专利名称：液体喷射头和液体喷射方法
技术领域：
本发明涉及用于喷射液体的液体喷射头，特别涉及从中喷射墨以在记录介质上执行记录的喷墨头，并且涉及液体喷射方法。
背景技术：
利用发热元件喷射墨的方法被广泛用作喷墨记录设备用的液体喷射方法。该方法是如下的方法由配置在被供给墨的流路(喷嘴)中的发热元件产生热能，由此导致发热元件周围的墨的膜沸腾以产生气泡并且通过起泡压力将动能施加给墨以从喷射口朝向记录介质喷射墨。该方法涉及如下的问题由发热元件上产生的气泡的消泡所导致的气穴现象(cavitation)而损伤发热元件。美国专利No. 7，152951公开了能够抑制由气穴现象所导致的对发热元件的损伤的液体喷射头和液体喷射方法。在该液体喷射头中，喷射口被配置成与发热兀件的表面相对，并且喷射口的中心相对于发热元件的中心朝向墨流动方向的上游侧或下游侧偏移。由此，在喷射液滴时，气泡在气泡难以被分裂的部位处与空气连通，使得抑制气泡被分裂为墨流动方向上的上游侧的部分和下游侧的部分。结果，能够防止气泡被分裂而残留在流路中，因此能够抑制通常易于在墨流动方向的下游侧发生的气穴现象和气穴现象对发热元件的损伤。在具有发热元件且该发热元件为具有约I的纵横比的近似正方形的液体喷射头中，本技术是特别有效的。日本特开2008-238401号公报公开了如下的技术出于喷墨记录的进一步高密度化的需求，以1200dpi (每英寸(2. 54cm) 1200个点)以上的高密度配置喷射口和流路。具体地，在日本特开2008-238401号公报中，以1200dpi的密度成列地配置多个喷射口和流路。日本特开平4-10940号公报和日本特开平4-10941号公报公开了在喷墨记录设备中喷墨的方法的示例。当如日本特开2008-238041号公报所公开的那样以1200dpi以上的高密度配置喷射口和流路以试图喷射I. 5pl以上的液滴时，流路需要形成为细长的。因此，需要根据流路的形状使用具有大的纵横比的(细长)发热元件，这与美国专利No. 7152951所描述的发明不同。具体地，发热元件的纵横比需要被控制为2. 5以上(纵向长度为横向长度的2. 5倍以上)。结果，可能会发生美国专利No. 7152951的图12所示的气穴现象对发热元件的损伤。
发明内容
根据本发明，提供了一种液体喷射头，其包括喷射口，其用于喷射液体；流路，其 用于从保持液体的液体供给口向所述喷射口供给液体；和长边与短边的比为2. 5以上的矩形形状的发热元件，其用于产生喷射液体用的热能，所述发热元件的长度方向被配置为沿着所述流路的延伸方向，其中，当沿从所述喷射口喷射液体的方向观察时，所述发热元件的在所述流路内的液体流动方向的下游侧的端部位于所述喷射口的下游侧的端部与所述喷射口的上游侧的端部之间。根据本发明，还提供了一种液体喷射头的液体喷射方法，其包括提供液体喷射头，该液体喷射头包括喷射口，其用于喷射液体；流路，其用于从保持液体的液体供给口向所述喷射口供给液体；和长边与短边的比为2. 5以上的矩形形状的发热元件，其用于产生喷射液体用的热能，所述发热元件的长度方向被配置为沿着所述流路的延伸方向；以及驱动所述发热元件以在液体中产生气泡，并 且在所述气泡增大后的所述气泡的收缩期间使从所述喷射口进入所述流路内部的弯月面与相对于所述发热元件的长度方向的中心位于所述流路内的液体流动方向的上游侧的所述气泡连通，由此使所述气泡与外部空气连通。根据下面参考附图对示例性实施方式的描述，本发明的其它特征将变得明显。
