formed by selecting one of the plurality of bubble generation means. When generating, any air bubble generation means When moving also the liquid discharge head in which said movable member is substantially shut off by sealing the liquid supply port.
発生手段は、前記液流路の下流側から上流側へ向かうに
つれて発泡面積が次第に大きくなる順に配列されてい
る、請求項1または2に記載の液体吐出ヘッド。3. The liquid crystal device according to claim 1, wherein the plurality of bubble generating means provided in the liquid flow path are arranged in an order in which a foaming area gradually increases from a downstream side to an upstream side of the liquid flow path. 3. The liquid discharge head according to 2.
動部材との間にも間隙を有する、請求項1から3のいず
れか1項に記載の液体吐出ヘッド。4. The liquid discharge head according to claim 1, wherein a gap is also provided between a liquid flow path wall forming the liquid flow path and the movable member.
によって前記液体を吐出するように構成されている、請
求項1から4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。5. The liquid discharge head according to claim 1, wherein the liquid is discharged by driving the plurality of bubble generating units.
ることによって前記液体を吐出するように構成されてい
る、請求項5に記載の液体吐出ヘッド。6. The liquid discharge head according to claim 5, wherein the liquid is discharged by simultaneously driving the plurality of bubble generating means.
記吐出口側の気泡発生手段を最初に駆動するによって前
記液体を吐出するように構成されている、請求項5に記
載の液体吐出ヘッド。7. The liquid ejection head according to claim 5, wherein the liquid ejection head is configured to eject the liquid by driving a bubble generation unit closest to the ejection port first among the plurality of bubble generation units. .
記可動部材側の気泡発生手段を最初に駆動することによ
って前記液体を吐出するように構成されている、請求項
5に記載の液体吐出ヘッド。8. The liquid ejection device according to claim 5, wherein the liquid ejection device is configured to eject the liquid by first driving the bubble generation device closest to the movable member among the plurality of bubble generation devices. head.
液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから液体を吐出さ
せるための駆動信号を供給する駆動信号供給手段とを有
する液体吐出装置。9. A liquid discharge apparatus comprising: the liquid discharge head according to claim 1; and a drive signal supply unit that supplies a drive signal for discharging liquid from the liquid discharge head.
の液体吐出ヘッドと、該液体吐出ヘッドから吐出された
液体を受ける被記録媒体を搬送する被記録媒体搬送手段
とを有する液体吐出装置。10. A liquid ejection apparatus comprising: the liquid ejection head according to claim 1; and a recording medium transport unit that transports a recording medium that receives the liquid ejected from the liquid ejection head. apparatus.
し、被記録媒体に前記インクを付着させることで記録を
行う、請求項9または10に記載の液体吐出装置。11. The liquid ejecting apparatus according to claim 9, wherein recording is performed by ejecting ink from the liquid ejecting head and attaching the ink to a recording medium.
せる複数の気泡発生領域を有する液流路と、 該液流路に配設され、前記液流路に供給される前記液体
を貯留する共通液体供給室に連通されている液体供給口
と、 前記液流路に設けられ、前記液流路に配された前記液体
に気泡を発生させる複数の気泡発生手段と、 前記液流路を構成する液流路壁および前記液体供給口と
の間に前記液流路壁および前記液体吐出口の前記液流路
側に対して微小な隙間を隔てて前記吐出口側を自由端と
して支持された状態で前記液流路に設けられ、前記液体
供給口の開口領域よりも大きい投影領域を有する可動部
材と、を備えた液体吐出ヘッドを用いた液体吐出方法で
あって、 前記複数の気泡発生手段のうち最も体積の小さい気泡を
発生させる気泡発生手段を駆動して気泡を発生させるこ
とによって、前記気泡発生手段に駆動電圧が印加されて
から気泡の全体が略等方成長している期間が終了するま
での間に、前記可動部材が前記液体供給口を密閉して実
質的に遮断することを特徴とする液体吐出方法。12. A liquid outlet for discharging a liquid, a liquid flow path having one end always connected to the discharge port, and having a plurality of bubble generating regions for generating air bubbles in the liquid; A liquid supply port that is provided and communicates with a common liquid supply chamber that stores the liquid that is supplied to the liquid flow path; and that the liquid that is provided in the liquid flow path and is disposed in the liquid flow path has bubbles. A plurality of bubble generating means for generating the liquid flow path, the liquid flow path wall forming the liquid flow path and the liquid supply port, the liquid flow path wall and the liquid discharge port being minute relative to the liquid flow path side. A movable member provided in the liquid flow path in a state where the discharge port side is supported as a free end with a gap, and having a projection area larger than an opening area of the liquid supply port. The liquid discharging method used, wherein the plurality of bubble generating means are used. By driving the bubble generating means for generating the bubble with the smallest volume to generate the bubbles, from the time when the driving voltage is applied to the bubble generating means to the end of the period in which the entire bubble is growing substantially isotropically Wherein the movable member hermetically closes and substantially shuts off the liquid supply port.
