BR102019015763A2

BR102019015763A2 - Cabeça de ejeção de líquido e módulo de ejeção de líquido

Info

Publication number: BR102019015763A2
Application number: BR102019015763-1A
Authority: BR
Inventors: Yoshiyuki Nakagawa; Akiko Hammura
Original assignee: Canon Kabushiki Kaisha
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2020-02-27
Also published as: PH12019000272A1; RU2736560C1; KR102526041B1; KR20200014234A; TW202019716A; JP2020023149A; JP7292940B2; TWI760631B

Abstract

cabeça de ejeção de líquido e módulo de ejeção de líquido uma cabeça de ejeção de líquido (1) inclui uma câmara de pressão (18) que permite que um primeiro líquido (31) e um segundo líquido (32) fluam no lado de dentro, um elemento de geração de pressão (12) que aplica pressão ao primeiro líquido (31) e uma porta de ejeção (11) que ejeta o segundo líquido (32). o primeiro líquido (31) e o segundo líquido (32) que flui em um lado mais próximo da porta de ejeção (11) do que o primeiro líquido fluem em contato entre si na câmara de pressão (18). com base nisso, o primeiro líquido (31) e o segundo líquido (32) que fluem na câmara de pressão (18) satisfazem 0,0 < 0,44(q2/q1)-0,322(?2/?1)-0,109 < 1,0, em que ?1 é uma viscosidade do primeiro líquido (31), ?2 é uma viscosidade do segundo líquido (32), q1 é uma taxa de fluxo do primeiro líquido (31) e q2 é uma taxa de fluxo do segundo líquido (32).

Description

“CABEÇA DE EJEÇÃO DE LÍQUIDO E MÓDULO DE EJEÇÃO DE LÍQUIDO” ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Campo da Invenção [0001] A presente revelação refere-se a uma cabeça de ejeção de líquido, a um módulo de ejeção de líquido e a um aparelho de ejeção de líquido.

Descrição da Técnica Relacionada [0002] A patente japonesa aberta à inspeção pública n° J.P. H06-305143 revela uma unidade de ejeção de líquido configurada para colocar um líquido que serve como um meio de ejeção e um líquido que serve como um meio de borbulhamento em contato entre si em uma interface, e para ejetar o meio de ejeção com um crescimento de uma bolha gerada no meio de borbulhamento que recebe energia térmica transferida. A patente japonesa aberta à inspeção pública n° J.P. H06-305143 descreve a formação de fluxos do meio de ejeção e o meio de borbulhamento aplicando-se uma pressão a um ou mais dentre os meios.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0003] Em um primeiro aspecto da presente revelação, é fornecida uma cabeça de ejeção de líquido que compreende: uma câmara de pressão configurada para permitir que um primeiro líquido e um segundo líquido fluam do lado de dentro; um elemento de geração de pressão configurado para aplicar pressão ao primeiro líquido; e uma porta de ejeção configurado para ejetar o segundo líquido, sendo que o primeiro líquido e o segundo líquido que flui em lado mais próximo da porta de ejeção do que o primeiro líquido fluem em contato entre si na câmara de pressão, e o primeiro líquido e o segundo líquido que fluem na câmara de pressão satisfazem

0,0 < 0,44(Q2/Q1)-0,322(q2/q1)-0,109 < 1,0, [0004] em que η1 é uma viscosidade do primeiro líquido, η2 é uma viscosidade do segundo líquido, Q1 é uma taxa de fluxo (taxa de fluxo de volume [um³/us]) do primeiro líquido e Q2 é uma taxa de fluxo (taxa de fluxo de volume [um³/us]) do segundo líquido. [0005] Em um segundo aspecto da presente revelação, é fornecido um módulo de ejeção de líquido para configurar cabeça de ejeção de líquido mencionada acima, sendo que a cabeça de ejeção de líquido é produzida dispondo-se múltiplos módulos

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2/29 de ejeção de líquido.

[0006] As características adicionais da presente invenção ficarão mais evidentes a partir da descrição a seguir das modalidades exemplificativas com referência aos desenhos anexos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0007] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma cabeça de ejeção;

[0008] A Figura 2 é um diagrama de blocos para explicar uma configuração de controle de um aparelho de ejeção de líquido;

[0009] A Figura 3 é uma vista em corte transversal em perspectiva de um quadro de elementos em um módulo de ejeção de líquido;

[0010] As Figuras 4A a 4D ilustram detalhes ampliados de uma passagem de fluxo de líquido e uma câmara de pressão formada em um quadro de elementos;

[0011] As Figuras 5A e 5B são gráficos que representam relações entre uma razão de viscosidade e uma razão de espessura de fase de água e relações entre uma altura da câmara de pressão e uma velocidade de fluxo;

[0012] A Figura 6 é um gráfico que mostra uma correlação entre soluções exatas e soluções aproximadas para formar fluxos paralelos;

[0013] As Figuras 7A a 7E são diagramas que ilustram esquematicamente estados de transição em uma operação de ejeção;

[0014] As Figuras 8A a 8E são mais diagramas que ilustram esquematicamente estados de transição em uma operação de ejeção;

[0015] As Figuras 9A a 9E são mais diagramas que ilustram esquematicamente estados de transição em uma operação de ejeção;

[0016] As Figuras 10A a 10G são diagramas que ilustram gotículas ejetadas em várias razões de espessura de fase de água;

[0017] As Figuras 11A a 11E são mais diagramas que ilustram gotículas ejetadas em várias razões de espessura de fase de água;

[0018] As Figuras 12A a 12C são mais diagramas que ilustram gotículas ejetadas em várias razões de espessura de fase de água;

[0019] A Figura 13 é um gráfico que representa uma relação entre uma altura de

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3/29 uma passagem de fluxo (a câmara de pressão) e a razão de espessura de fase de água; e [0020] As Figuras 14A e 14B são gráficos que representam relações entre uma taxa de teor de água e uma pressão de borbulhamento.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES [0021] No entanto, a patente japonesa aberta à inspeção pública n^o J.P. H06305143 não revela especificamente correlações de propriedades físicas do meio de ejeção e do meio de borbulhamento com taxas de fluxo para estabilizar a interface, desse modo, falhando em esclarecer um método para controlar fluxos do meio de ejeção e do meio de borbulhamento. Por esse motivo, uma interface não pode ser bem formada dependendo de uma combinação do meio de ejeção e do meio de borbulhamento assim como outros fatores, desse modo, gerando dificuldades na intensificação dos desempenhos de ejeção, tais como uma quantidade de ejeção e uma velocidade de ejeção, e na realização de uma operação de ejeção estável.

[0022] A presente revelação foi elaborada para solucionar o problema mencionado acima. Desse modo, é objeto da invenção fornecer uma cabeça de ejeção de líquido que tem capacidade para controlar apropriadamente uma interface entre um meio de ejeção e um meio de borbulhamento e para conduzir uma operação de ejeção de operação.