图I是根据本发明的实施方式的液体喷射头的主要部分的局部剖切立体图。图2是根据本发明的第一实施方式的液体喷射头的主要部分的放大平面图。图3A、图3B、图3C、图3D、图3E、图3F、图3G、图3H和图31是依次示出本发明的第一实施方式中的液体喷射方法的截面图。图4A、图4B、图4C、图4D、图4E、图4F、图4G、图4H和图41是示出液体喷射头的主要部分的平面图，其中液体喷射头的位置偏移量分别变化以用于实验。图5A、图5B、图5C、图5D、图5E、图5F、图5G和图5H是依次示出本发明的比较例的液体喷射头的液体喷射方法的截面图。图6A、图6B、图6C、图6D、图6E、图6F、图6G和图6H是依次示出本发明的比较例
的液体喷射头的液体喷射方法的截面图。图7A、图7B、图7C、图7D和图7E是依次示出本发明的比较例的液体喷射头的液体喷射方法的截面图。图8图解地示出本发明的第一实施方式的液体喷射方法中的位置偏移量与喷射速度之间的关系。图9A图解地示出液体喷射头的温度与雾的体积之间的关系，图9B图解地示出液滴的喷射量与雾的体积之间的关系。图IOA是根据本发明的第二实施方式的液体喷射头的主要部分的放大平面图，图IOB是沿图IOA中的线10B-10B截取的截面图。
具体实施例方式现在将根据附图详细描述本发明的优选实施方式。首先说明作为根据本发明的液体喷射头的示例的喷墨记录头101的整体构造。图I是该喷墨记录头101的主要部分的局部剖切立体图。该喷墨记录头101设有元件基板110和流路形成构件111，其中，在元件基板110上配置有多个发热元件(加热器)401，流路形成构件111层叠于并接合到元件基板110的主表面并形成多个流路300。供墨构件150被接合到元件基板110的与流路形成构件111所接合到的面相反的面。元件基板110可以由例如玻璃、陶瓷、树脂或金属形成。但是，特别地，元件基板110通常由硅形成。在元件基板110的主表面，在各流路300处根据预定的配线图案分别设置有发热元件401、用于对发热元件401施加电压的电极(未示出)和与该电极连接的配线(未示出)。在发热元件401的主表面，还设置有用于提高散热的绝缘膜(未示出)以覆盖发热元件401。另外，在元件基板110的整个主表面设置有保护膜(未示出)以覆盖绝缘膜，该保护膜用于保护元件基板110不受气泡消泡时所导致的气穴现象的损伤。供墨构件150具有用于供墨的供墨口(供给室)500，该墨是待从墨盒(未示出)喷射到元件基板110的液体。如图I所示，流路形成构件111具有多个流路(喷嘴)300，墨被供给到所述多个流路300 ;多个喷射口 100，各喷射口 100均位于流路300的顶端并且朝向外部开口 ；和共用液室112，共用液室112将各流路300连结到供墨口 500。喷射口 100形成在与发热元件401几乎相对的位置处。在流路300内，墨从共用液室112流向喷射口 100。
该喷墨记录头101具有在元件基板110上的多个发热元件401和多个流路300，并且多个流路300形成中间夹着供给室500的、彼此相对的第一流路列900和第二流路列900。形成第一流路列的多个流路300以它们的长度方向相互平行的方式排列。同样，形成第二流路列的多个流路300以它们的长度方向相互平行的方式排列。以1200dpi (每英寸(2. 54cm) 1200个点)以上的密度形成各流路列中的多个流路300。因此，各流路列900中的相邻流路300之间的间隔是1/1200英寸(约O. 021mm)或更小。由于点配置，根据需要，第二流路列中的各流路300和第一流路列中的各流路300在某些情况中可以被配置成锯齿状(zigzag)(使两个流路列900中的各流路300相互交替)。这样的喷墨记录头101可构造为使得通过进行例如日本特开平4-10940号公报或者日本特开平4-10941号公报中所公开的喷墨记录方法，喷墨时所产生的气泡经由喷射口 100与空气连通。下文中将通过具体实施方式
