专利名称：液体喷射头及具有该液体喷射头的液体喷射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种液体喷射头及具有该液体喷射头的液体喷射装置，尤其涉及ー种在应用于使用高粘度的液体的情况时较为有用的液体喷射头及具有该液体喷射头的液体喷射装置。
背景技术：
作为液体喷射装置，例如存在一种具备喷墨式记录头的喷墨式记录装置，其中，所述喷墨式记录头具备多个压カ产生室，其通过由压电元件构成的压カ产生単元而产生用于油墨滴喷出的压カ；油墨供给通道，其将油墨从共用的歧管向各个压カ产生室分别供给；喷嘴开ロ，其形成于各个压カ产生室并喷出油墨滴。在所涉及的喷墨式记录装置中，向与喷 嘴连通的压カ产生室内的油墨施加喷出能量，从而使油墨滴从喷嘴开ロ喷出，其中，所述喷嘴与印字信号相对应。由这种喷墨式记录装置印刷预定的文字、图形等的印刷对象，最近不仅限于现有的纸张，而向塑料、玻璃等各种材料发展。然而，以纸张等为对象的现有的油墨无法充分应对塑料等的油墨吸收性较差的印刷対象。即，当使用以纸张为对象的油墨，在例如塑料上进行了印刷吋，以纸张为对象的油墨的粘度(例如，常温下为3. 5 CmPa s)左右)作为印刷于塑料上的油墨而言，粘度过低，根据情况，会产生油墨滴在喷落于印刷对象上之后，发生流动的问题。因此，当在塑料等吸收性较小的印刷对象上实施印刷时，使用了高粘度(例如，常温下为10. 0 CmPa s)左右)的油墨。另ー方面，在喷墨式记录头中，特别是在使包括喷嘴开ロ在内的喷嘴部形成在单晶硅板的喷嘴板上的喷墨式记录头中，为了降低流道阻力而将喷嘴部形成为两级。即，此时的喷嘴部具有第一喷嘴部，其形成于压カ产生室侧，并且截面面积为第一面积；第ニ喷嘴部，其所述截面面积为与第一面积相比较小的第二面积，并且通过阶梯部而与所述第一喷嘴部连续地形成，且顶端部成为喷嘴开ロ。当为所涉及的两级喷嘴时，为了防止随着油墨的喷出动作而产生的喷嘴部中的气泡的混入，以确保油墨滴的喷出稳定性而实施高质量的印刷，需要采用如下这种结构，即，使进行振动的弯液面停留于第二喷嘴部，而不到达第一喷嘴部的结构。因此，在这种两级喷嘴中，将关于其油墨的喷出方向的长度在某种程度上构成得较长。为此而由硅形成的喷嘴趋于流道阻力増大的倾向。在通过喷嘴部为如上所述的两级喷嘴结构的喷墨式记录头而使高粘度的油墨喷出时，有时会使喷出性能受到阻碍。这是因为如上文所述的第二喷嘴部不仅具有较大的惯量而且流道阻力也増大。S卩，在通过现有技术所涉及的两级喷嘴方式的喷墨式记录头而使用高粘度的油墨进行了印刷时，不仅会使从喷嘴开ロ喷出的油墨滴的量減少而对印刷质量造成不良影响，还因为喷出后的弯液面特性的恢复也变得迟缓，因此会产生油墨的喷射周期变长的问题，并且成为对高速印刷造成阻碍的主要原因。
另外，这种问题不仅存在于喷出油墨的喷墨式记录头中，也同样存在于喷射油墨以外的液体的液体喷射头中。尤其是在被用于印刷以外的エ业用途的液体头中，喷射高粘度的液体的机会较多，从而上述问题较为显著。专利文献I :日本特开2006-290000号公报(图I、
)
发明内容
鉴于上述现有技术，本发明的目的在于，提供一种即使在使用了高粘度的液体的情况下也能够确保足够的喷出量，且能够使喷出后的弯液面动作较为良好从而有助于印刷的高速化的液体喷射头以及具有该液体喷射头的液体喷射装置。实现上述目的的本发明的方式在于ー种液体喷射头，其特征在于，具有压カ产生室，其通过液体供给通道而被供给液体；压カ产生単元，其使该压カ产生室内产生压カ变化；喷嘴部，其通过由该压カ产生单元产生的压カ而使所述液体喷出，并且，所述喷嘴部具 有第一喷嘴部，其在与所述液体的喷出方向正交的方向上的截面面积为第一面积，并与所述压カ产生室连通；第二喷嘴部，其所述截面面积为与第一面积相比较小的第二面积，且ー侧与所述第一喷嘴部连通，另ー侧成为喷嘴开ロ，所述液体喷射头被构成为，当将与所述液体的流通方向正交的方向上的所述液体供给通道的截面面积设为Ss，将所述第一喷嘴部和压カ产生室连通的位置处的截面面积设为Sn，将所述第一喷嘴部的流道阻カ设为Rn'，并将所述第二喷嘴部的流道阻カ设为Rn吋，(Sn/Ss)彡(1/3)，且(Rn' /RnX 0. 6的关系成立。