(Configuração de cabeça de ejeção de líquido) [0023] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma cabeça de ejeção de líquido 1 utilizável nessa modalidade. A cabeça de ejeção de líquido 1 dessa modalidade é formada arranjando-se múltiplos módulos de ejeção de líquido 100 em uma direção x. Cada módulo de ejeção de líquido 100 inclui um quadro de elementos 10 no qual os elementos de ejeção estão arranjados, e um quadro de fiação flexível 40 para alimentar os respectivos elementos de ejeção com energia e sinais de ejeção. Os quadros de fiação flexível 40 são conectados a um quadro de fiação elétrica 90 usada em comum que é dotado de arranjos de terminais de fonte de alimentação e terminais de entrada de sinal de ejeção. Cada módulo de ejeção de líquido 100 é facilmente fixável e desafixável da cabeça de ejeção de líquido 1. Consequentemente, qualquer

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4/29 módulo de ejeção de líquido desejado 100 pode ser fixado facilmente de fora ou desafixado da cabeça de ejeção de líquido 1 sem ter que desmontar a cabeça de ejeção de líquido 1.

[0024] Visto que a cabeça de ejeção de líquido 1 é formada pelo arranjo múltiplo dos módulos de ejeção de líquido 100 (por um arranjo de múltiplos módulos) em uma direção longitudinal, conforme descrito acima, até mesmo caso um determinado elemento dentre os elementos de ejeção provoque uma falha de ejeção, apenas o módulo de ejeção de líquido envolvido na falha de ejeção precisa ser substituído. Desse modo, é possível aprimorar um rendimento das cabeças de ejeção de líquido 1 durante um processo de fabricação da mesma e reduzir custos para substituir a cabeça.

(Configuração do aparelho de ejeção de líquido) [0025] A Figura 2 é um diagrama de blocos que mostra uma configuração de controle de um aparelho de ejeção de líquido 2 aplicável a essa modalidade. Uma CPU 500 controla todo o aparelho de ejeção de líquido 2 em conformidade com programas armazenados em uma ROM 501 ao mesmo tempo que usa uma RAM 502 como uma área de trabalho. A CPU 500 realiza o processamento de dados prescrito em conformidade com os programas e parâmetros na ROM 501 nos dados de ejeção a serem recebidos de um aparelho hospedeiro conectado externamente 600, por exemplo, desse modo, gerando os sinais de ejeção para possibilitar que a cabeça de ejeção de líquido 1 realize a ejeção. Em seguida, a cabeça de ejeção de líquido 1 é acionada em conformidade com os sinais de ejeção ao mesmo tempo que um meioalvo para depositar o líquido é movido em uma direção predeterminada acionando-se um motor de transporte 503. Desse modo, o líquido ejetado da cabeça de ejeção de líquido 1 é depositado no meio-alvo de deposição para adesão.

[0026] Uma unidade de circulação de líquido 504 é uma unidade configurada para circular o líquido e alimentar a cabeça de ejeção de líquido 1 com o mesmo e conduzir o controle de fluxo do líquido na cabeça de ejeção de líquido 1. A unidade e circulação de líquido 504 inclui um subtanque para armazenar um líquido, uma passagem de fluxo para circular o líquido entre o subtanque e a cabeça de ejeção de líquido 1,

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5/29 bombas, mecanismos de válvula e assim por diante. Desse modo, sob a instrução da CPU 500, essas bombas e mecanismos de válvula são controlados de modo que o líquido flua na cabeça de ejeção de líquido 1 em uma taxa de fluxo predeterminada. (Configuração do quadro de elementos) [0027] A Figura 3 é uma vista em corte transversal em perspectiva do quadro de elementos 10 fornecido em cada módulo de ejeção de líquido 100. O quadro de elementos 10 é formado empilhando-se uma placa de orifício 14 (um membro de formação de porta de ejeção) em um substrato de silício (Si) 15. Na placa de orifício 14, as portas de ejeção 11 para ejetar o líquido são arranjas em fileiras na direção x. Na Figura 3, as portas de ejeção 11 arranjadas na direção x ejetam o líquido do mesmo tipo (tal como, um líquido fornecido de um subtanque comum ou de uma porta de fornecimento comum). A Figura 3 ilustra um exemplo no qual a placa de orifício 14 também é dotada de passagens de fluxo de líquido 13. Em vez disso, o quadro de elementos 10 pode adotar uma configuração na qual as passagens de fluxo de líquido 13 são formadas com o uso de um componente diferente (um membro de formação de passagem de fluxo) e a placa de orifício 14 dotada das portas de ejeção 11 é colocada nas mesmas.

[0028] Os elementos de geração de pressão 12 (não mostrados na Figura 3) são dispostos, no substrato de silício 15, em posições correspondentes às portas de ejeção respectivas 11. Cada porta de ejeção 11 e o elemento de geração de pressão correspondente 12 são localizados em tais posições que são opostas entre si. Em um caso que uma tensão é aplicada em resposta a um sinal de ejeção, o elemento de geração de pressão 12 aplica uma pressão pelo menos ao primeiro líquido em uma direção z ortogonal a uma direção de fluxo (uma direção y) do líquido. Desse modo, pelo menos o segundo líquido é ejetado na forma de uma gotícula da porta de ejeção 11 oposta ao elemento de geração de pressão 12. O quadro de fiação flexível 40 alimenta com energia elétrica e sinais de acionamento aos elementos de geração de pressão 12 por meio dos terminais 17 dispostos no substrato de silício 15.

[0029] A placa de orifício 14 é dotada das múltiplas passagens de fluxo de líquido 13 que se estendem na direção y e são conectadas respectivamente às portas de

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6/29 ejeção 11. Enquanto isso, as passagens de fluxo de líquido 13 arranjadas na direção x são conectadas a uma primeira passagem de fluxo de alimentação comum 23, a uma primeira passagem de fluxo de coleta comum 24, a uma segunda passagem de fluxo de alimentação comum 28 e a uma segunda passagem de fluxo de coleta comum 29 em comum. Os fluxos de líquidos na primeira passagem de fluxo de alimentação comum 23, na primeira passagem de fluxo de coleta comum 24, na segunda passagem de fluxo de alimentação comum 28 e na segunda passagem de fluxo de coleta comum 29 são controlados pela unidade de circulação de líquido 504 descrita com referência à Figura 2. A título de maior precisão, a unidade de circulação de líquido 504 controla as bombas de modo que um primeiro líquido fluindo da primeira passagem de fluxo de alimentação comum 23 nas passagens de fluxo de líquido 13 seja direcionado à primeira passagem de fluxo de coleta comum 24 ao mesmo tempo que um segundo líquido que flui da segunda passagem de fluxo de alimentação comum 28 para as passagens de fluxo de líquido 13 é direcionado para a segunda passagem de fluxo de coleta comum 29.