描述具有这种基本结构的根据本发明的喷墨记录头101的详细结构。[第一实施方式]参考图2至图6描述本发明的第一实施方式。图2是示出根据本实施方式的喷墨记录头101的流路的周边的放大平面图。本实施方式中的各个部分的尺寸描述如下。根据本实施方式的喷墨记录头101的第一流路列900和第二流路列900中的各流路300之间的排列节距P为21 μ m，实现了 1200dpi的高密度配置。结果，各流路300的宽度Wn为12.8 μ m并且非常地窄。从该流路300经由喷射口 100喷射的液滴的喷射量为2. 8ng。因此，考虑到对流路300的宽度Wn的限制与有效面积的获取之间的平衡，喷射口 100的宽度Wo为8μπι并且长度L ο为16 μ m，并且喷射口 100为纵横比为2. O ( = 16/8)的长圆形形状。但是，喷射口 100的平面形状并不局限于长圆形，而可以是椭圆形或矩形。像喷射口 100那样，出于对流路300的宽度Wn的限制与有效面积的获取之间的平衡，发热元件401的宽度Wh为10. 6 μ m并且长度Lh为34. 4 μ m,并且发热元件401为纵横比为3. 2( = 34. 4/10. 6)的细长矩形形状。在本实施方式中，以沿从喷射口喷墨的方向观察时喷射口 100的中心相对于发热元件401的中心在墨流动方向(从共用液室112向喷射口 100的方向)上偏移的状态相对于发热元件401配置喷射口 100。流路300的相对于发热元件401的中心位于下游侧(喷射口 100侧)的长度Ln1S 22.5 μ m，而流路300的相对于发热元件401的中心位于上游侧的长度Ln2为39. 6 μ m。在本实施方式中，在共用液室112中设置多个喷嘴过滤器102，多个喷嘴过滤器102均是与流路300之间的位置对应的柱状构件。喷嘴过滤器102的直径c为13 μ m。发热元件401的中心与喷嘴过滤器102的中心之间的距离Lnf为57. O μ m。供墨口 500的中心和与共用液室112连通的端部之间的距离a为56 μ m。供墨口500的中心与发热元件401的中心之间的距离b为137. 5 μ m。在发热元件401的中心与喷射口 100的中心之间的距离d、即发热元件401的中心与喷射口 100的中心之间的位置偏移量d为12 μ m。以喷射口 100越过发热元件401的在墨流动方向的下游侧(喷射口侧)的端部的方式设定该位置偏移量d。在本发明中，即使当发热元件为纵横比超过3的细长形状时，这种配置也抑制发 热元件401在其上表面产生气穴现象以及抑制发热元件401由于该气穴现象而被损伤。其原理将在下面描述。图3A至图31是用于以时间顺序说明本实施方式中的液体喷射方法的图并且是沿图2中的线3-3截取的截面图。首先，通过未示出的配线和电极驱动发热元件401。墨(将要被喷射的液体)125被发热元件401产生的热加热，以产生气泡。如图3A所示，通过加热所产生的气泡120增长，并且墨125的一部分通过起泡压力而从喷射口 100突出(略去墨125的顶部的图示)。在气泡120的体积一旦如上所述地增大到最大体积之后，气泡120如图3B所示地收缩，位于喷射口 100中的墨的弯月面123后退。在本实施方式中，发热元件401的中心相对于喷射口 100的中心(重心)位于墨流动方向上的上游侧。因此，如图3B和图3C所示，在气泡120的收缩过程中，弯月面123以在接近发热元件401的表面上的气泡120的一侧(上游侧)变大而在远离气泡120的一侧(下游侧)变小的方式不均等地后退。结果，如图3C所示，待喷射的液滴125a的后端部(尾部)在与发热元件401的表面上的气泡120远离的方向上弯曲。与液滴喷射方向(与发热元件401和喷射口 100垂直的方向)垂直的运动分量被施加到待喷射的液滴的该尾部。