专利名称：液体喷射方法、液体喷射头、以及液体喷射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体喷射方法、液体喷射头、以及液体喷射装置。
背景技术：
关于喷墨式打印机等液体喷射装置，有具有下述液体喷射头的液体喷射装置，该 液体喷射头具有喷射液体的喷嘴、为了从喷嘴喷射液体而对液体施加压力变化的压力室、 以及用于将贮存在贮存器中的液体供应到压力室中的供应部。在该液体喷射头中，将粘度 与水的粘度接近的液体作为对象而确定了喷射头内的液体流路的大小。专利文献1 日本专利文献特开2005-34998号公报。
发明内容
近年来，正在进行利用喷墨技术喷射粘度比一般的墨水高的液体的尝试。并且，已 经认识到如果用传统形状的喷射头来喷射这种高粘度的液体，会发生液体的喷射变得不稳 定的问题。例如，已经认识到会发生液体的飞行轨迹发生弯曲或者喷射量不足的情况。本发明是鉴于上种情况而完成的，其目的在于使粘度比一般的墨水高的液体的喷 射稳定。用于实现上述目的的主要发明是一种用于从液体喷射头喷射液体的液体喷射方 法，其中，所述液体的粘度处于大于等于6mPa · s并小于等于15mPa · s的范围内，所述液体 喷射头包括喷射液体的喷嘴；为了从所述喷嘴喷射所述液体而对所述液体施加压力变化 的压力室；以及与所述压力室连通并向所述压力室供应所述液体的供应部；所述供应部的 截面面积处于大于等于所述压力室的截面面积的1/3并小于等于所述压力室的截面面积 的范围内，所述压力室的流路长度大于等于所述供应部的流路长度并小于等于所述供应部 的流路长度的两倍。本发明的其他特点将通过本说明书的记载和附图的图示得以明确。根据本说明书的记载和附图的图示，至少可以明确以下内容。S卩，可以明确能够实现一种用于从液体喷射头喷射液体的液体喷射方法，其中，所 述液体的粘度处于大于等于6mPa .s并小于等于15mPa .s的范围内，所述液体喷射头包括 喷射液体的喷嘴；为了从所述喷嘴喷射所述液体而对所述液体施加压力变化的压力室；以 及与所述压力室连通并向所述压力室供应所述液体的供应部；所述供应部的截面面积处于 大于等于所述压力室的截面面积的1/3并小于等于所述压力室的截面面积的范围内，所述 压力室的流路长度大于等于所述供应部的流路长度并小于等于所述供应部的流路长度的 两倍。
在所述液体喷射方法中，优选的是，所述供应部的流路阻力大于所述压力室的流 路阻力。根据上述液体喷射方法，能够使液体喷射后的残余振动提前收敛。在所述液体喷射方法中，优选的是，所述喷嘴的流路阻力大于所述供应部的流路 阻力。根据上述液体喷射方法，能够抑制对压力室的液体供应不足。在所述液体喷射方法中，优选的是，所述供应部的截面面积处于大于等于 3. 3 X 10_15m2并小于等于10 X 10_15m2的范围内。根据上述液体喷射方法，能够从喷嘴喷射IOng左右的量的液体。在所述液体喷射方法中，优选的是，所述压力室的流路长度处于大于等于500 μ m 并小于等于IOOOym的范围内。根据上述液体喷射方法，能够从喷嘴喷射IOng左右的量的液体。在所述液体喷射方法中，优选的是，所述压力室具有划分部，该划分部划分所述压 力室的一部分并通过变形对所述液体施加压力变化。根据上述液体喷射方法，能够有效地对压力室内的液体施加压力变化。在所述液体喷射方法中，优选的是，所述液体喷射头具有以与被施加的喷射脉冲 的电位的变化图案相对应的程度使所述划分部变形的元件。根据上述液体喷射方法，能够高精度地控制压力室内的液体的压力。另外，还可以明确能够实现以下的液体喷射头。S卩，还可以明确能够实现一种液体喷射头，其包括喷射液体的喷嘴；为了从所述 喷嘴喷射所述液体而对所述液体施加压力变化的压力室；以及与所述压力室连通并向所述 压力室供应所述液体的供应部；其中，所述供应部的截面面积处于大于等于所述压力室的 截面面积的1/3并小于等于所述压力室的截面面积的范围内，所述压力室的流路长度大于 等于所述供应部的流路长度并小于等于所述供应部的流路长度的两倍。另外，还可以明确能够实现以下的液体喷射装置。S卩，还可以明确能够实现一种液体喷射装置，其包括生成喷射脉冲的喷射脉冲生 成部和从喷嘴喷射液体的液体喷射头，其中，所述液体喷射头包括通过使划分部变形而对 所述液体施加压力变化以从所述喷嘴喷射所述液体的压力室；以与被施加的所述喷射脉冲 的电位的变化图案相对应的程度使所述划分部变形的元件；以及与所述压力室连通并向所 述压力室供应所述液体的供应部；所述供应部的截面面积处于大于等于所述压力室的截面 面积的1/3并小于等于所述压力室的截面面积的范围内，所述压力室的流路长度大于等于 所述供应部的流路长度并小于等于所述供应部的流路长度的两倍。
