液体喷射头和液体喷射装置的制作方法

本发明涉及液体喷射头和液体喷射装置。

背景技术：

近年来，一直需要能够实现高速且高精度液体喷射的液体喷射装置。具体地，期望喷墨记录装置(液体喷射装置的示例，适于通过喷射液体来成像)能够在普通纸上提供与电子照相记录装置匹敌的高速且高品质记录。为了在普通纸上进行高速且高品质的记录，美国专利申请公开no.2017/050445中公开的液体喷射装置具有长行式(页宽式)液体喷射头，其中，多个记录元件基板(喷射芯片)沿各个记录元件基板中多个喷射嘴的排列方向排列。在行式液体喷射头中，在每个记录元件基板中形成液体流动路径网络，由此能够进行高速液体喷射，其中，在控制在预定范围内的压力下供应液体。

在诸如上面所述的行式液体喷射头中，流动路径通常由长流动路径构件形成。另一方面，为了保持稳定的液体喷射，期望的是液体在记录元件基板内部循环的构造。因此，流动路径形成在长流动路径构件的几乎整个区域上，并且循环路径与压力控制单元等流体连接以产生液体循环流动。通常在长流动路径构件的循环通路与压力控制单元之间设置多个接头。作为用于流动路径构件和压力控制单元等之间流体连接的接头，可以使用所谓的填充系统，其中，填充系统确保密封性能，例如通过将密封材料(填充物)夹在两个构件之间并利用两个构件的紧固力来压缩密封材料。而且，如果使用注塑制品(特别是长注塑制品)作为流动路径构件，则其在模制后倾向于发生很大的翘曲。在此种情况下，如果将填充密封件应用于长流动路径构件和压力控制单元等之间流体连接的接头，则倾向于变得难以确保维持充分密封性能所需的流动路径构件平面性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供液体喷射头和液体喷射装置，其能够通过抑制其内形成有流动路径的流动路径构件的翘曲而保持良好的密封性能。

根据本发明的液体喷射头是页宽式液体喷射头，包括：液体喷射单元，其适于喷射液体；流动路径构件，其设置有适于向液体喷射单元供应液体的液体供应流动路径；以及第一压力控制单元和第二压力控制单元，其固定到流动路径构件上并且适于控制液体供应流动路径中的压力，其中，第一压力控制单元和第二压力控制单元在纵向长度上比流动路径构件短，并且第一压力控制单元和第二压力控制单元设置成在流动路径构件纵向上彼此部分地或全部地错开。

根据以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的液体喷射装置的示意性构造的立体图。

图2是示出图1所示液体喷射装置中的循环通路的图。

图3是根据实施例的液体喷射头的分解立体图。

图4是图3所示液体喷射头的立体图。

图5是图3所示液体喷射头的分解立体图。

图6a、图6b、图6c和图6d是示出根据各种实施例的液体喷射头的主要部分的示意性平面图。

具体实施方式

现在，将根据附图详细描述本发明的优选实施例。

以下将参考附图描述本发明的实施例。然而，以下描述并不是要限制本发明的范围。相反，作为示例本发明采用热方法，通过使用发热元件形成气泡来喷射液体，但是本发明还可应用于采用压电方法或各种其它液体喷射方法中任一种的液体喷射头。

应当注意，适用于排出诸如墨之类液体的根据本发明的液体喷射头以及配备有液体喷射头的液体喷射装置可应用于诸如打印机、复印机、具有通信系统的传真机和具有打印单元的文字处理器之类的装置。此外，本发明也可应用于与各种处理装置复合组合的工业记录装置。例如，液体喷射头和液体喷射装置可以用于诸如生物芯片制造、电子电路印刷、半导体基材制造和3d打印之类的应用。

根据本实施例的液体喷射装置是喷墨记录装置，其形式为使液体(诸如墨)在罐和液体喷射头之间循环，但也可以使用其它形式。例如，液体喷射装置可以为以下形式，其中，代替使墨循环，在液体喷射头的上游侧和下游侧设置罐并且使墨从一个罐流到另一个罐，并且由此在包含适于产生喷射液体所用能量的记录元件的压力室中流动。

(喷墨记录装置的描述)