[0030] A Figura 3 ilustra um exemplo no qual as portas de ejeção 11 e as passagens de fluxo de líquido 13 arranjadas na direção x e a primeira e segunda passagens de fluxo de alimentação comum 23 e 28 assim como a primeira e segunda passagens de fluxo de coleta comum 24 e 29 usadas em comum para alimentar com tinta essas portas e passagens, e coletar tinta das mesmas, são definidas como um conjunto, e dois conjuntos desses constituintes estão dispostos na direção y. (Configurações de passagem de fluxo e câmara de pressão) [0031] As Figuras 4A a 4D são diagramas para explicar configurações detalhadas de cada passagem de fluxo de líquido 13 e de cada câmara de pressão 18 formada no quadro de elementos 10. A Figura 4A é uma vista em perspectiva do lado da porta de ejeção 11 (de um lado de direção +z) e a Figura 4B é uma vista em corte transversal obtida ao longo da linha IVB-IVB mostrada na Figura 4A. Enquanto isso, a Figura 4C é um diagrama ampliado das cercanias de cada passagem de fluxo de fluido 13 no quadro de elementos mostrado na Figura 3. Ademais, a Figura 4D é um diagrama ampliado das cercanias da porta de ejeção na Figura 4B.

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7/29 [0032] O substrato de silício 15 correspondente uma porção inferior da passagem de fluxo de fluido 13 inclui uma segunda porta de influxo 21, uma primeira porta de influxo 20, uma primeira porta de efluxo 25 e uma segunda porta de efluxo 26, que são formadas na ordem de enumeração na direção y. Ademais, a câmara de pressão 18 que inclui a porta de ejeção 11 e o elemento de geração de pressão 12 está localizada substancialmente no centro entre a primeira porta de influxo 20 e a primeira porta de efluxo 25 na passagem de fluxo de líquido 13. A segunda porta de influxo 21 está conectada à segunda passagem de fluxo de alimentação comum 28, a primeira porta de influxo 20 está conectada à primeira passagem de fluxo de alimentação comum 23, a primeira porta de efluxo 25 está conectada à primeira passagem de fluxo de coleta comum 24 e a segunda porta de efluxo 26 está conectada à segunda passagem de fluxo de coleta comum 29, respectivamente (ver Figura 3).

[0033] Na configuração descrita acima, um primeiro líquido 31 alimentado da primeira passagem de fluxo de alimentação comum 23 para a passagem de fluxo de líquido 13 através da primeira porta de influxo 20 flui na direção y (a direção indicada com setas), em seguida, passa através da câmara de pressão 18 e é coletado na primeira passagem de fluxo de coleta comum 24 através da primeira porta de efluxo 25. Enquanto isso, um segundo líquido 32 alimentado da segunda passagem de fluxo de alimentação comum 28 para a passagem de fluxo de líquido 13 através da segunda porta de influxo 21 flui na direção y (a direção indicada com setas), em seguida, passa através da câmara de pressão 18 e é coletado na segunda passagem de fluxo de coleta comum 29 através da segunda porta de efluxo 26. Ou seja, na passagem de fluxo de fluido 13, tanto o primeiro líquido quanto o segundo líquido fluem na direção y em uma seção entre a primeira porta de influxo 20 e a primeira porta de efluxo 25.

[0034] Na câmara de pressão 18, o elemento de geração de pressão 12 entra em contato com o primeiro líquido 31 ao mesmo tempo que o segundo líquido 32 exposto à atmosfera forma um menisco nas proximidades da porta de ejeção 11. O primeiro líquido 31 e o segundo líquidos 32 fluem na câmara de pressão 18 de modo que o elemento de geração de pressão 12, o primeiro líquido 31, o segundo líquido 32 e a porta de ejeção 11 estejam na ordem de enumeração. De modo específico, supondo

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8/29 que o elemento de geração de pressão 12 está localizado em um lado inferior e a porta de ejeção 11 está localizada em um lado superior, o segundo líquido 32 flui acima do primeiro líquido 31. O primeiro líquido 31 e o segundo líquido 32 fluem em um estado laminar. Ademais, o primeiro líquido 31 é pressurizado pelo elemento de geração de pressão 12 localizado abaixo, e o segundo líquido 32 é ejetado de baixo para cima. Observa-se que essa direção cima-baixo correspondente a uma direção da altura da câmara de pressão 18 e da passagem de fluxo de líquido 13.

[0035] Nessa modalidade, uma taxa de fluxo do primeiro líquido 31 e uma taxa de fluxo do segundo líquido 32 são ajustadas em conformidade com propriedades físicas do primeiro líquido 31 e propriedades físicas do segundo líquido 32 de modo que o primeiro líquido 31 e o segundo líquido 32 fluam em contato entre si na câmara de pressão conforme mostrado na Figura 4D. Os modos dos dois líquidos mencionados acima incluem não apenas fluxos paralelos nos quais os dois líquidos fluem na mesma direção, conforme mostrado na Figura 4D, como também fluxos opostos nos quais o segundo líquido flui em uma direção oposta ao fluxo do primeiro líquido e tais fluxos de líquidos nos quais o fluxo do primeiro líquido cruza o fluxo do segundo líquido. A seguir, os fluxos paralelos dentre esses modos serão descritos como um exemplo.

[0036] No caso dos fluxos paralelos, é preferencial impedir que uma interface entre o primeiro líquido 31 e o segundo líquido 32 seja perturbada, ou em outras palavras, estabelecer um estado de fluxos laminares no interior da câmara de pressão 18 com os fluxos do primeiro líquido 31 e do segundo líquido 32. De modo específico, no caso de uma tentativa para controlar um desempenho de ejeção de modo a manter uma quantidade predeterminada de ejeção, é preferencial acionar o elemento de geração de pressão em um estado em que a interface é estável. No entanto, essa modalidade não se limita apenas a essa configuração. Até mesmo caso o fluxo no interior da câmara de pressão 18 passe para um estado de turbulência por meio do qual a interface entre os dois líquidos sejam de algo modo perturbada, o elemento de geração de pressão 12 ainda pode ser adicionado caso seja possível manter o estado em que pelo menos o primeiro líquido flui principalmente no lado do elemento de geração de pressão 12 e o segundo líquido flui principalmente no lado de porta de

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9/29 ejeção 11. A descrição a seguir está voltada principalmente para o exemplo em que o fluxo no interior da câmara de pressão está no estado de fluxos paralelos e no estado de fluxos laminares.

(Condições para formar fluxos paralelos concomitantemente com fluxos laminares) [0037] As condições para formar fluxos laminares de líquidos em um tubo serão descritas inicialmente. O número de Reynolds é conhecido de modo geral por representar uma razão entre força viscosa e a força interfacial como um índice de avaliação de fluxo.

[0038] Agora, uma densidade de um líquido é definida como ρ, uma velocidade de fluxo do mesmo é definida como u, um comprimento representativo do mesmo é definido como d, uma viscosidade é definida como η e uma tensão de superfície do mesmo é definida como γ. Nesse caso, o número de Reynolds pode ser expresso conforme a seguir (fórmula 1):

Re = ρud/η (fórmula 1).

[0039] No presente contexto, sabe-se que os fluxos laminares se tornam mais propensos a serem formados à medida que número de Reynolds Re diminui. A título de maior precisão, sabe-se que os fluxos no interior de um tubo circular são formados em fluxos laminares no caso em que o número de Reynolds Re é menor que aproximadamente 2.200, e os fluxos no interior do tubo circular se tornam fluxos turbulentos no caso que o número de Reynolds Re é menor que aproximadamente 2.200.