图1是说明印刷系统的构成的框图；图2A是头的截面图，图2B是示意性地说明头的构造的图；图3是说明驱动信号生成电路等的结构的框图；图4是用于说明驱动信号的一个例子的图；图5A是表示稳定地喷射高粘度的墨水的情形的图，图5B是表示以不稳定的状态喷射高粘度的墨水的情形的图；图6是说明用于进行评价的喷射脉冲的图；图7是说明第一实施方式的图，是说明压力室的长度与墨水供应通路的长度相等 的各头的结构参数的图；图8是由No6的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图9是由No7的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图10是由NolO的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图11是由Noll的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图12是由Nol的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图13是由No2的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图14是由No3的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图15是由No4的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图16是由No5的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图17是由NoS的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图18是由No9的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图19是由Nol2的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图20是由Nol3的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图21是由Nol4的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图22是由Nol5的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图23是由Nol6的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图M是由Noll的头喷射了一个墨滴时的仿真结果；图25是由Nol2的头喷射了一个墨滴时的仿真结果；图沈是由Nol5的头喷射了一个墨滴时的仿真结果；图27是由Nol6的头喷射了一个墨滴时的仿真结果；图28是由Noll的头进行30kHz喷射时的仿真结果；图四是由Nol2的头进行30kHz喷射时的仿真结果；图30是由Nol5的头进行30kHz喷射时的仿真结果；图31是由Nol6的头进行30kHz喷射时的仿真结果；图32是使用No6的头以60kHz的频率喷射了粘度为6mPa 果；图33是使用Nol的头以60kHz的频率喷射了粘度为6mPa 果；图34是使用No2的头以60kHz的频率喷射了粘度为6mPa 果；图35是使用No5的头以60kHz的频率喷射了粘度为6mPa 果；图36是说明其他喷射脉冲的图；图37是说明第一实施方式的图，是说明使用其他喷射脉冲时的各头的结构参数 的 s的墨水时的仿真结
s的墨水时的仿真结
S的墨水时的仿真结
S的墨水时的仿真结
图38是由No6，的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图39是由No7，的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图40是由NolO’的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图41是由Noll’的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图42是由ΝοΓ的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图43是由No2，的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图44是由No3，的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图45是由No4，的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图46是由No5，的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