因此，如图3C所示，待喷射的液滴125a的尾部与流路中残留的墨分离的切断点600是朝向与发热兀件401的表面上的气泡120远离的一侧偏移的位置。在待喷射的液滴125a的尾部处已经分离的待喷射的液滴125a然后被朝向外部的记录介质(未示出)喷射。此时，在流路300内部，在待喷射的液滴125a的尾部由于待喷射的液滴125a的分离所产生的微细雾像待喷射的液滴125a的弯曲尾部那样接收与液滴喷射方向垂直的运动分量。接收了这样的运动分量的雾冲击流路300的内壁，由此被抑制从喷射口 100朝向外部飞散。在本实施方式中，喷射口 100相对于发热元件401被配置成朝向墨流动方向的下游侧偏移，从而抑制气泡120在喷射口 100的附近分裂。简言之，如图3B和图3C所示，发热元件401的表面上的气泡120并不分裂，而是从喷射口 100的附近朝向共用液室112所在侧连续地塌陷。之后，如图3D和图3E所示弯月面123朝向公共液室112所在侧进一步后退，并且发热元件401的表面上的气泡120收缩。如图3F所示，在气泡120消失之前、SP在气泡120收缩期间，弯月面123到达气泡120，并且弯月面123与气泡120在气泡连通点601处相互连结。结果,气泡向空气开放,气泡的内部压力与大气压力一致。在本发明中，以当平面地(沿从喷射口喷射墨的方向)观察时喷射口 100的中心与发热元件401重叠、即喷射口 100的上游侧的一部分与发热元件401的下游侧的端部重叠的方式、以偏移的位置关系配置喷射口 100和发热元件401。由此，在发热元件401的上游侧的端部附近、即在流路300内的远离喷射口 100的位置处产生气泡连通点601。在待喷射的液滴125a与流路300中残留的墨125分离后，弯月面123到达该气泡连通点601。因此，气泡120与空气连通，并且在待喷射的液滴125a与流路300中残留的墨125分离后，气泡的内部压力与大气压力一致。气泡与外部空气(空气)连通的现象一般在每次喷射时均受到扰乱，喷溅(scattering)变得显著。因此，如果在待喷射的液滴125a与流路300中残留的墨125分离之前弯月面123与气泡连通，则待喷射的液滴125a的尾部受到气泡与空气连通时的喷溅的影响，导致每次喷射时的尾部扰乱。如上所述，根据本发明的构造，与在待喷射的液滴125a与流路300中残留的墨125分离之前或在与之紧邻的时刻气泡120与空气连通并且气泡120的内部压力与大气压力一致的情况相比，抑制了待喷射的液滴125a的 尾部扰乱。结果，极大地减少了待喷射的液滴125a的尾部与流路300中残留的墨125分离时所产生的雾的量。另外，在气泡连通点601处气泡120与空气连通时可能产生的微细雾的产生位置位于流路300内的相对于加热器的中心(重心)与喷射口 100远离的上游侧，使得微细雾可能从喷射口 100飞散到外部的可能性极低。在弯月面123在气泡连通点601处连结到气泡120后，如图3G至图31所示，流路300通过毛细力被来自共用液室112的墨125再次填充，以再次产生弯月面123。为了实现该液体喷射方法，发热元件401的中心和喷射口 100的中心之间的位置偏移量d(图2)是重要的参数。本发明人进行了实验，以确认该位置偏移量d对于液体喷射方法的影响。将参考图4至图6描述本实验的细节。图4A至图41是分别示出液体喷射头101的多个样品的流路300的俯视图，其中液体喷射头101的位置偏移量d分别变化。如图4A至图41所示，这些液体喷射头101的位置偏移量d在Ομπι至25μπι的范围。当该位置偏移量落在ΙΟμπι至22. 5μπι的范围(图4C至图4Η)时，当从喷墨方向观察时，喷射口 100与发热元件401的下游侧的端部重叠。