液体喷出喷头及液体喷出装置的制作方法

本发明的实施方式涉及一种液体喷出喷头及液体喷出装置。

背景技术：

在用于各种液体喷出装置的液体喷出喷头中，为了除去气泡、异物而使墨循环的循环式结构广为人知。在循环式液体喷出喷头中例如具备具有喷出液体的驱动元件的液体喷出部、与液体喷出部的一次侧连接的流入路径、与液体喷出部的二次侧连接的流出路径、以及与液体喷出部电连接的驱动电路的结构广为人知。在这种液体喷出喷头以及液体喷出装置中，流行将液体喷出部的驱动元件的热量传递给墨来散热。在这种液体喷出喷头中，要求高散热性能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供高散热性能的液体喷出喷头及液体喷出装置。

一实施方式涉及的液体喷出喷头具备液体喷出部、流入流路、以及流出流路。液体喷出部喷出液体。流入流路与所述液体喷出部的一次侧连接。流出流路与所述液体喷出部的二次侧连接，且具有分支为条数多于所述流入流路的多条分支流路。

一实施方式涉及的液体喷出装置具备：液体喷出喷头，具备喷出液体的液体喷出部、与所述液体喷出部的一次侧连接的流入流路、以及与所述液体喷出部的二次侧连接并具有分支为条数多于所述流入流路的多条分支流路的流出流路；和支承装置，将对象物支承能够相对于所述液体喷出喷头移动。

附图说明

图1是示出第一实施方式涉及的液体喷出喷头的结构的主视图。

图2是示出同液体喷出喷头的结构的剖视图。

图3是示出同液体喷出喷头的一部分的剖视图。

图4是示出同液体喷出喷头的一部分的立体图。

图5是示出同液体喷出喷头的一部分的结构的剖视图。

图6是扩大示出同液体喷出喷头的一部分的剖视图。

图7是示出同液体喷出喷头的基座板的结构的立体图。

图8是示出同液体喷出喷头的流入流路和流出流路的结构的说明图。

图9是示出使用同液体喷出喷头的液体喷出装置的结构的说明图。

图10是示出其他实施方式涉及的液体喷出喷头的结构的说明图。

附图标记说明：

1...液体喷出喷头；10...液体喷出部；11...喷嘴板；11a...喷嘴；12...致动器；14...致动器板；14a...槽；14b...驱动元件部；15...盖部件；16...盖部件；20...基座板(基座部)；20a～20d...基座部件；21...基板凹部；22...流入导管部；22a...流入流路；23...流出导管部；23a...合流流路；23b...分支流路；23c...分流流路；24...供给管；24a...供给路径；25...回收管；25a...回收路径；30...电路基板；31...驱动ic；100...液体喷出装置；111...壳体；112...介质供给部；112a...供纸盒；113...图像形成部；114...介质排出部；114a...排纸托盘；115...输送装置；116...控制部；116a...cpu；117...支承部；118...输送带；119...支承板；120...带辊；121a～121h...导板对；122a～122h...输送用辊；130...喷头单元；132...供给罐；133...连接流路；133a...供给流路；133b...回收流路；134...循环泵；a1...输送路径；c1...压力室；c2...第一共用室(共用室)；c3...第二共用室(共用室)。

具体实施方式

以下参照图1至图7对第一实施方式涉及的液体喷出喷头1进行说明。另外，图中箭头x、y、z示出分别互相正交的三个方向。此外，在各图中为了便于说明，适当放大、缩小、或省略示出结构。图1是示出第一实施方式涉及的液体喷出喷头1的结构的主视图。图2是液体喷出喷头1的剖视图，示出图1的ii-ii剖面。图3是扩大示出液体喷出喷头1的一部分的剖视图。图4是示出液体喷出喷头1的一部分的立体图。图5是液体喷出喷头1的剖视图，图6是扩大示出图5的一部分的剖视图。图7是示出液体喷出喷头1的基座板20的结构的立体图。

如图1至图7所示，液体喷出喷头1具备液体喷出部10、基座板20、供给管24、回收管25、以及电路基板30。液体喷出喷头1例如是剪切式共享壁方式的喷头，例如设置于图9所示的喷墨记录装置等的液体喷出装置100。液体喷出喷头1与作为设置于液体喷出装置100的液体收纳部的供给罐132连接，是使墨在其与供给罐132之间循环的循环型喷头。液体喷出喷头1例如以液体喷出部10的喷嘴11a朝向下方的姿势配置。