图47是由No8，的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图48是由No9，的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图49是由Nol2’的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图50是由Nol3’的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图51是由Nol4’的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图52是由Nol5’的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图53是由Nol6’的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图M是说明用于进行评价的喷射脉冲的图；图55是说明第一实施方式的图，是说明压力室的长度为墨水供应通路的长度的 两倍的各头的结构参数的图；图56是由No6”的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图57是由No7”的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图58是由NolO”的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图59是由Noll”的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图60是说明第二实施方式的图，是说明作为评价对象的各头的结构参数的图；图61是由No6的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图62是由No7的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图63是由NolO的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图64是由Noll的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图65是由Nol的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图66是由No2的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图67是由No3的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图68是由No4的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图69是由No5的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图70是由NoS的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图71是由No9的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图72是由Nol2的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图73是由Nol3的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图74是由Nol4的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图75是由Nol5的头进行60kHz喷射时的仿真结果；
图76是由Nol6的头进行60kHz喷射时的仿真结果；图77是使用No6的头以60kHz的频率喷射了粘度为6mPa · s的墨水时的仿真结 果；图78是使用Nol的头以60kHz的频率喷射了粘度为6mPa · s的墨水时的仿真结 果；图79是使用No2的头以60kHz的频率喷射了粘度为6mPa · s的墨水时的仿真结 果；图80是使用No5的头以60kHz的频率喷射了粘度为6mPa · s的墨水时的仿真结 果；图81是说明其它头的截面图；图82是近似漏斗形状的喷嘴的放大图；图83是说明近似漏斗形状的喷嘴的分析用模型的图；图84A是仅由直孔(straight)部分构成的喷嘴的放大图，图84B是说明墨水供应 通路和压力室的变形例的图。