根据本方式，由于能够在使液体供给通道的截面面积Ss、与第一喷嘴部和压カ产生室连通的位置处的截面面积Sn之比的关系最佳化的同吋，还能够使第一喷嘴部的流道阻力Rn'与第二喷嘴部的流道阻力Rn之比的关系最佳化，因此即使在使用了高粘度的液体的情况下，也能够确保足够的液体的喷出量，且能够使喷出后的弯液面的恢复良好。其结果为，能够良好地保持使用了高粘度液体的情况下的印刷的印刷质量，并且还有助于印刷的高速化。此处，优选构成为，当将所述液体供给通道的惯量设为Ms，并将所述喷嘴部的惯量设为Mn吋，Mn < Ms的关系成立。这是因为，此时能够进ー步提高喷出量的特性。此外，优选为，所述液体的喷出粘度在8.0 (mPa*s)以上。这是因为，此时也能够在表面平滑且无吸收性的塑料等上实施所预期的良好的印刷。本发明的其他的方式在于ー种液体喷射装置，其具备如上文所述的各个液体喷射头。根据本方式，能够使向表面平滑且无吸收性的塑料等喷出高粘度的液体而实施的印刷等的质量良好。
图I为表示液体喷射装置的结构的模式立体图。图2为表示实施方式所涉及的记录头的概要结构的分解立体图。图3为图2的俯视图。图4为沿着图3中的A—A'线的剖视图。
图5为提取并放大了图3中的压カ产生室以及喷嘴部的模式图。图6为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。图7为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。图8为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。图9为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。图10为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。图11为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。
图12为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。图13为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。图14为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。图15为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。图16为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。图17为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。图18为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。图19为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。图20为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。
具体实施例方式以下，根据附图对本发明的实施方式进行详细说明。图I为表示喷墨式记录装置(以下，也称为记录装置)的一个示例的概要图。如图I所示，记录头単元IA和IB被设置在作为液体喷出装置的喷墨式记录装置I上。S卩，记录头单元IA和IB被搭载于喷墨式记录装置I的滑架3上，并且滑架3以能够在轴向上移动的方式而被设置在安装于喷墨式记录装置I的装置主体4上的滑架轴5上。该记录头单元IA和IB例如分别喷出黒色油墨组合物和彩色油墨组合物。油墨使用高粘度油墨(例如
8mPa S)。而且，通过使驱动电机6的驱动カ通过未图示的多个齿轮和同步齿型带7而被传递至滑架3，从而使搭载有记录头単元IA和IB的滑架3沿着滑架轴5进行移动。另一方面，在装置主体4上沿着滑架轴5而设置有压纸卷筒8，通过图I中未图示的供纸辊等而被供给的、纸等的作为记录介质的记录薄片S被卷绕在压纸卷筒8上并被输送。图2为表示内置有图I所示的记录头单元1A、1B的喷墨式记录头(以下，也称为记录头)的概要结构的分解立体图，图3为图2的俯视图，图4为沿着图3中的A-A'线的剖视图。如图2 图4所示，记录头10的流道形成基板11由单晶硅基板构成，且在其ー个面上形成有由ニ氧化硅构成，且成为本方式中的振动部的弹性膜50。