当液体从分别具有图4Α至图41所示的结构的液体喷射头101喷射时，确认在流路300中的上游侧是否发生气穴现象、在下游侧是否发生气穴现象、以及在喷射耐久性试验中是否损伤发热元件401。表I示出了结果。顺带提及，位置偏移量d是在下游侧的从喷射口 100的中心(重心)到发热元件401的中心(重心)的距离。虽然在图4A至图41中省略了位置偏移量的单位，但是该位置偏移量的单位是μ m。在表I中，防止气穴现象发生的程度和发热元件401的耐久性(防止损伤的程度)分别被表示为3级AA，良好(具有余裕(margin)) ；A,良好；和C，差(被损伤)。表I
权利要求
1.一种液体喷射头，其包括 喷射口，其用于喷射液体； 流路，其用于从保持液体的液体供给口向所述喷射口供给液体；和 长边与短边的比为2. 5以上的矩形形状的发热元件，其用于产生喷射液体用的热能，所述发热元件的长度方向被配置为沿着所述流路的延伸方向， 其中，当沿从所述喷射口喷射液体的方向观察时，所述发热元件的在所述流路内的液体流动方向的下游侧的端部位于所述喷射口的下游侧的端部与所述喷射口的上游侧的端部之间。
2.根据权利要求I所述的液体喷射头，其特征在于，当沿从所述喷射口喷射液体的方向观察时，所述喷射口的中心与所述发热元件重叠。
3.根据权利要求I所述的液体喷射头，其特征在于，所述喷射口是椭圆形或长圆形。
4.根据权利要求I所述的液体喷射头，其特征在于，以每英寸1200个以上的点的密度成列地配置多个所述喷射口。
5.根据权利要求I所述的液体喷射头，其特征在于，从所述喷射口喷射的液滴的喷射量为I. 5pl以上。
6.根据权利要求I所述的液体喷射头，其特征在于，所述发热元件的长边与短边的比为3以上。
7.一种液体喷射头的液体喷射方法，其包括 提供液体喷射头，该液体喷射头包括喷射口，其用于喷射液体；流路，其用于从保持液体的液体供给口向所述喷射口供给液体；和长边与短边的比为2. 5以上的矩形形状的发热元件，其用于产生喷射液体用的热能，所述发热元件的长度方向被配置为沿着所述流路的延伸方向；以及 驱动所述发热元件以在液体中产生气泡，并且在所述气泡增大后的所述气泡的收缩期间使从所述喷射口进入所述流路内部的弯月面与相对于所述发热元件的长度方向的中心位于所述流路内的液体流动方向的上游侧的所述气泡连通，由此使所述气泡与外部空气连通。
8.根据权利要求7所述的液体喷射方法，其特征在于，当沿从所述喷射口喷射液体的方向观察时，所述喷射口的中心与所述发热元件重叠。
9.根据权利要求7所述的液体喷射方法，其特征在于，当沿从所述喷射口喷射液体的方向观察时，所述发热元件的在所述流路内的液体流动方向的下游侧的端部位于所述喷射口的下游侧的端部与所述喷射口的上游侧的端部之间。
10.根据权利要求7所述的液体喷射方法，其特征在于，在从所述喷射口突出到外部的液滴的后端部与所述流路内部残留的液体分离后，所述气泡与外部空气连通。
全文摘要
液体喷射头和液体喷射方法。液体喷射头包括喷射口，其用于喷射液体；流路，其用于从保持液体的液体供给口向喷射口供给液体；和长边与短边的比为2.5以上的矩形形状的发热元件，其用于产生喷射液体用的热能，发热元件的长度方向被配置为沿着流路的延伸方向。当沿从喷射口喷射液体的方向观察时，发热元件的在流路内的液体流动方向的下游侧的端部位于喷射口的下游侧的端部与喷射口的上游侧的端部之间。
文档编号B41J2/14GK102632714SQ201210028909
公开日2012年8月15日 申请日期2012年2月9日 优先权日2011年2月9日
发明者井上智之, 坂本敦, 山根彻, 矢部贤治, 西谷英辅 申请人:佳能株式会社