具体实施例方式印刷系统在图1中例示的印刷系统包括打印机1和计算机CP。打印机1相当于液体喷射装 置，其向纸张、布、胶片等介质喷射作为液体的一种的墨水。介质是作为被喷射液体的对象 的对象物。计算机CP与打印机1以能够进行通信的方式连接。为了使打印机1印刷图像， 计算机CP向打印机1发送与该图像相对应的印刷数据。〈打印机1的概要〉打印机1包括纸张运送机构10、托架移动机构20、驱动信号生成电路30、头单元 40、检测器组50、以及打印机侧控制器60。纸张运送机构10沿运送方向运送纸张。托架移动机构20使安装有头单元40的 托架在预定的移动方向(例如纸宽度方向)上移动。驱动信号生成电路30生成驱动信号 COM。该驱动信号COM是在对纸张进行印刷时被施加给头HD (压电元件433，参考图2A)的 信号，如图4中的一个例子所示的那样，该信号是包括喷射脉冲PS的一系列的信号。这里， 喷射脉冲PS是指为了从头HD喷射液滴状的墨水而使压电元件433进行预定动作的电位的 变化图案(pattern)。由于驱动信号COM包括喷射脉冲PS，因此驱动信号生成电路30相当 于喷射脉冲生成部。关于驱动信号生成电路30的结构和喷射脉冲PS，将在后面进行说明。 头单元40包括头HD和头控制部HC。头HD是液体喷射头的一种，其向纸张喷射墨水。头控 制部HC基于来自打印机侧控制器60的头控制信号来控制头HD。关于头HD，将在后面进行 说明。检测器组50包括对打印机1的状况进行监视的多个检测器。这些检测器的检测结 果被输出给打印机侧控制器60。打印机侧控制器60对打印机1进行整体控制。关于该打 印机侧控制器60，也将在后面进行说明。〈头HD>如图2A所示，头HD包括壳体41、流路单元42、压电元件单元43。在壳体41的内 部设置有用于容纳并固定压电元件单元43的容纳空间部411。该壳体41例如由树脂材料制成。并且，在壳体41的顶端面上接合有流路单元42。流路单元42包括流路形成基板421、喷嘴板422、振动板423。并且，在流路形成基 板421的一个表面上接合有喷嘴板422，在另一个表面上接合有振动板423。在流路形成基 板421上形成有作为压力室似4的槽部、作为墨水供应通路425的槽部、以及作为共用墨水 室426的开口部等。该流路形成基板421例如由硅基板制成。压力室似4形成为在与喷嘴 427的排列方向相垂直的方向上细长地延伸的腔室。墨水供应通路425连通压力室似4与 共用墨水室426。该墨水供应通路425将贮存在共用墨水室426中的墨水(液体的一种) 供应给压力室424。因此，墨水供应通路425是用于向压力室4 供应液体的供应部的一 种。共用墨水室4 是临时贮存从墨盒(未图示)供应过来的墨水的部分，相当于共用的 液体贮存室。在喷嘴板422上，以预定的间隔沿预定的排列方向设置有多个喷嘴427。墨水经由 这些喷嘴427而被喷射到头HD的外部。该喷嘴板422例如由不锈钢板或硅基板制成。振动板423例如采用了在不锈钢制的支撑板4 上层叠了树脂制的弹性体膜4 的双层结构。在振动板423中的与各压力室4 相对应的部分中，支撑板4 被蚀刻加工 成环形。并且，在环内形成了岛部428a。由该岛部428a和岛部428a周围的弹性体膜429a 构成了振动板部423a。该振动板部423a通过压电元件单元43所具有的压电元件433而变 形，改变压力室424的容积。即，振动板部423a相当于划分压力室424的一部分并通过变 形而对压力室424内的墨水(液体)施加压力变化的划分部。压电元件单元43包括压电元件组431和固定板432。压电元件组431呈梳齿状。 并且，每一个梳齿是压电元件433。各压电元件433的顶端面粘接在对应的岛部428a上。 固定板432支撑压电元件组431，并且是相对于壳体41的安装部。该固定板432例如由不 锈钢板构成，并且被粘接在容纳空间部411的内壁上。压电元件433是机电转换元件的一种，其相当于执行用于对压力室424内的液体 施加压力变化的动作(变形动作)的元件。通过使相邻的电极彼此之间存在电位差，图2A 所示的压电元件433在与层叠方向相垂直的元件长度方向上进行伸缩。S卩，上述电极包括 预定电位的共用电极434和电位与驱动信号COM(喷射脉冲PS)相对应的驱动电极435。并 且，被两个电极434、435夹持的压电体436以与共用电极434和驱动电极435的电位差相对 应的幅度变形。压电元件433随着压电体436的变形而在元件的长度方向上进行伸缩。在 本实施方式中，共用电极434被规定为地电位或者比地电位高出预定电位的偏置电位。并 且，驱动电极435的电位越是比共用电极434的电位高，压电元件433就越是收缩。相反， 驱动电极435的电位越是接近于共用电极434的电位，或者越是比共用电极434的电位低， 压电元件433就越是伸长。如上所述，压电元件单元43经由固定板432被安装在壳体41上。因此，如果压电 元件433收缩，则振动板部423a被向远离压力室4M的方向牵拉。由此，压力室4M膨胀。 相反，如果压电元件433伸长，则振动板部423a被压向压力室4 侧。