在流道形成基板11上，于其宽度方向上并排设置有多个压カ产生室12。此外，在流道形成基板11的压カ产生室12的长度方向外侧的区域内形成有连通部13，并且连通部13与各个压カ产生室12通过针对于各个压カ产生室12中的每ー个所设置的油墨供给通道14以及连通通道15而被连通。连通部13与后述的保护基板30的歧管部31连通，从而构成成为各个压カ产生室12的共用的油墨室的歧管100的一部分。油墨供给通道14以窄于压カ产生室12的宽度而形成，并将从连通部13向压カ产生室12流入的油墨的流道阻力保持为固定。另外，虽然在本实施方式中，通过从ー侧缩小流道的宽度从而形成了油墨供给通道14，但也可以通过从两侧缩小流道的宽度来形成油墨供给通道。此外，也可以通过从厚度方向縮小流道来形成油墨供给通道，而不是通过缩小流道的宽度来形成油墨供给通道。由此，在本方式中，在流道形成基板11上设置有通过压カ产生室12、连通部13、油墨供给通道14以及连通通道15而构成的液体流道，并且在压カ产生室12内填充有油墨。此外，在成为流道形成基板11的ー个面的开ロ面侧，通过粘合剂或热熔敷薄膜等而粘着有贯穿设置了喷嘴部21的喷嘴板20，所述喷嘴部21连通于，与各个压カ产生室12的油墨供给通道14相反的一侧的端部附近。本方式中的喷嘴板20由单晶硅基板形成，并且喷嘴部21成为两级喷嘴结构，从而使被贯穿设置于由单晶硅基板形成的喷嘴板上的喷嘴部21中的多数成为该结构。关于该两级喷嘴结构，将在后文中进行详细叙述。如上文所述，在流道形成基板11的相反侧的开ロ面上，形成有弾性膜50，并且在该弹性膜50上设置有紧贴层56，所述紧贴层56由例如厚度为30 50nm左右的氧化钛等·构成，且用于提高弹性膜50等与第一电极60的基底的紧贴性。另外，根据需要，也可以在弾性膜50上设置由氧化锆等构成的绝缘体膜。另外，在该紧贴层56上层叠形成有第一电极60、厚度在2 U m以下且优选为0. 3 I. 5 iim的薄膜即压电体层70、和第二电极80，从而构成压电元件300。在此，压电元件300为本方式中的压カ产生単元，并且是指包括第一电极60、压电体层70以及第二电极80在内的部分。一般情况下，通过如下方式而构成，即，将压电元件300的某一方的电极设定为共用电极，并且针对于各个压カ产生室12中的每ー个而对另一方电极和压电体层70进行图案形成。虽然在本方式中，将第一电极60设定为压电兀件300的共用电极,而将第二电极80设定为压电元件300的独立电极，但即使根据驱动电路和布线的情况而对上述电极进行相反设定也不会产生障碍。而且，在此将压电元件300和通过该压电元件300的驱动而产生位移的振动板统称为致动器装置。另外，虽然在上述的示例中，弾性膜50、紧贴层56、第ー电极60以及根据需要而设置的绝缘体膜作为振动板而发挥作用，但是当然不限定于此，例如，也可以不设置弾性膜50或紧贴层56。此外，也可以使压电元件300自身实质性兼作振动板。在作为所涉及的压电元件300的独立电极的第二电极80上连接有引线电极90，所述引线电极90从油墨供给通道14侧的端部附近被引出，并延伸设置至弾性膜50上或根据需要而设置的绝缘体膜上，且由例如金(Au)等构成。在形成有压电元件300的流道形成基板11上，即，在第一电极60、弾性膜50和根据需要而设置的绝缘体膜以及引线电极90上，通过粘合剂35而接合有保护基板30，所述保护基板30具有构成歧管100的至少一部分的歧管部31。在本方式中，该歧管部31在厚度方向上贯穿保护基板30且以横跨压カ产生室12的宽度方向的方式而形成，并且该歧管部31如上文所述这样与流道形成基板11的连通部13连通，从而构成了成为各个压カ产生室12的共用的油墨室的歧管100。此外，也可以针对于每个压カ产生室12而将流道形成基板11的连通部13分割为多个，并仅将歧管部31作为歧管。而且，例如，也可以采用如下方式，即，在流道形成基板11上仅设置压カ产生室12，而在介于流道形成基板11和保护基板30之间的部件(例如，弾性膜50、根据需要而设置的绝缘体膜等)上，设置对歧管100和各个压力产生室12进行连通的油墨供给通道14。此外，在保护基板30的与压电元件300对置的区域内设置有压电元件保持部32，所述压电元件保持部32具有不会阻碍压电元件300的运动的程度的空间。