图1示出了根据本发明的液体喷射装置的示意性构造，具体是喷墨记录装置1000(以下也称为记录装置)，其通过喷射液体墨进行记录。记录装置1000包括：传送单元1，其适于传送在与液体喷射头3相对的位置处支撑的记录介质2；以及行式(页宽式)液体喷射头3，其大致垂直于记录介质2的传送方向设置。记录装置是行式记录装置，适用于在连续地或间歇地传送多张记录介质2的同时进行单道次连续记录。记录介质2不限于裁切好的片材，也可以是连续卷纸。液体喷射头3能够使用cmyk(青色、品红色、黄色和黑色)墨进行全色打印，并且与液体供应单元、主罐和缓冲罐(图2)流体连接，其中，液体供应单元是适于向液体喷射头供应液体的供应路径，这会在稍后描述。而且，液体喷射头3与适于向液体喷射头3传输电力和喷射控制信号的电子控制单元电连接。

(液体喷射头中的液体通路)

图2是示出应用于根据本实施例的喷墨记录装置的液体通路示例的示意图。图2示出了液体喷射头3与第一循环泵(高压侧)1002、第一循环泵(低压侧)1004、缓冲罐1003等流体连接的状态。应当注意，尽管在图2中为了简化说明仅示出了cmyk墨之一流过的通路，但是实际上在液体喷射头3和液体喷射装置主体中设置了四种颜色墨的循环通路。连接到主罐1006的缓冲罐1003设置有大气连通孔(未示出)，其适于将罐内部与外部连通并且能够将墨中的气泡排出到外部。缓冲罐1003也连接到补给泵1005。在通过喷射墨进行记录、抽吸回收等期间，当通过液体喷射头上的喷射嘴喷射(排出)而在液体喷射头3中消耗了液体时，补给泵1005将墨从主罐1006转送到缓冲罐1003以弥补消耗。

第一循环泵1004的作用是从液体喷射头3的液体供应/回收连接部111抽吸液体并将液体传送到缓冲罐1003。最好是将具有定量泵送能力的容积式泵作为第一循环泵。具体地，可用的泵包括管式泵、齿轮泵、隔膜泵和注射泵，但是替代地可以使用通过将一般的恒流量阀或减压阀放置在泵出口处来确保预定流量的方式。当驱动液体喷射单元300时，一定量的墨流过共用供应流动路径211和共用回收流动路径212。最好是，流量的值应设定为使得液体喷射头3中各记录元件基板10之间的温差不会影响记录图像质量。然而，如果设定过高的流量，则在液体喷射单元300中各流动路径中压力损失的影响下，各记录元件基板10之间的负压差将变得太大，从而导致图像中的浓度不均匀。因此，最好是通过考虑各记录元件基板10之间的温差和负压差来设定流量。

负压控制单元230设置在第二循环泵1004和液体喷射单元300之间的通路上。负压控制单元230具有这样的功能：即使循环系统的流量由于记录负荷变化而波动，负压控制单元230也能够以保持负压控制单元230下游侧(即，在液体喷射单元300侧)压力处于预设恒定水平的方式工作。任何机构都可以用作构成负压控制单元230的两个压力调节机构，只要该机构可以将压力调节机构的下游侧压力保持在期望设定压力附近的预定范围内即可。作为示例，可以采用与所谓的“减压调节器”相似的机构。如图2所示，当使用减压调节器时，最好是在负压控制单元230上游侧通过第二循环泵1004经由液体供应单元220来加压。这样能够抑制缓冲罐1003的水头压力对液体喷射头3的影响，从而增大记录装置1000中缓冲罐1003的布置灵活性。第二循环泵1004可以是任何类型，只要在液体喷射头3操作期间所用的墨循环流量范围内具有高于预定水平的压头即可，并且涡轮泵、容积式泵等可供使用。具体地，可以采用隔膜泵等。此外，代替第二循环泵1004，可采用例如相对于负压控制单元230以一定水头差放置的集水箱。