せる複数の気泡発生領域を有する液流路と、 該液流路に配設され、前記液流路に供給される前記液体
を貯留する共通液体供給室に連通されている液体供給口
と、 前記液流路に設けられ、前記液流路に配された前記液体
に気泡を発生させる複数の気泡発生手段と、 前記液流路を構成する液流路壁および前記液体供給口と
の間に前記液流路壁および前記液体吐出口の前記液流路
側に対して微小な隙間を隔てて前記吐出口側を自由端と
して支持された状態で前記液流路に設けられ、前記液体
供給口の開口領域よりも大きい投影領域を有する可動部
材と、を備えた液体吐出ヘッドを用いた液体吐出方法で
あって、 前記複数の気泡発生手段のうちの1つを選択することに
より気泡を発生させる際において、いずれの気泡発生手
段を駆動する際にも、前記気泡発生手段に駆動電圧が印
加されてから気泡の全体が略等方成長している期間が終
了するまでの間に、前記可動部材が前記液体供給口を密
閉して実質的に遮断することを特徴とする液体吐出方
法。13. A liquid outlet for discharging a liquid, a liquid flow path having a plurality of bubble generation regions, one end of which is always in communication with the discharge port, for generating bubbles in the liquid; A liquid supply port that is provided and communicates with a common liquid supply chamber that stores the liquid that is supplied to the liquid flow path; and that the liquid that is provided in the liquid flow path and is disposed in the liquid flow path has bubbles. A plurality of bubble generating means for generating the liquid flow path, the liquid flow path wall forming the liquid flow path and the liquid supply port, the liquid flow path wall and the liquid discharge port being minute relative to the liquid flow path side. A movable member provided in the liquid flow path in a state where the discharge port side is supported as a free end with a gap, and having a projection area larger than an opening area of the liquid supply port. The liquid discharging method used, wherein the plurality of bubble generating means are used. When generating a bubble by selecting one of the above, when driving any of the bubble generating means, the entire bubble has grown substantially isotropically after the drive voltage is applied to the bubble generating means. The liquid discharging method, wherein the movable member hermetically closes and substantially shuts off the liquid supply port until a period ends.
体積変化と気泡の発生から消泡までの時間が、前記吐出
口側と前記液体供給口側とでは大きく異なる、請求項1
2または13に記載の液体吐出方法。14. The method according to claim 1, wherein the change in the growth volume of the bubbles in the bubble generation region and the time from the generation of the bubbles to the defoaming are significantly different between the discharge port side and the liquid supply port side.
14. The liquid discharging method according to 2 or 13.
い、請求項12から14のいずれか1項に記載の液体吐
出方法。15. The liquid discharging method according to claim 12, wherein the bubble generation region is not opened to the atmosphere.
とによって前記液体を吐出する、請求項12から15の
いずれか1項に記載の液体吐出方法。16. The liquid discharging method according to claim 12, wherein the liquid is discharged by driving the plurality of bubble generating units.
することによって前記液体を吐出する、請求項16に記
載の液体吐出方法。17. The liquid discharging method according to claim 16, wherein the liquid is discharged by simultaneously driving the plurality of bubble generating means.
前記吐出口側の気泡発生手段を最初に駆動することによ
って前記液体を吐出する、請求項16に記載の液体吐出
方法。18. The liquid discharging method according to claim 16, wherein the liquid is discharged by first driving the bubble generating means closest to the discharge port among the plurality of bubble generating means.
前記可動部材側の気泡発生手段を最初に駆動することに
よって前記液体を吐出する、請求項16に記載の液体吐
出方法。19. The liquid discharging method according to claim 16, wherein the liquid is discharged by first driving the bubble generating means closest to the movable member among the plurality of bubble generating means.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100510814B1 (en) * | 2001-08-10 | 2005-08-31 | 캐논 가부시끼가이샤 | Ink jet recording apparatus, ink jet recording head, and ink jet recording method |
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2000
- 2000-08-30 JP JP2000261245A patent/JP3535816B2/en not_active Expired - Fee Related
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KR100510814B1 (en) * | 2001-08-10 | 2005-08-31 | 캐논 가부시끼가이샤 | Ink jet recording apparatus, ink jet recording head, and ink jet recording method |
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