如图1和图2所示，液体喷出部10具备喷嘴板11和致动器12。

如图3和图4所示，喷嘴板11具有构成为板状并在沿x轴的第一方向上并列配置的多个喷嘴11a。喷嘴板11具备一列或多列并列配置多个喷嘴11a而构成的喷嘴列。各喷嘴11a是在沿y轴的第二方向上贯通喷嘴板11的贯通孔。

致动器12具备具有多个压力室c1的致动器板14、以及在致动器板14的两面层叠的一对盖部件15、16。

致动器板14例如用层叠一对压电构件而形成的层叠压电体构成为板状。例如可以将pzt(锆钛酸铅)用作压电构件。极化一对压电构件。致动器板14的与喷嘴板11相对的端部构成为交互并列配置多条槽14a和多个壁状驱动元件部14b的梳齿状。即，在致动器板14的喷嘴板11侧的端面中形成有多个驱动元件部14b，在相邻的驱动元件部14b之间分别形成有槽14a。槽14a构成分别与各喷嘴11a连通的压力室c1。

在槽14a的内壁、即压力室c1的壁形成有电极。电极布线直至致动器板14上的驱动元件部14b，并借助柔性布线基板32与驱动ic31电连接。

盖部件15构成为板状，并与致动器板14的沿z轴的第三方向上的一侧的面相对配置。

在盖部件15和致动器板14之间形成有与多个槽14a的一端侧连通的第一共用室c2。第一共用室c2构成沿第一方向延伸并在两端部与基座板20的流入导管部22连通的流路。

盖部件16构成为板状，并与致动器板14的沿z轴的第三方向上的另一侧的面相对配置。

在盖部件16和致动器板14之间形成有与多个槽14a的另一端侧连通的第二共用室c3。第二共用室c3构成沿第一方向延伸并在两端部与基座板20的流出导管部23连通的流路。

图2至图7所示的基座板20由树脂、铝合金等材料构成为板状。基座板20具备一个或多个板状构件。在本实施方式中，基座板20具备一对第一基座部件20a、第二基座部件20b、第三基座部件20c、以及第四基座部件20d。基座板20通过多个基座部件20a～20d彼此互相连结而构成为板状。

在基座板20的一个主面形成有基板凹部21。基板凹部21内是构成为能够收纳电路基板30的凹陷。在基板凹部21中收纳矩形的电路基板30。

基座板20具备与液体喷出部10的一次侧连接的流入导管部22、以及与液体喷出部10的二次侧连接的流出导管部23。在基座板20的第一方向上的两端部分别形成有流入导管部22，相邻一对流入导管部22的中央侧分别形成有流出导管部23。

流入导管部22具有由在第二方向上贯通第一基座部件20a、第二基座部件20b、第三基座部件20c、以及第四基座部件20d的孔构成的一条流入流路22a。

流入流路22a的与墨的流动方向正交的流路剖面形状为圆形，流路剖面面积构成为恒定。流入流路22a的流路剖面面积构成为大于分支流路23b的流路剖面面积。即，在本实施方式中，流入流路22a与第二方向、即轴向正交的剖面面积构成为大于分支流路23b与第二方向、即轴向正交的剖面面积。例如流入流路22a具有直径为d1的圆形的流路剖面。流入流路22a的一端侧、即一次侧与形成在供给管24内的供给路径24a连通，为二次侧的另一端侧与形成于液体喷出部10的共用室c2连通。

流出导管部23具有合流流路23a、多条分支流路23b、以及分流流路23c。流出导管部23与流入导管部22的第一方向上的中央侧相邻配置。

多条分支流路23b由在第二方向上贯通第二基座部件20b和第三基座部件20c的孔构成。多条分支流路23b在第一方向上等间隔并列设置。各分支流路23b的流路剖面面积构成为小于流入流路22a的流路剖面面积。分支流路23b具有例如直径为d2的圆形的流路剖面。五条分支流路23b的总流路剖面面积构成为大于流入流路22a的流路剖面面积。因此，五条分支流路23b的内周面的面积的总和大于相同长度程度的一条流入流路22a的内周面的面积。