如图2所示，负压控制单元230包括两个压力调节机构，对其分别设定彼此不同的控制压力。在两个压力调节机构中，高压侧压力调节机构(图2中的h所示)和低压侧压力调节机构(图2中的l所示)经由液体供应单元220内部分别连接到液体喷射单元300内的共用供应流动路径211和共用回收流动路径212。利用根据本实施例的循环通路，液体经过液体喷射头3的液体供应/回收连接部111、液体供应单元220、和液体喷射单元300的中央部的两个位置以及液体喷射单元300的一个端部处的位置(总计三个位置)而被供应到液体喷射单元300中。多个记录元件基板10成行排列在液体喷射单元300上，其中，每个记录元件基板10具有喷射喷嘴行，喷射喷嘴行中排列有适于喷射液体的多个喷射喷嘴。液体通过共用供应流动路径211并且然后通过设置在记录元件基板10上的压力室(未示出)，在共用回收流动路径212中回收，通过液体喷射单元300的另一端部，并通过液体供应单元220的液体供应/回收连接部111在液体喷射头3的外部回收。在每个压力室中设有适于产生喷射液体所用能量的记录元件。在液体喷射单元300中设置有共用供应流动路径211和共用回收流动路径212以及与记录元件基板10连通的单用供应流动路径213和单用回收流动路径214。单用供应流动路径213和单用回收流动路径214与共用供应流动路径211和共用回收流动路径212连通，并且第一循环泵1002产生穿过记录元件基板10的内部流动路径从共用供应流动路径211到共用回收流动路径212的流动(图2中的箭头)。这是因为：在连接到共用供应流动路径211的压力调节机构h和连接到共用回收流动路径212的压力调节机构之间存在压力差，并且第一循环泵1002仅连接到共用回收流动路径212。

当从液体喷射头3喷射的液体量增加时，共用供应流动路径211中的压力由于当液体流过共用供应流动路径211、记录元件基板10和共用回收流动路径212时引起的压力损失而减小。当共用供应流动路径211中的压力低于供设置在低压侧压力调节机构l上的阀打开的阈值时，液体流动仅沿着共用回收流动路径212产生。

以这种方式，通过形成供液体流动通过的两个通路系统，随着喷射的液体量的增加，液体可以在从共用供应流动路径211经记录元件基板10到共用回收流动路径212流动的通路和仅沿着共用回收流动路径212流动的通路之间分流。这样能抑制压力损失。

此外，该构造甚至允许在由液体喷射头3进行记录期间在不出墨的喷射喷嘴和压力室中产生墨流动，由此允许抑制在该部分中的墨变稠。此外，变稠的墨以及墨中的异物可以排出到共用回收流动路径212。因此，根据本应用例的液体喷射头3能实现高速、高品质的记录。

图3示出了构成液体喷射头3的各部件和单元的分解立体图。液体供应单元220设置有液体供应/回收连接部111(图4)，并且用于各颜色墨的过滤器221(未示出)设置在液体供应单元220内部并与液体供应/回收连接部111中的开口连通以去除所供应的墨中的异物。通过了过滤器221的液体被供应到设在液体供应单元220上的各色墨负压控制单元230。负压控制单元230包括独立用于各颜色墨的各压力调节阀，并且通过设置在每个负压控制单元230中的阀和弹簧构件的作用产生以下效果。负压控制单元230可以大大降低由于墨流量波动而在记录装置1000的供应系统(液体喷射头3上游侧供应系统)中发生的压力损失变化，并且可以将在压力控制单元下游侧(即，在液体喷射单元300侧)的负压变化稳定在预定范围内。如图2所示，用于每种颜色墨的负压控制单元230包括用于给定颜色的两个压力调节阀。两个压力调节阀设定为不同的控制压力；并且，经由液体供应单元220，高压侧压力调节阀与液体喷射单元300中的共用供应流动路径211连通，低压侧压力调节阀与共用回收流动路径212连通。

壳体80包括液体喷射单元支撑构件81和电气布线板支撑单元82，支撑着液体喷射单元300和电气布线板90，并确保液体喷射头3的刚性。电气布线板支撑单元82用于支撑电气布线板90并且用螺钉固定到液体喷射单元支撑构件81上。液体喷射单元支撑构件81设置有开口83、84、85和86，以供第二橡胶接头(第二密封材料)100插入。从液体供应单元220供应的液体经由橡胶接头被引导到液体喷射单元300的第三流动路径构件70。

液体喷射单元300包括流动路径构件210、液体喷射单元支撑构件81和多个喷射模块200，盖构件130安装在液体喷射单元300的在记录介质侧的表面上。在根据本实施例的液体喷射单元300中，多个记录元件基板10沿着喷射喷嘴的排列方向排列，其中，每个记录元件基板10具有喷射喷嘴行，喷射喷嘴行中排列有适于喷射液体的多个喷射喷嘴。