压电元件保持部32只需具有不会阻碍压电元件300的运动的程度的空间即可，该空间既可以被密封，也可以不被密封。作为这种保护基板30，优选使用与流道形成基板11的热膨胀率大致相同的材料，例如，玻璃、陶瓷材料等，在本方式中，使用与流道形成基板11为相同材料的单晶硅基板来形成保护基板30。此外，在保护基板30上，设置有在厚度方向上贯穿保护基板30的贯穿孔33，并且从各个压电元件300引出的引线电极90的端部附近被构成为，在贯穿孔33内露出。另一方面,在保护基板30上固定有驱动电路120,所述驱动电路120通过将在后文·中详细叙述的控制部(在图2 图4中未图示)而被控制，并对压电元件300进行驱动。作为该驱动电路120，例如，可以使用电路基板或半导体集成电路(IC)等。而且，驱动电路120与引线电极90通过由接合引线等的导电性引线构成的连接布线121而被电连接。此外，在这种保护基板30上，接合有由密封膜41和固定板42构成的可塑性基板40。在此，密封膜41由刚性较低且具有可挠性的材料构成，通过该密封膜41而使歧管部31的一个面被密封。此外，固定板42由较为硬质的材料形成。由于该固定板42的与歧管100对置的区域成为在厚度方向上被完全去除的开ロ部43，因此歧管100的一个面仅被具有可挠性的密封膜41密封。图5为提取并放大了图3中的压カ产生室和喷嘴部的模式图。在该图中，对与图3相同的部分标记相同的符号，并省略重复的说明。如图5所示，本方式的喷嘴部21成为，第一喷嘴部21A和第二喷嘴部21B通过阶梯部而连续的两级喷嘴构造。此处，第一喷嘴部21A的在与油墨的喷出方向正交的方向上的截面面积为第一面积，并且所述第一喷嘴部21A被形成于压カ产生室12侧。第二喷嘴部21B的所述截面面积为与第一面积相比较小的第二面积，并且所述第二喷嘴部21B的顶端部成为喷嘴开ロ 21C。此外，构成为，当将与油墨的流通方向正交的方向上的油墨供给通道14的截面面积设为Ss，将第一喷嘴部21A的截面面积设为Sn，将第一喷嘴部21A的流道阻カ设为Rn'，并将第二喷嘴部2IB的流道阻カ设为Rn时，(Sn/Ss)彡(1/3)，且(Rn' /RnX 0. 6的关系成立。另外，在本方式中，构成为，当将油墨供给通道14的惯量设为Ms，将喷嘴部21的惯量设为Mn时，Mn < Ms的关系成立。在所涉及的本方式的记录头10中，从与未图示的外部的油墨供给单元相连接的油墨导入口吸入油墨，并且从歧管100到喷嘴部21，由油墨充满内部。之后，根据来自驱动电路120的驱动信号，电压被施加于与压力产生室12对应的各个第一电极60和第二电极80之间，而使弾性膜50、紧贴层56、第一电极60和压电体层70挠曲变形，从而经由作为振动部而发挥功能的弾性膜50，使随着所述变形而产生的振动传递于各个压カ产生室12内的油墨。其结果为，各个压カ广生室12内的压カ升闻从而使油墨滴通过喷嘴部21的喷嘴开ロ 21C而被喷出。此时，由于在本方式中，在实现了油墨供给通道14的截面面积Ss与第一喷嘴部21A的截面面积Sn之比的关系的最佳化的同吋，实现了第一喷嘴部21A的流道阻力Rn'与第二喷嘴部21B的流道阻力Rn之比的关系的最佳化，因此即使在使用了高粘度的油墨的情况下也能够得到足够的油墨的喷出量以及喷出速度，而且还能够使喷出后的弯液面的恢复稳定且良好。另外，由于在本方式中，设定为，喷嘴部21的惯量Mn小于油墨供给通道14的惯量Ms，因此能够使经由喷嘴部21的油墨喷出量为足够大的量。图6 图10为表示记录头的油墨喷出特性计算值的曲线图。各个喷出特性表示喷嘴部21中的随时间变化的弯液面的动作。即，横轴表示时间S)，纵轴表示弯液面的 位置。原点0表不喷嘴面,纵轴+方向表不喷出方向，纵轴一方向表不压カ室方向。单位为 (m3)。此外，图6 图10所示的特性为，通过I (kHz)的驱动信号来使油墨滴喷出时的特性。各个图中，纵轴的最大值表示油墨滴的喷出量。但是，该喷出量是通过假设性地将正向最大值作为弯液面位置最大的值而换算为喷出重量所得出的值。弯液面位置越大所喷出的 重量越增多。各个图所示的特性为，将油墨供给通道14的截面面积Ss与第一喷嘴部21A的截面面积Sn之比(Sn/Ss)设定为预定的值，而使第一喷嘴部21A的流道阻力Rn'与第二喷嘴部2IB的流道阻力Rn之比(Rn' /Rn)发生变化的特性。