多条分支流路23b的一端侧与形成于第四基座部件20d的一条分流流路23c连通，另一端侧与形成于第一基座部件20a的一条合流流路23a连通。

合流流路23a由在第二方向上贯通第一基座部件20a的孔构成。合流流路23a的一侧具有与回收管25的回收路径25a连接的圆形的开口部，合流流路23a的另一侧具有与在第一方向上并列的多条分支流路23b的一端侧的开口连通的椭圆形状的开口。

分流流路23c由在第二方向上贯通第四基座部件20d的孔构成。分流流路23c的一侧具有与在第一方向上并列的多条分支流路23b的另一端侧的开口连通的椭圆形状的开口部，分流流路23c的另一侧具有与液体喷出部10的共用室c3的二次侧连接的开口部。

供给管24设置于基座板20的第二方向上的一端侧，是与分别配置于第一方向的两端的流入导管部22的一次侧连接的管状构件。供给管24构成沿第二方向延伸且流路剖面构成为圆形状的供给路径24a。供给路径24a的一端侧经由连接流路133与供给罐132连接，另一端侧与流入流路22a连通。

一对回收管25是在基座板20的第二方向上的一端侧与在中央侧与供给管24在第一方向上相距预定距离的预定位置连接的管状构件。回收管25构成为沿第二方向延伸且流路剖面构成为圆形状的回收路径25a。回收路径25a的一端侧经由连接流路133与供给罐132连接，另一端侧与合流流路23a连通。

接下来，对流入流路22a以及分支流路23b的管路的条数、内径、以及流量的关系进行说明。其中，当流体流经管路时，设ρ：密度、λ：管摩擦系数、l：管的长度、d：管的直径、v：管内的平均流速，则，由摩擦造成的压力损耗可通过以下的达西-魏斯巴赫公式(式1)给出。

【数学式1】

此外，设μ：粘滞系数、q：管内的流量，则，平均流速、管摩擦系数、雷诺数可通过以下(式2)、(式3)、(式4)给出。

【数学式2】

将上述(式2)、(式3)、(式4)代入达西-魏斯巴赫公式的(式1)，则为以下(式5)。

【数学式3】

其中，在设流入流路22a和分支流路23b的管路的长度(l)相同的情况下，压力损耗由“q/d⁴”代表。因此，设流入管的条数为n1，直径为d1，流出管的条数为n2，直径为d2，则为以下(式6)。

【数学式4】

因此，优选例如流入流路22a和分支流路23b满足以下(式7)。

【数学式5】

因此，流入侧和流出侧的流路的条数、直径、以及管内的流量的关系为图8所示的关系，在本方案实施方式中，作为一例，设流入流路22a的直径为2mm，分支流路23b的直径为1.35mm。此外，在流路的长度不同的情况、存在分支或合流的情况下，存在需要校正的情况。

电路基板30为矩形板状，配置于基座板20的基板凹部21。在第一方向上并列配置有多个柔性布线基板32。在多个柔性布线基板32的与基座板20相对侧的表面上分别搭载有驱动ic31，并借助热传导性润滑脂、薄片等与基座板20接触。柔性布线基板32的第二方向上的一端侧与电路基板30连接，另一端侧与致动器板14连接。

在第一方向上并列配置有多个分别搭载于多个柔性布线基板32的多个驱动ic。驱动ic31配置为与基座板20的一个面相对且能够传热。驱动ic31例如与基座板20的主面接触或接近。在多个驱动ic中的靠近第一方向上的端部的一部分驱动ic配置在与多列分支流路23b的第三方向上的一侧重叠的位置上。

驱动ic借助柔性布线基板32与电路基板30上的布线、压力室c1的电极电连接。

在如上那样构成的液体喷出喷头1中，墨从图9所示的供给罐132经过供给路径24a、流入导管部22以及第一共用室c2到达多个压力室c1，从与压力室c1相对配置的喷嘴11a喷出。另外，墨从压力室c1经过第二共用室c3、流出导管部23、回收路径25a被回收至供给罐132并循环。在液体喷出喷头1中形成有两套分别从两端向中央引导液体的流路，所述流路的结构为在第一方向上的一侧和另一侧分别形成流路。