[0040] No caso que os fluxos são formados nos fluxos laminares, as linhas de fluxo se tornam paralelas a uma direção de percurso dos fluxos sem que um cruze com o outro. Desse modo, no caso que os dois líquidos em contato constituem os fluxos laminares, os líquidos podem formar fluxos paralelos ao mesmo tempo que a interface entre os dois líquidos é definida estavelmente.

[0041] No presente contexto, tendo em vista uma cabeça de impressão a jato de tinta geral, uma altura H [pm] da passagem de fluxo (a altura da câmara de pressão) nas proximidades da porta de ejeção na passagem de fluxo de líquido (a câmara de pressão) está em uma faixa de cerca de 10 a 100 pm. Nesse sentido, no caso que a

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10/29 passagem de fluxo de líquido da cabeça de impressão a jato de tinta é alimentada com água (densidade ρ = 1,0 *103 kg/m³, viscosidade η = 0,001 Pa s (1,0 cP)) a uma velocidade de fluxo de 100 mm/s, o número de Reynolds Re é Re =pud/n « 0,1 ~ 1,0 << 2.200. Consequentemente, os fluxos laminares podem ser considerados como formados na mesma.

[0042] No presente contexto, até mesmo caso a passagem de fluxo de fluido 13 e a câmara de pressão 18 dessa modalidade tenham cortes transversais retangulares, conforme mostrado nas Figuras 4A a 4D, as alturas e larguras da passagem de fluxo de fluido 13 e a câmara de pressão 18 na cabeça de ejeção de líquido são suficientemente pequenas. Por esse motivo, a passagem de fluxo de líquido 13 e a câmara de pressão 18 podem ser tratadas como no caso do tubo circular, ou mais especificamente, as alturas da passagem de fluxo de líquido e a câmara de pressão 18 podem ser tratadas como o diâmetro do tubo circular.

(Condições teóricos para formar fluxos paralelos no estado de fluxos laminares) [0043] A seguir, as condições para formar os fluxos paralelos com a interface estável entre os dois tipos de líquidos na passagem de fluxo de líquido 13 e na câmara de pressão 18 serão descritas com referência à Figura 4D. Primeiramente, uma distância do substrato de silício 15 até uma porta de ejeção superfície da placa de orifício 14 é definida como H [pm] e uma distância da superfície da porta de ejeção a uma interface líquido-líquido entre o primeiro líquido 31 e o segundo líquido 32 (uma espessura de fase do segundo líquido) é definida como h2 [pm]. Enquanto isso, uma distância da interface líquido-líquido até o substrato de silício 15 (uma espessura de fase do primeiro líquido) é definida como h1 [pm]. Essas definições resultam em H = h1 + h2.

[0044] Quando a condições de limite na passagem de fluxo de líquido 13 e na câmara de pressão 18, supõe-se que as velocidades dos líquidos nas superfícies de parede da passagem de fluxo de líquido 13 e da câmara de pressão 18 são iguais a zero. Ademais, supõe-se que as velocidades e tensões cortantes do primeiro líquido 31 e o segundo líquido 32 na interface líquido-líquido têm continuidade. Com base na suposição, caso o primeiro líquido 31 e o segundo líquido 32 formem fluxos

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11/29 equilibrados com duas camadas e paralelos, então, uma equação de quarta ordem, conforme definido na seguinte (fórmula 2) é confirmado na seção dos fluxos paralelos: ⁽71 - 72⁾⁽71Q1 + 72Q2W + 27iW{^2⁽3Qi + Q2) - 2q1Q1}hl + 3q1H²{2q1Q₁ V2(3Q1 + Q2)]h2 + 4R1Q1H³(q2 - R1)h1 + 72Q1W⁴ = 0 (fórmula 2) [0045] Na (fórmula 2), qi [cP] representa a viscosidade do primeiro líquido, η2 [cP]representa a viscosidade do segundo líquido, Qi [mm³/s] representa a taxa de fluxo do primeiro líquido e Q2 [mm³/s] representa a taxa de fluxo do segundo líquido. Em outras palavras, o primeiro líquido e o segundo líquido fluem de modo a estabelecer uma relação de posição em conformidade com as taxas de fluxo e as viscosidades dos respectivos líquidos dentro de tais faixas para satisfazer a equação de quarta ordem mencionada acima (fórmula 2), desse modo, formando os fluxos paralelos com a interface estável. Nessa modalidade, é preferencial formar os fluxos paralelos do primeiro líquido e do segundo líquido na passagem de fluxo de líquido 13 ou pelo menos na câmara de pressão 18. No caso que os fluxos paralelos são formados, conforme mencionado acima, o primeiro líquido e o segundo líquido estão envolvidos apenas na mistura devido à difusão molecular na interface líquido-líquido entre os mesmos, e os líquidos fluem paralelamente na direção y sem causar praticamente nenhuma mistura. Observa-se que os fluxos dos líquidos nem sempre tem que estabelecer o estado de fluxos laminares em uma determinada região na câmara de pressão 18. Nesse contexto, pelo menos os fluxos dos líquidos em uma região acima do elemento de geração de pressão estabelecem, de preferência, o estado de fluxos laminares.

[0046] Até mesmo no caso de usar solventes imiscíveis, tais como óleo e água como o primeiro líquido e o segundo líquido, por exemplo, os fluxos paralelos estáveis são formados independentemente da imiscibilidade desde que a (fórmula 2) seja atendida. Enquanto isso, até mesmo no caso de óleo e água, caso a interface seja prejudicada devido a um estado de uma leve turbulência do fluxo na câmara de pressão, é preferencial que pelo menos o primeiro líquido flua principalmente no lado do elemento de geração de pressão e o segundo líquido flua principalmente no lado da porta de ejeção.

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12/29 [0047] A Figura 5A é um gráfico que representa uma relação entre uma razão de viscosidade ιψ = η2/η1 e uma razão de espessura de fase hr = h1/(h1 + h2) do primeiro líquido ao mesmo tempo que muda uma razão de taxa de fluxo Qr = Q2/Q1 a diversos níveis com base na (fórmula 2). Embora o primeiro líquido não seja limitado à água, a razão de espessura de fase do primeiro líquido será doravante denominada de razão de espessura de fase de água. O eixo geométrico horizontal indica a razão de viscosidade |r = η2/ηι e o eixo geométrico vertical indica a razão de espessura de fase de água hr = hi/(hi + h2). A razão de espessura de fase de água hr diminui à medida que a razão de taxa de fluxo Qr aumenta. Enquanto isso, em cada nível da razão de taxa de fluxo Qr, a razão de espessura de fase de água hr diminui à medida que a razão de viscosidade ηr aumenta. Em outras palavras, a razão de espessura de fase de água hr (a posição da interface entre o primeiro líquido e o segundo líquido) na passagem de fluxo de fluido 13 (a câmara de pressão) pode ser ajustada para um valor prescrito controlando-se a razão de viscosidade ηr e a razão de taxa de fluxo Qr entre o primeiro líquido e o segundo líquido. Além disso, no caso que a razão de viscosidade ηr é comparada à razão de taxa de fluxo Qr, a Figura 5A ensina que a razão de taxa de fluxo Qr tem um impacto na razão de espessura de fase de água hr maior que a razão de viscosidade ηι·.