即，在图6中，相对于将比(Sn/Ss)设定为满足(Sn/Ss)<(l/3)的预定的值，而将比(Rn' /Rn)设定为(Rn' /Rn) = 0. 783333。以下同样地，在图7中，相对于将比(Sn/Ss)设定为满足(Sn/Ss) <(1/3)的预定的值，而将比(RV /Rn)设为(RV /Rn) = 0. 58，在图8中，相对于将比(Sn/Ss)设定为满足(Sn/Ss)彡(1/3)的预定的值，而将比(RV /Rn)设定为(RV /Rn) = 0. 51，在图9中，相对于将比(Sn/Ss)设定为满足(Sn/Ss)彡(1/3)的预定的值，而将比(Rn' /Rn)设定为(Rn' /Rn) = 0. 45，在图10中，相对于将比(Sn/Ss)设定为满足(Sn/Ss)彡(1/3)的预定的值，而将比(Rn' /Rn)设定为(Rn' /Rn) = 0. 38。在图6的情况下，弯液面的恢复需要90 ( u s)左右，并且喷出量也为4 (pi)左右。即，再填充特性(弯液面的恢复特性)较差，同时喷出量也不足。因此，当比(Sn/Ss)< (1/3)，且比(Rn' /Rn) = 0. 78 > 0. 6时，再填充特性以及喷出特性双方均存在问题。在图7的情况下，弯液面的恢复需要85 ( U s)左右，并且喷出量也为略微超过4 (pi)的程度。即，再填充特性不足，同时喷出量也不足。因此，当比(Rn' /Rn) = 0. 58
<0.6，而比(Sn/Ss) <(1/3)时，未能得到充分的特性。在图8 图10的情况下，弯液面的恢复均在80 ( u s)以下，并且喷出量也稳定地超过4 (pl)0即，再填充特性和喷出量均良好。而且，可知比(Rn' /Rn)越小，再填充特性越提高。因此，可知如下内容，即，当比(Sn/Ss)彡(1/3)，且比(Rn' /Rn)彡0. 6时，可得到充分的特性。另外，即使比(Sn/Ss)彡(1/3)，在比(Rn' /Rn) > 0. 6时，虽然也会进行再填充，但得不到足够的喷出速度。对以上的结果进行总结，结果如下面的表I所示。表I
权利要求
1.一种液体喷射头，其特征在于， 具有压力产生室，其通过液体供给通道而被供给液体；压力产生单元，其使该压力产生室内产生压力变化；喷嘴部，其通过由该压力产生单元产生的压力而使所述液体喷出， 并且，所述喷嘴部具有第一喷嘴部，其在与所述液体的喷出方向正交的方向上的截面面积为第一面 积，并与所述压力产生室连通；第二喷嘴部，其所述截面面积为与第一面积相比较小的第二面积，且一侧与所述第一喷嘴部连通，另一侧成为喷嘴开口， 所述液体喷射头构成为，当将与所述液体的流通方向正交的方向上的所述液体供给通道的截面面积设为Ss，将所述第一喷嘴部与压力产生室连通的位置处的截面面积设为Sn，将所述第一喷嘴部的流道阻力设为Rn'，并将所述第二喷嘴部的流道阻力设为Rn时，(Sn/Ss)≥(1/3)，且(Rn' /Rn)≤O. 6的关系成立。
2.如权利要求I所述的液体喷射头，其特征在于， 构成为，当将所述液体供给通道的惯量设为Ms，并将所述喷嘴部的惯量设为Mn时，Mn< Ms的关系成立。
3.如权利要求I或权利要求2所述的液体喷射头，其特征在于， 所述液体的粘度在8. O UPa · s)以上。
4.一种液体喷射装置，其特征在于， 具备权利要求I至权利要求3中任一项所述的液体喷射头。
全文摘要
本发明提供一种液体喷射头以及具有该液体喷射头的液体喷射装置，其即使在使用了高粘度的液体的情况下也能够确保足够的喷出量，且能够使喷出后的弯液面动作良好从而有助于印刷的高速化。喷嘴部(21)具有第一喷嘴部(21A)，其截面面积为第一面积且被形成于压力产生室(12)侧；第二喷嘴部(21B)，其截面面积为与第一面积相比较小的第二面积，并通过阶梯部而与第一喷嘴部(21A)连续地形成，且顶端部成为喷嘴开口(21C)，所述液体喷射头被构成为，当将油墨供给通道(14)的截面面积设为Ss，将第一喷嘴部(21A)的截面面积设为Sn，将第一喷嘴部(21A)的流道阻力设为Rn′，并将第二喷嘴部(21B)的流道阻力设为Rn时，(Sn/Ss)≥(1/3)，且(Rn′/Rn)≤0.6的关系成立。
文档编号B41J2/045GK102950894SQ20121030699
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者小澤欣也 申请人:精工爱普生株式会社