由此，压力室4 收 缩。压力室似4的膨胀或收缩将导致压力室424内的墨水的压力发生变化。S卩，压力室424 内的墨水随着压力室424的收缩而被加压，随着压力室424的膨胀而被减压。由于压电元 件433的伸缩状态根据驱动电极435的电位而被决定，因此压力室424的容积也根据驱动 电极435的电位而被决定。因此，压电元件433可以称为是以与被施加的喷射脉冲PS的电位的变化图案相对应的程度使振动板部423a(划分部)变形的元件。并且，可以通过驱动 电极435的每单位时间的电位变化量等来决定对压力室4M内的墨水的加压程度或减压程度。〈墨水流路〉在头HD中，与喷嘴427的数目相对应地设置有多个从共用墨水室似6至喷嘴427 的一系列的墨水流路(相当于被液体充满的液体流路)。在该墨水流路中，喷嘴427和墨水 供应通路425分别与压力室4M连通。因此，当分析墨水的流动等特性时，可以应用亥姆霍 兹共鸣器的原理。图2B是示意性地说明基于该原理的头HD的结构的图。在一般的头HD中，压力室似4的长度L4M被规定在200 μ m至2000 μ m的范围内。 压力室424的宽度W4M被规定在20 μ m至300 μ m的范围内，压力室似4的高度H4M被规 定在30 μ m至500 μ m的范围内。并且，墨水供应通路425的长度L425被规定在50 μ m至 2000 μ m的范围内。墨水供应通路425的宽度W425被规定在20 μ m至300 μ m的范围内，墨 水供应通路425的高度H425被规定在30 μ m至500 μ m的范围内。另外，喷嘴427的直径 0427被规定在10 μ m至40 μ m的范围内，喷嘴427的长度L427被规定在40 μ m至100 μ m 的范围内。这里，图2B是示意性地说明墨水流路的图。为此，以与实际不同的形状表示了墨 水流路。在这样的墨水流路中，通过对压力室424内的墨水施加压力变化而从喷嘴427喷 射墨水。此时，压力室424、墨水供应通路425、以及喷嘴427如亥姆霍兹共鸣器那样发挥功 能。因此，当向压力室424内的墨水施加了压力时，该压力的大小以被称为亥姆霍兹周期的 固有周期而改变。即，墨水产生压力振荡。这里，关于亥姆霍兹周期(墨水的固有振动周期)Tc，一般可以用下式(1)来表示。Tc = 1/f
权利要求
1.一种液体喷射头，其特征在于，包括 喷射液体的喷嘴；为了从所述喷嘴喷射所述液体而使所述液体的压力发生变化的压力室；以及 与所述压力室连通并向所述压力室供应所述液体的供应部； 所述液体的粘度在大于等于6mPa · S且小于等于15mPa · s的范围内， 所述供应部的截面面积处于大于等于所述压力室的截面面积的1/3并小于等于所述 压力室的截面面积的范围内，所述压力室的流路长度大于等于所述供应部的流路长度且小于等于所述供应部的流 路长度的两倍，所述喷嘴是漏斗状。
2.一种液体喷射头，其特征在于，包括 喷射液体的喷嘴；为了从所述喷嘴喷射所述液体而使所述液体的压力发生变化的压力室；以及 与所述压力室连通并向所述压力室供应所述液体的供应部； 所述液体的粘度在大于等于6mPa · s且小于等于15mPa · s的范围内， 所述供应部的截面面积处于大于等于所述压力室的截面面积的1/3并小于等于所述 压力室的截面面积的范围内，所述压力室的流路长度大于等于所述供应部的流路长度且小于等于所述供应部的流 路长度的两倍， 所述喷嘴包括越是远离所述压力室开口面积变得越小的圆锥台部；以及 与所述圆锥台部的小直径端部连续设置的直孔部分。
3.一种液体喷射装置，其特征在于， 具有液体喷射头，所述液体喷射头包括 喷射液体的喷嘴；为了从所述喷嘴喷射所述液体而使所述液体的压力发生变化的压力室；以及 与所述压力室连通并向所述压力室供应所述液体的供应部； 所述液体的粘度在大于等于6mPa · s且小于等于15mPa · s的范围内， 所述供应部的截面面积处于大于等于所述压力室的截面面积的1/3并小于等于所述 压力室的截面面积的范围内，所述压力室的流路长度大于等于所述供应部的流路长度且小于等于所述供应部的流 路长度的两倍，所述喷嘴是漏斗状。
全文摘要
提供一种能够稳定地喷射高粘度液体的液体喷射方法、液体喷射头、以及液体喷射装置。使用在该液体喷射方法中的液体喷射头包括喷射液体的喷嘴；为了从喷嘴喷射液体而对液体施加压力变化的压力室；以及与压力室连通并向压力室供应液体的供应部。液体的粘度处于大于等于6mPa·s并小于等于15mPa·s的范围内。供应部的截面面积处于大于等于压力室的截面面积的1/3并小于等于压力室的截面面积的范围内。压力室的流路长度大于等于供应部的流路长度并小于等于供应部的流路长度的两倍。
文档编号B41J2/14GK102139562SQ201110036298
公开日2011年8月3日 申请日期2009年3月9日 优先权日2008年3月7日
发明者铃木善之 申请人:精工爱普生株式会社