如上那样构成的液体喷出喷头1通过由驱动ic31施加驱动电压来赋予进行驱动的压力室c1内的电极、以及两侧的电极电位差。由此，构成致动器板14的一对压电材料彼此反向变形，驱动元件部14b弯曲变形。并且，通过交互重复在不同方向上的弯曲变形来增减压力室c1的容积，进而由此使液滴从与压力室c1相对的喷嘴11a喷出。

以下参照图9对具有液体喷出喷头1的液体喷出装置100进行说明。图9是示出作为液体喷出装置100的喷墨打印机的结构的说明图。如图9所示，液体喷出装置100具备壳体111、介质供给部112、图像形成部113、介质排出部114、作为支承装置的输送装置115、以及控制部116。

液体喷出装置100是一种喷墨打印机，例如以纸张p为记录介质、即喷出对象物，在沿从介质供给部112经过图像形成部113到达介质排出部114的预定的输送路径a1输送纸张p的同时喷出墨等液体，由此在纸张p上进行图像形成处理。

介质供给部112具备多个供纸盒112a。介质排出部114具备排纸托盘114a。图像形成部113具备支承纸张的支承部117、以及与支承部117的上方相对配置的多个喷头单元130。

支承部117具备环状安装于进行图像形成的预定区域的输送带118、从背侧支承输送带118的支承板119、以及安装于输送带118的背侧的多个带辊120。

喷头单元130具备多个作为液体喷出喷头的液体喷出喷头1、多个作为分别搭载在各液体喷出喷头1上的液体罐的供给罐132、连接液体喷出喷头1和供给罐132的连接流路133、以及作为循环部的循环泵134。喷头单元130是使液体循环的循环型喷头单元。

在本实施方式中，作为液体喷出喷头1具备青色、品红色、黄色、黑色四种颜色的液体喷出喷头1c、1m、1y、1k，作为分别收纳这些颜色中的各种颜色的墨的供给罐132具备供给罐132c、132m、132y、132k。供给罐132通过连接流路133与液体喷出喷头1连接。连接流路133具备与液体喷出喷头1的供给路径24a连接的供给流路133a、以及与液体喷出喷头1的回收路径25a连接的回收流路133b。

此外，供给罐132连结有未图示的泵等负压控制装置。并且，根据液体喷出喷头1和供给罐132的水位值，通过负压控制装置对供给罐132内进行负压控制，由此使供给至液体喷出喷头1的各喷嘴的墨形成预定形状的弯液面。

循环泵134例如是用压电泵构成的送液泵。循环泵134设置于供给流路133a。循环泵134构成为经由布线与控制部116连接，并能够通过cpu(centralprocessingunit：中央处理器)116a的控制而被控制。循环泵134使液体在包括液体喷出喷头1和供给罐132的循环流路中循环。

输送装置115沿从介质供给部112的供纸盒112a经过图像形成部113到达介质排出部114的排纸托盘114a的输送路径a1输送纸张p。输送装置115具备多个沿输送路径a1配置的导板对121a～121h、以及多个输送用辊122a～122h。输送装置115将纸张p支承为能够相对于液体喷出喷头1移动。

控制部116具备作为处理器的一例的cpu(中央控制装置)116a、存储各种程序等的rom(readonlymemory：只读存储器)、临时存储各种可变数据、图像数据等的ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)、以及进行来自外部的数据的输入以及向外部的数据的输出的接口部。

在液体喷出喷头1和液体喷出装置100中，在进行从喷嘴11a喷出液体的驱动时，控制部116通过驱动ic31向驱动元件部14b施加驱动电压。若通过电压的施加赋予进行驱动的压力室c1内的电极、和两侧的空气室的电极电位差，则在驱动元件部14b中一对压电构件互相反向变形，通过两压电构件的变形，驱动元件部14b弯曲变形。例如，首先在打开进行驱动的压力室c1的方向上变形使压力室c1内为负压，由此将墨引导至压力室c1内。接下来，在关闭压力室c1的方向上变形，使压力室c1内加压，由此使墨滴从喷嘴11a喷出。

本实施方式涉及的液体喷出喷头1及液体喷出装置100使流出导管部23分支，并具有多条分支流路23b。即流出侧(回收侧)的流路配置数量多于流入侧(供给侧)的流路。因此，属于由驱动ic31等产生的热量向二次侧流路的传递比向一次侧的流路的传递更容易的结构。因此，在抑制供给至液体喷出部10的墨的温度上升的同时将热量散发到从液体喷出部10回收的墨中，由此抑制对液体喷出性能的影响，能够确保高散热性能。液体喷出喷头1的温度分布为从基座板20的第一方向上的中央向两端下降的温度坡度。并且，配置有多条分支流路23b的部位其坡度变陡，配置有流入流路22a的第一方向上的两端部的温度为最低。