接下来，将描述在液体喷射单元300中所包括的液体喷射单元内流动路径构件210的构造。如图3所示，液体喷射单元内流动路径构件210是第一流动路径构件50、第二流动路径构件60和第三流动路径构件70堆叠而成。液体喷射单元内流动路径构件210用于将从液体供应单元220供应的液体分配到喷射模块200，并将从喷射模块200循环的液体返回到液体供应单元220。液体喷射单元内流动路径构件210用螺钉固定到液体喷射单元支撑构件81。

将参考图3至图5描述根据本发明实施例的液体喷射头3的液体供应单元220和负压控制单元230，其中，液体供应单元220是位于液体喷射单元外部的流动路径构件，而负压控制单元230是适于调节流动路径构件的流动路径中压力的压力控制单元。如图4所示，液体供应单元220和负压控制单元230包含各液体流动路径(液体供应流动路径和液体回收流动路径)，并且各液体流动路径通过与液体喷射单元300流体连接而构成循环路径。负压控制单元230能够将液体保持在包括液体流动路径的内部空间中，并且也用作副罐。

根据本实施例的液体供应单元220具有大致长方体形状，其长度大致与液体喷射单元300相等(大约360mm)。液体供应单元220和液体喷射单元300彼此经由第二橡胶接头100在靠近液体供应单元220纵向两端部和中央部附近流体连接。

负压控制单元230具有大致长方体形状，其纵向长度比液体供应单元220短(大约70mm)。为每种颜色墨提供负压控制单元230，并且根据本实施例提供了对应于cmyk四种颜色的四个负压控制单元230。也就是说，第一、第二、第三和第四负压控制单元230分别控制不同类型(颜色)液体的压力。如图5所示，每个负压控制单元230经由第一橡胶接头(第一密封材料)231流体连接到液体供应单元220。此外，通过螺钉232把负压控制单元230机械地连接到液体供应单元220。通过由在负压控制单元230和液体供应单元220之间的螺钉的紧固力压缩，第一橡胶接头231展现足够的密封性能。也就是说，第一橡胶接头231通过夹在液体供应单元220的密封表面和负压控制单元230的密封表面之间而被压缩，从而切断液体和气体从外部进入和流出外部的流动。

类似地，通过螺钉232把上述液体供应单元220和液体喷射单元300固定地连接在一起，第二橡胶接头100夹在它们之间。在液体供应单元220的密封表面和液体喷射单元300的密封表面之间的第二橡胶接头通过在液体供应单元220和液体喷射单元300之间的螺钉232的紧固力而被压缩，由此展现足够的密封性能。

根据本实施例的液体供应单元220和负压控制单元230的主要部分通过注塑成型来形成。通常，由于成型后的热收缩，长的注塑制品倾向于发生很大的纵向翘曲。因此，根据本实施例，多个负压控制单元230设置在液体供应单元220上，使得负压控制单元230的纵向和液体供应单元220的纵向将基本上彼此一致。多个负压控制单元230沿着液体供应单元220的纵向彼此相邻地布置。利用该构造，长的液体供应单元被多个负压控制单元230压住，并且不容易沿纵向翘曲。通常，短注塑制品比长注塑制品更不容易翘曲，因此在本实施例中负压控制单元230比液体供应单元220更不容易翘曲。因此，通过将不容易翘曲的负压控制单元230与液体供应单元220重叠固定，可以抑制液体供应单元220的翘曲。

如果所有的负压控制单元230在液体供应单元220上沿横向方向彼此相邻设置，那么在液体供应单元220的纵向上与任何一个负压控制单元230重叠固定后而留出的部分会增加。由于难以抑制该部分的翘曲，所以上述配置不足以防止液体供应单元220的翘曲。根据本实施例，多个负压控制单元230与液体供应单元220重叠固定。此外，与液体供应单元220重叠固定的负压控制单元230中的至少一个在纵向位置上与其它负压控制单元230错开(偏移)。换句话说，一些或所有负压控制单元230设置成与其它负压控制单元230中的至少一个错开而不在纵向位置上重叠。

通过在液体供应单元220的纵向上彼此部分地或全部地错开，负压控制单元230在液体供应单元220上沿着纵向彼此相邻设置。利用该构造，不但在纵向上一个部位而且在多个部位或者在纵向上的几乎整个区域内，液体供应单元220受到负压控制单元230的约束。因而，可以有效地抑制液体供应单元220的纵向翘曲。关于液体供应单元220的横向方向(与纵向正交的宽度方向)，由于小的尺寸和因此小的翘曲，通常情况下不必特别考虑。