[0048] No presente contexto, em relação à razão de espessura de fase de água hr = h1/(h1 + h2), os fluxos paralelos do primeiro líquido e do segundo líquido são formados na passagem de fluxo de líquido (a câmara de pressão) no caso em que 0 < hr < 1 (condição 1) é satisfeito. No entanto, conforme descrito posteriormente, essa modalidade é configurada para permitir que o primeiro líquido funcione principalmente como o meio de borbulhamento e para permitir que o segundo líquido funcione principalmente como o meio de ejeção e para estabilizar o primeiro líquido e o segundo líquido contido nas gotículas ejetadas em uma proporção desejada. Dadas as circunstâncias, a razão de espessura de fase de água hr é, de preferência, igual ou inferior a 0,8 (condição 2) ou, com mais preferência, igual ou inferior a 0,5 (condição 3).

[0049] Observa-se que a condição A, condição B e a condição C mostrados na

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Figura 5A representam as seguintes condições, respectivamente:

Condição A) a razão de espessura de fase de água hr = 0,50 no caso em que a razão de viscosidade |r = 1 e a razão de taxa de fluxo Qr = 1;

Condição B) a razão de espessura de fase de água hr = 0,39 no caso em que a razão de viscosidade |r = 10 e a razão de taxa de fluxo Qr = 1; e

Condição C) a razão de espessura de fase de água hr = 0,12 no caso em que a razão de viscosidade |r = 10 e a razão de taxa de fluxo Qr = 10.

[0050] A Figura 5B é um gráfico que mostra a distribuição de velocidade de fluxo na altura direção (a direção z) da passagem de fluxo de fluido 13 (a câmara de pressão) em relação às condições mencionadas acima A, B e C, respectivamente. O eixo geométrico horizontal indica um valor normalizado Ux que é normalizado definindo-se o valor máximo de velocidade de fluxo na condição A como 1 (um critério). O eixo geométrico vertical indica a altura de uma superfície inferior no caso que a altura H da passagem de fluxo de líquido 13 (a câmara de pressão) é definida como 1 (um critério). Em cada uma das curvas que indicam as respectivas condições, a posição da interface entre o primeiro líquido e o segundo líquido é indicada com um marcador. A Figura 5B mostra que a posição das interface varia dependendo das condições, tais como a posição da interface na condição A que está localizada mais alta que as posições da interface na condição B e na condição C. As variações são devido ao fato de que, no caso que os dois tipos de líquidos que têm diferentes viscosidades entre si fluem paralelamente no tubo ao mesmo tempo que os fluxos laminares são formados, respectivamente (e também os fluxos laminares como um todo são formados), a interface entre esses dois líquidos é formada em uma posição em que uma diferença em pressão atribuída à diferença em viscosidade entre o líquido equilibra a pressão de Laplace atribuída à tensão interfacial.

(Condições experimentais para formar fluxos paralelos no estado de fluxos laminares) [0051] Os inventores da presente revelação conduziram reais medições da razão de espessura de fase de água hr em relação a diversos casos ao mesmo tempo que muda diversamente a razão de taxa de fluxo Qr (= Q2/Q1) e a razão de viscosidade |r (= |2/η1) dentro de faixas práticas da razão de taxa de fluxo Qr e a razão de viscosidade

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14/29 qr com base nos tipos e nas taxas de fluxo das tintas utilizáveis no aparelho de impressão a jato de tinta. Em seguida, com base nos diversos casos, a fórmula de aproximação a seguir (fórmula 3) para obter a razão de espessura de fase de água hr da razão de taxa de fluxo Qr e da razão de viscosidade Qr foi obtida:

hr = Q,44(Q2/Qi)°,³²²(n2/ni)°,¹⁰⁹ (fórmula 3).

[0052] No presente contexto, a eficácia da (fórmula 3) foi verificada nas faixas de

0,1 < Qr < 100 e 1 < qr < 20. Conforme descrito acima, visto que a razão de taxa de fluxo e a razão de viscosidade são obtidas dentro das faixas práticas no aparelho de impressão a jato de tinta, a (fórmula 3) é derivada na premissa de que os fluxos dos dois líquidos na câmara de pressão são os fluxos paralelos no estado de fluxos laminares. No entanto, a (fórmula 3) também é confirmada no caso que os fluxos na câmara de pressão estão em um estado de alguma turbulência e no caso em que os dois líquidos fluem de modo a cruzar entre si.

(Correlação entre condições teóricos e condições experimentais) [0053] A Figura 6 é um diagrama que mostra uma correlação entre soluções exatas com base na (fórmula 2) e nas soluções aproximadas com base na (fórmula 3). O eixo geométrico horizontal indica a exata solução da razão de espessura de fase de água hr e o eixo geométrico vertical indica a solução aproximada da razão de espessura de fase de água hr. No presente contexto, os valores das soluções aproximadas em relação às soluções exatas são plotadas em relação a múltiplos casos nos quais a razão de taxa de fluxo Qr e a razão de viscosidade qr mudam diversamente dentro das faixas mencionadas acima. Como consequência de buscar uma coeficiente de correlação y com base em múltiplos valores plotados, obtém-se um valor de correlação y = 0,987 que é muito próximo de 1.

[0054] Em outras palavras, até mesmo caso a equação de quarta ordem mostrada como a (fórmula 2) não seja usada, é possível ajustar a razão de espessura de fase de água hr dentro de uma faixa preferencial desde que a razão de taxa de fluxo Qr e a razão de viscosidade qr possam ser controladas com base na (fórmula 3). Ademais, conforme foi descrito com referência à Figura 5A, no caso em que a razão de viscosidade qr se compara à razão de taxa de fluxo Qr, fica evidente que a razão de

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15/29 taxa de fluxo Qr tem maior impacto na razão de espessura de fase de água hr do que a razão de viscosidade qr. Além disso, embora a razão de viscosidade qr seja fixa dependendo do tipo do líquido, a razão de taxa de fluxo Qr é ajustável controlando-se uma bomba ou semelhantes para circular o líquido. Em conclusão, os inventores do presente relatório descritivo constataram que, a fim de formar fluxos estáveis de dois diferentes líquidos na passagem de fluxo de líquido 13 (a câmara de pressão) com o uso dos dois líquidos, é eficaz ajustar a razão de espessura de fase de água hr controlando-se a razão de taxa de fluxo Qr entre os dois líquidos com base na (fórmula 3).