在液体喷出喷头1中构成为回收侧的墨通过多条分支流路23b流经靠近驱动ic31的位置。即基座板20接触或接近与电路基板30连接的驱动ic31，配置为能够传热。因此，驱动ic31的热量容易传导至流经形成在基座板20内的流出导管部23的墨中。

另外，本发明并非完全限定于上述实施方式，在实施阶段可以在不脱离其要旨的范围内变形并具体化构成要素。

虽然在上述第一实施方式中，示出了流入导管部22和流出导管部23由形成于基座板20的孔构成的例子，但是并不限定于此。例如也可以用不同的材料构成构成流入流路的导管构件、以及构成流出流路的导管构件。

在作为其他实施方式在图10中示出的液体喷出喷头1a中，用不同的材料分别构成形成流入流路22a的流入导管部22和形成多条分支流路23b的流出导管部23。例如，液体喷出喷头1a具备在两端形成有具有多条分支流路23b的流出导管部23的基座板20a、以及构成与基座板20a的第一方向上的两侧接合的管状流入导管部22的导管构件20b。具有流出导管部23的基座板20由热传导率比流入导管部22高的材料构成。例如将高热传导率的树脂、铝合金等用作高热传导率的材料。

构成流入导管部22的导管构件20b的外形剖面为矩形状，并具有剖面为圆形状的流入流路22a。构成流入导管部22的导管构件20b用热传导率低于构成流出导管部23的基座板20a的材料构成。作为构成导管构件20b的材料例如可以举出低热传导率的树脂。导管构件20b通过粘接固定于基座板20a。其他结构以与上述第一实施方式涉及的液体喷出喷头1相同的方式构成。

即使在本实施方式涉及的液体喷出喷头1a中，也能获得与上述实施方式涉及的液体喷出喷头1相同的效果。并且根据本实施方式，通过用热传导率高于流入侧的流路的材料构成流出侧的流路，能够扩大向回收侧的墨传热，并能够进一步减少向供给侧的墨传热。因此，驱动ic31的热量易传导至回收侧的流路，所以能够抑制由热量产生的对喷出性能的影响，能够提高散热性。

根据以上说明的至少一个实施方式，能够提供高散热性的液体喷出喷头及液体喷出装置。

此外，虽然在上述实施方式中示出了将流出侧的流路分支为五条的例子，但是并不限定于此。例如也可以设为两条～四条、或六条以上。并且，流入侧的流路也不限定于一条，也可以设为多条。即，只要是流出侧的流路的条数多于流入侧的流路的条数，则不限于在上述实施方式中说明的条数。

此外，流出导管部23的结构也可以是用与基座板20不同的管状构件构成，并与基座板20接合。

此外，虽然在上述实施方式中，示出了流入导管部22和流出导管部23由形成于基座板20的孔构成的例子，但是并不限定于此，例如也可以构成为圆管状等其他形状。

虽然示出了基座板20由多个基座部件20a～20d构成的例，但是并不限定于此；例如可以根据流路形状、成型性一体式构成一部分或全部的基座部件20a～20d。或者也可以用更多的部件来构成基座板20。

此外，喷出的液体不限于打印用的墨，例如也可以是喷出包括用于形成打印布线基板的布线图案的导电性粒子的液体的装置等。

除了上述构造以外，液体喷出喷头例如可以是使用静电使振动板变形来喷出墨滴的构造、或使用加热器等的热能源从喷嘴喷出墨滴的构造等。

此外，虽然在上述实施方式中示出了将液体喷出喷头应用于喷墨记录装置等液体喷出装置的例子，但是并不限定于此；例如，也可以应用于3d打印机、工业用制造机械、医疗用途，能够实现小型轻量化以及低成本化。

另外，虽然说明了本发明的几个实施方式，但是这些实施方式只是作为例子而提出的，并非旨在限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，并能够在不脱离发明的主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式、其变形包括在发明的范围和主旨内，并且也包括在与权利要求书所记载的发明均等的范围内。