如上所述，在通过两种部件(负压控制单元230和液体供应单元220)之间的紧固力压缩橡胶接头231来确保密封性能的构造中，设置成与橡胶接头231接触的部件表面的平坦性和平行度最好要高。如果密封表面的平坦性或平行度较低，则橡胶接头231在一些部分中压缩不足，这可能导致密封性能降低。因此，通过抑制尤其是液体供应单元220(长部件)的翘曲并由此改善密封表面的平坦性和平行度，可以改善液体供应单元220和液体喷射单元300的密封性能。

在图1至图5所示的实施例中，多个负压控制单元230串联布置成两列，具体地如图6a示意性所示布置成2×2阵列。然而，负压控制单元230的排列方式不限于这种阵列，并且各种布局是可用的。例如，如图6b所示，多个负压控制单元230可以串联布置在单列中。而且，如图6c所示，多个负压控制单元230可以以交错的方式布置成两列。如图6d所示，可以仅在液体供应单元220的一部分中设置类似于图6c所示的交错排列。当负压控制单元230设置在液体供应单元220的整个纵向长度上时，防翘曲效果增加。然而，为了方便布局，诸如旨在避免液体喷射头3与外部构件干涉的布局，不含负压控制单元230的空间可以如图6a和图6d所示设置在液体供应单元220纵向上的一部分中。

为了增强本发明的效果，负压控制单元230最好是具有低翘曲和高抗弯刚度。因此，例如通过增加负压控制单元230的高度和横向宽度，可以增加负压控制单元230在纵向上的抗弯刚度。负压控制单元230的此种高抗弯刚度提供的效果是：负压控制单元230用作加强构件，以抵抗液体供应单元220的翘曲。在组装好负压控制单元230、液体供应单元220和液体喷射单元300之后，即使由于各种因素引起的线性膨胀或收缩而发生热变形，负压控制单元230也通过起到梁的作用而抑制液体喷射单元300的变形。此外，当液体供应单元220包括由于功能性结构而部分地强度减小的部分时，如果负压控制单元230以能够补偿强度减小的方式布置，则可以使液体供应单元220的强度不减小。

用于将液体供应单元220和负压控制单元230彼此固定的方法不限于螺钉232，而是可以使用各种固定方法。例如，可以采用使用闩锁使得紧固力在两种构件220和230之间起作用的方法。此外，尽管在本实施例中使用作为压力控制单元的负压控制单元230来抑制液体供应单元的翘曲，但该构造不是限制性的。例如，可以设置副罐来代替上述的负压控制单元230，该副罐仅仅是不用于负压控制的墨储存器。

如上所述，根据本发明，纵向长度比液体供应单元220(流动路径构件)短的负压控制单元230(压力控制单元)在模制后的翘曲相对较低。因此，由于多个负压控制单元230通过在纵向上与液体供应单元220对准而固定，因此可以校正液体供应单元220的任何翘曲。此外，由于多个负压控制单元230串联布置并通过在纵向上与液体供应单元220对准而固定到液体供应单元220，因此可以有效地抑制液体供应单元220的翘曲。另外，固定到液体供应单元220上的负压控制单元230中的至少一个通过在液体供应单元220的纵向上与其它负压控制单元230部分地或完全地在位置上错开放置。此外，一些或所有负压控制单元230设置成与其它负压控制单元230中的至少一个错开而不会在液体供应单元220的纵向上位置重叠。结果，可以有效地抑制液体供应单元220在纵向上的翘曲。

此外，由于橡胶接头231通过受到由负压控制单元230利用螺钉232等固定到液体供应单元220时产生的紧固力而引起的压缩力来产生密封力，因此使用简单的构造可以确保两种构件之间的密封性能。此种用于紧固和密封的构造类似地适用于在液体供应单元220和液体喷射单元300之间的紧固和密封。利用把负压控制单元230设置在液体供应单元220纵向上的多个密封材料之间的位置处的构造，能够进一步提高橡胶接头100的密封性能。

关于液体喷射头，本发明通过抑制其内形成有流动路径的流动路径构件的翘曲而能够保持良好的密封性能。

虽然已经参考示例性实施方案描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方案。所附权利要求的范围应被赋予最广义的解释，以便包含所有变型以及等同的结构和功能。