[0055] No presente contexto, o primeiro líquido e o segundo líquido podem formar a interface líquido-líquido em qualquer local na passagem de fluxo de líquido e na câmara de pressão desde que as condições mencionadas acima para formar os fluxos paralelos sejam satisfeitas. De modo específico, conforme foi descrito acima, no caso em que o elemento de geração de pressão 12 está localizado abaixo e a porta de ejeção 11 está localizada acima, o primeiro líquido pode fluir em um lado inferior (o elemento de geração de pressão) e o segundo líquido pode fluir em um lado superior (a porta de ejeção) (ver Figura 4D). Alternativamente, o primeiro líquido e o segundo líquido podem fluir na mesma altura na direção cima-baixo, e a interface líquido-líquido pode ser formada ao longo da altura direção. Em outras palavras, o primeiro líquido e o segundo líquido podem fluir lado a lado na direção x. Nesse caso, o valor hr na (fórmula 3) representa a espessura na direção x do primeiro líquido.

[0056] Agora, as três condições descritas acima 1 a 3 da razão de espessura de fase de água hr para permitir que o primeiro líquido funcione principalmente como o meio de borbulhamento e para permitir que o segundo líquido funcione principalmente como o meio de ejeção serão discutidas novamente. Nesse caso, quando a (fórmula 3) mencionada acima também é considerada, a (fórmula 4) precisa ser satisfeita a fim de atender à condição 1, a (fórmula 5) precisa ser satisfeita a fim de atender à condição 2 e a (fórmula 6) precisa ser satisfeita a fim de atender à condição 3:

< 0,44(Q2/Q1)^-0,³²²(q2/q1)^-0,¹⁰⁹ < 1,0 (fórmula 4);

< 0,44(Q2/Q1)^-0,³²²(q2/q1)^-0,¹⁰⁹ < 0,8 (fórmula 5); e

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16/29 < 0,44(θ2/Οι)-°’³²²(η2/ηι)-°’¹⁰⁹ < 0,5 (fórmula 6).

(Estados transicionais em operação de ejeção) [0057] Em seguida, será fornecida uma descrição de estados de transição em uma operação de ejeção na passagem de fluxo de fluido 13 e na câmara de pressão 18 na qual os fluxos paralelos são formados. As Figuras 7A a 7E são diagramas que ilustram esquematicamente estados de transição em uma operação de ejeção na passagem de fluxo de líquido 13 que tem a altura da passagem de fluxo (a câmara de pressão) H [pm] = 20 pm. Enquanto isso, as Figuras 8A a 8E são diagramas que ilustram esquematicamente estados de transição em uma operação de ejeção na passagem de fluxo de líquido 13 (a câmara de pressão) que tem a altura da passagem de fluxo (a câmara de pressão) H [pm] = 33 pm. Ademais, as Figuras 9A a 9E são diagramas que ilustram esquematicamente estados de transição em uma operação de ejeção na passagem de fluxo de líquido 13 (a câmara de pressão) que tem a altura da passagem de fluxo (a câmara de pressão) H [pm] = 10 pm. Verifica-se que cada uma dentre as gotículas ejetadas nesses desenhos é ilustrada com base em um resultado obtido conduzindo-se uma simulação ao passo que define a viscosidade do primeiro líquido como 0,001 Pa s (1 cP), a viscosidade do segundo líquido com 0,008 Pa s (8 cP) e a velocidade de ejeção da gotícula como 11 m/s.

[0058] Cada uma das Figuras 7A, 8A e 9A mostra um estado antes de uma tensão ser aplicada ao elemento de geração de pressão 12. O primeiro líquido 31 e o segundo líquido 32 formam os fluxos paralelos que fluem paralelamente na direção y.

[0059] As Figuras 7B, 8B e 9B mostram um estado em que a aplicação da tensão ao elemento de geração de pressão 12 acabou de ser iniciada. O elemento de geração de pressão 12 dessa modalidade é um conversor eletrotérmico (um aquecedor). A título de maior precisão, o elemento de geração de pressão 12 gera rapidamente o calor quando recebe um pulso de tensão em resposta ao sinal de ejeção e causa ebulição de filme no primeiro líquido no contato. A Figura 7B mostra o estado em que uma bolha 16 é gerada pela ebulição de filme. Junto da geração da bolha 16, a interface entre o primeiro líquido 31 e o segundo líquido 32 se move na direção z por meio da qual o segundo líquido 32 é empurrado para fora da porta de ejeção 11 na

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17/29 direção z (a altura direção da câmara de pressão).

[0060] Cada uma das Figuras 7C, 8C e 9C mostra um estado em que a aplicação de tensão ao elemento de geração de pressão 12 é continuada. Um volume da bolha 16 é aumentado pela ebulição de filme e o segundo líquido 32 está no estado de ser empurrado adicionalmente para fora da porta de ejeção 11 na direção z.

[0061] Após isso, à medida que aplicação de tensão ao elemento de geração de pressão 12 é continuada adicionalmente, a bolha 16 se comunica com a atmosfera no processo de crescimento na passagem de fluxo de líquido 13 (a câmara de pressão) mostrado nas Figuras 7D e 9D. Isso se deve ao fato de que a passagem de fluxo de líquido 13 mostrada em cada uma das Figuras 7D e 9D não tem uma altura muito grande H da passagem de fluxo (a câmara de pressão). Por outro lado, na passagem de fluxo de líquido 13 (a câmara de pressão) mostrada na Figura 8D que tem uma altura H relativamente grande, as bolhas desinflam sem se comunicar com a atmosfera.

[0062] As Figuras 7E 8E e 9E mostram um estado em que uma gotícula (gotícula ejetada) 30 é ejetada. O líquido que se projetou para fora da porta de ejeção 11 no tempo da comunicação da bolha 16 com a atmosfera, conforme mostrado nas Figuras 7D e 9D ou no tempo de desinflação da bolha 16, conforme mostrado na Figura 8D, rompe e sai da passagem de fluxo de líquido 13 (a câmara de pressão) devido à força inerte do mesmo e percorre na direção z na forma da gotícula 30. Enquanto isso, na passagem de fluxo de líquido 13 (a câmara de pressão), o líquido na quantidade consumida pela ejeção é fornecido dos dois lados da porta de ejeção 11 pela força capilar da passagem de fluxo de líquido 13 (a câmara de pressão) por meio da qual o menisco é formado novamente na porta de ejeção 11.

[0063] Observa-se que a operação de ejeção descrita acima pode ocorrer em um estado que os líquidos fluem e em um estado em que os líquidos são interrompidos temporariamente, devido ao fato de que é possível conduzir a operação de ejeção em um estado estável independentemente da possibilidade de os fluxos estarem ou não ativos desde que a interface entre o primeiro líquido 31 e o segundo líquido 32 seja mantida em uma posição estável.

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18/29 [0064] No caso que a operação de ejeção é conduzida no estado em que os líquidos estão fluindo, por exemplo, os fluxos dos líquidos podem afetar adversamente os desempenhos de ejeção. No entanto, na cabeça de impressão a jato de tinta general, uma velocidade de ejeção de cada gotícula está na ordem de diversos metros por segundo a aproximadamente dez metros por segundo, que é muito maior que a velocidade de fluxo na passagem de fluxo de líquido (a câmara de pressão) que está na ordem de diversos milímetros por segundo a diversos metros por segundo. Consequentemente, até mesmo caso a operação de ejeção seja conduzida no estado em que o primeiro líquido e o segundo líquido fluem na faixa de diversos milímetros por segundo a diversos metros por segundo, há pouco risco de efeitos adversos nos desempenhos de ejeção.

[0065] Por outro lado, no caso em que a operação de ejeção é conduzida no estado em que os líquidos são temporariamente interrompidos, a posição da interface entre o primeiro líquido e o segundo líquido pode flutuar com a operação de ejeção. Por esse motivo, é desejável conduzir a ejeção ao mesmo tempo que o primeiro líquido e o segundo líquido se mantêm em fluxo. Observa-se que a interface entre o primeiro líquido e o segundo líquido não se misturam devido a um efeito de difusão imediatamente após a interrupção devido a um efeito de difusão imediatamente após a interrupção dos fluxos dos líquidos. Até mesmo caso os fluxos sejam interrompidos, a interface entre o primeiro líquido e o segundo líquido é mantida no caso que o período de interrupção é um período curto adequado para conduzir a operação de ejeção, de modo que a operação de ejeção possa ocorrer nesse estado. Em seguida, caso os fluxos dos líquidos continuem nas taxas de fluxo que satisfazem a (fórmula 3) após a conclusão da operação de ejeção, os fluxos paralelos na passagem de fluxo de líquido 13 (a câmara de pressão) serão retidos no estado estável.

[0066] No entanto, supõe-se que essa modalidade conduz a operação de ejeção no estado anterior, ou seja, no estado em que os líquidos fluem, de modo a suprimir o efeito da difusão o mínimo possível e eliminar a necessidade de controle de ligar desligar.

(Razões de líquidos contidos na gotícula ejetada)

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19/29 [0067] As Figuras 10A a 10G são diagramas para comparar a gotícula ejetada no caso que a razão de espessura de fase de água hr muda gradualmente na passagem de fluxo de líquido 13 (a câmara de pressão) que tem a altura de passagem de fluxo (câmara de pressão) de H [pm] = 20 pm. Nas Figuras 10A a 10F, a razão de espessura de fase de água hr é incrementada por 0,10 ao passo que a razão de espessura de fase de água hr é incrementada por 0,50 do estado na Figura 10F ao estado na Figura 10G.

[0068] A razão de espessura de fase de água h1 do primeiro líquido 31 é inferior uma vez que a razão de espessura de fase de água hr (= ht/(h1 + h2)) mostrada na Figura 4D está mais próxima de 0, e a razão de espessura de fase de água h1 do primeiro líquido 31 é superior uma vez que a razão de espessura de fase de água hr está mais próxima de 1. Desse modo, embora o segundo líquido 32 localizado na porta de ejeção 11 esteja contido principalmente na gotícula ejetada 30, a razão do primeiro líquido 31 contida na gotícula ejetada 30 também aumenta à medida que a razão de espessura de fase de água hr se aproxima de 1.

[0069] No caso das Figuras 10A a 10G em que a altura de passagem de fluxo (câmera de pressão) é ajustada para H [pm] = 20 pm, apenas o segundo líquido 32 está contido na gotícula ejetada 30 caso a razão de espessura de fase de água hr = 0,00, 0,10 ou 0,20 e não haja primeiro líquido 31 contido na gotícula ejetada 30. No entanto, no caso que a razão de espessura de fase de água hr = 0,30 ou maior, o primeiro líquido 31 também está contido na gotícula ejetada 30 além do segundo líquido 32. No caso que a razão de espessura de fase de água hr = 1,00 (ou seja, o estado em que o segundo líquido está ausente), apenas o primeiro líquido 31 está contido na gotícula ejetada 30. Conforme descrito acima, a razão entre o primeiro líquido 31 e o segundo líquido 32 contido na gotícula ejetada 30 varia dependendo da razão de espessura de fase de água hr na passagem de fluxo de líquido 13 (a câmara de pressão).

[0070] Por outro lado, as Figuras 11A a 11E são diagramas para comparar a gotícula ejetada 30 no caso que a razão de espessura de fase de água hr muda gradualmente na passagem de fluxo de líquido 13 que tem a altura de passagem de

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20/29 fluxo (câmara de pressão) de H [pm] = 33 pm. Nesse caso, apenas o segundo líquido 32 está contido na gotícula ejetada 30 caso a razão de espessura de fase de água hr = 0,36 ou abaixo. Enquanto isso, o primeiro líquido 31 também está contido na gotícula ejetada 30 além do segundo líquido 32 no caso que a razão de espessura de fase de água hr = 0,48 ou acima.

[0071] Enquanto isso, as Figuras 12A a 12C são diagramas para comparar a gotícula ejetada 30 no caso que a razão de espessura de fase de água hr muda gradualmente na passagem de fluxo de líquido 13 que tem a altura de passagem de fluxo (câmara de pressão) de H [pm] = 10 pm. Nesse caso, o primeiro líquido 31 está contido na gotícula ejetada 30 até mesmo no caso que a razão de espessura de fase de água hr = 0,10.

[0072] A Figura 13 é um gráfico que representa uma relação entre a altura de passagem de fluxo (câmara de pressão) H e a razão de espessura de fase de água hr no caso de fixar uma razão R do primeiro líquido 31 contido na gotícula ejetada 30, ao mesmo tempo que a razão R é definida como 0%, 20% e 40%. Em qualquer uma das razões R, a razão de espessura de fase de água necessária hr tolerável se torna mais alta uma vez que a altura de passagem de fluxo (câmara de pressão) H é maior. Verifica-se que a razão R do primeiro líquido 31 contido é uma razão entre o líquido que fluiu na passagem de fluxo de fluido 13 (a câmara de pressão) e a gotícula ejetada como o primeiro líquido 31. Nesse sentido, até mesmo caso cada um dentre o primeiro líquido e o segundo líquido contenha o mesmo componente, tal como água, a porção da água contida no segundo líquido não está incluída na razão mencionada acima como de costume.

[0073] No caso que a gotícula ejetada 30 contém apenas o segundo líquido 32 ao mesmo tempo que o primeiro líquido (R = 0%) é eliminado, a relação entre a altura de passagem de fluxo (câmara de pressão) H [pm] e a razão de espessura de fase de água hr desenha um local conforme indicado com uma linha contínua na Figura 11. De acordo com a investigação conduzida pelo inventores da presente revelação, a razão de espessura de fase de água hr pode ser aproximada por uma função linear da altura de passagem de fluxo (câmara de pressão) H [pm] mostrada na seguinte

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21/29 (fórmula 7):

hr = -0,1390 + 0,0155H (fórmula 7).

[0074] Ademais, no caso que se permite que a gotícula ejetada 30 contenha 20% do primeiro líquido (R = 20%), a razão de espessura de fase de água hr pode ser aproximada por uma função linear da altura de passagem de fluxo (câmara de pressão) H [pm] mostrada na seguinte (fórmula 8):

hr = +0,0982 + 0,0128H (fórmula 8).

[0075] Além disso, no caso que se permite que a gotícula ejetada 30 contenha 40% do primeiro líquido (R = 40%), a razão de espessura de fase de água hr pode ser aproximada por uma função linear da altura de passagem de fluxo (câmara de pressão) H [pm] mostrada na seguinte (fórmula 9) de acordo com a investigação pelos inventores:

hr = +0,3180 + 0,0087H (fórmula 9).

[0076] Por exemplo, a fim de fazer com que a gotícula ejetada 30 não contenha o primeiro líquido, a razão de espessura de fase de água hr precisa ser ajustada para 0,20 ou menos no caso que a altura de passagem de fluxo (câmara de pressão) H [pm] é igual a 20 pm. Enquanto isso, a razão de espessura de fase de água hr precisa ser ajustada para 0,36 ou menor no caso que a altura de passagem de fluxo (câmara de pressão) H [pm] é igual a 33 pm. Além disso, a razão de espessura de fase de água hr precisa ser ajustada até aproximadamente zero (0,00) no caso que a altura de passagem de fluxo (câmara de pressão) H [pm] é igual a 10 pm.

[0077] No entanto, caso a razão de espessura de fase de água hr seja definida muito baixa, é necessário aumentar a viscosidade η2 e a taxa de fluxo Q2 do segundo líquido em relação às do primeiro líquido. Tais aumentos trazem preocupações quanto aos efeitos adversos associados ao aumento na perda de pressão. Por exemplo, com referência à Figura 5A novamente, para que a razão de espessura de fase de água seja hr = 0,20, a razão de taxa de fluxo Qr é igual a 5 no caso que a razão de viscosidade nr é igual 10. Enquanto isso, a razão de taxa de fluxo Qr é igual a 15 caso a razão de espessura de fase de água seja definida como hr = 0,10 a fim de ter certeza de que o primeiro líquido não será ejetado durante o uso da mesma tinta (ou seja, no

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22/29 caso da mesma razão de viscosidade qr). Em outras palavras, a fim de ajustar a razão de espessura de fase de água hr para 0,10, é necessário aumentar a razão de taxa de fluxo Qr três vezes a mais que o caso de ajustar a razão de espessura de fase de água hr para 0,20, e tal aumento pode trazer preocupações quanto a um aumento na perda de pressão e efeitos adversos associados à mesma.

[0078] Consequentemente, em uma tentativa de ejetar o máximo possível apenas do segundo líquido 32 durante a redução da perda de pressão, é preferencial ajustar o valor da razão de espessura de fase de água hr para o maior possível satisfazendo as condições mencionadas acima. A fim de descrever isso detalhadamente com referência à Figura 13 novamente, no caso que a altura de passagem de fluxo (câmara de pressão) H = 20 pm, é preferencial ajustar o valor da razão de espessura de fase de água hr para menos que 0,20 e o mais próximo possível de 0,20. Enquanto isso, no caso que a altura de passagem de fluxo (câmara de pressão) H [pm] = 33 pm, é preferencial ajustar o valor da razão de espessura de fase de água hr para menos que 0,36 e para o mais próximo possível de 0,36.

[0079] Observa-se que a (fórmula 7), (fórmula 8) e (fórmula 9) mencionadas acima definem os valores numéricos aplicáveis à cabeça de ejeção de líquido geral, a saber, a cabeça de ejeção de líquido com a velocidade de ejeção das gotículas ejetadas em uma faixa de 10 m/s a 18 m/s. Além disso, esses valores numéricos se baseiam na suposição de que o elemento de geração de pressão e a porta de ejeção estão localizados nas posições opostas entre si e que o primeiro líquido e o segundo líquido fluem de modo que o elemento de geração de pressão, o primeiro líquido, o segundo líquido e a porta de ejeção estejam dispostos na ordem de enumeração na câmara de pressão.

[0080] Conforme descrito acima, de acordo com essa modalidade, é possível conduzir estavelmente a operação de ejeção da gotícula que contém o primeiro líquido e o segundo líquido na razão predeterminada definindo-se a razão de espessura de fase de água hr na passagem de fluxo de líquido (câmara de pressão) como o valor predeterminado e, desse modo, estabilizando a interface.

(Exemplos específicos do primeiro líquido e segundo líquido)

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23/29 [0081] Na configuração da modalidade descrita acima, as funções exigidas pelos respectivos líquidos são esclarecidas como o primeiro líquido que serve como um meio de borbulhamento para causar a ebulição de filme e o segundo líquido que serve como um meio de ejeção a ser ejetado na atmosfera. De acordo com a configuração dessa modalidade, é possível aumentar a liberdade dos componentes a serem contidos no primeiro líquido e no segundo líquido mais do que aqueles na técnica relacionada. Agora, o meio de borbulhamento (o primeiro líquido) e o meio de ejeção (o segundo líquido) nessa configuração será descrito detalhadamente com base em exemplos específicos.

[0082] É necessário que o meio de borbulhamento (o primeiro líquido) dessa modalidade cause a ebulição de filme no meio de borbulhamento no caso que o conversor eletrotérmico gera o calor e aumente rapidamente o tamanho da bolha gerada, ou em outras palavras, ter uma alta pressão crucial que possa converter com eficácia energia térmica em energia de borbulhamento. A água é particularmente adequada para tal meio. A água tem o alto ponto de ebulição (100 °C) assim como a alta tensão de superfície (0,05885 N/m (58.85 dinas/cm) a 100 °C) apesar de seu pequeno peso molecular igual a 18, e portanto, tem uma alta pressão crítica de cerca de 22 MPa. Em outras palavras, a água ocasiona uma pressão de ebulição extremamente alta no momento da ebulição de filme. De modo geral, uma tinta preparada fazendo-se com que a água contenha um material de coloração, tal como um corante ou um pigmento, é usada adequadamente em um aparelho de impressão a jato de tinta projetado para ejetar a tinta com o uso da ebulição de filme.

[0083] No entanto, o meio de borbulhamento não se limita à água. Outros materiais também podem funcionar como os meios de borbulhamento desde que tal material tenha uma pressão crucial de 2 MPa ou acima (ou, de preferência, 5 MPa ou acima). Os exemplos dos meios de borbulhamento diferentes de água incluem álcool metílico e álcool etílico. Além disso, é possível usar uma mistura de água e qualquer um desses álcoois como o meio de borbulhamento. Ademais, é possível usar um material preparado fazendo-se com a água contenha o material de coloração, tal como o corante e o pigmento, conforme mencionado acima assim como outros aditivos.

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24/29 [0084] Por outro lado, não é necessário que o meio de ejeção (o segundo líquido) dessa modalidade satisfaça propriedades físicas para causar a ebulição de filme diferentemente do meio de borbulhamento. Enquanto isso, a adesão de um material queimado no conversor eletrotérmico (o aquecedor) pode deteriorar a eficiência do borbulhamento devido aos danos à planura de uma superfície do aquecedor ou devido à redução da condutividade térmica do mesmo. No entanto, o meio de ejeção não entra em contato direto com o aquecedor, portanto, não há risco de queimar os componentes do mesmo. De modo específico, em relação ao meio de ejeção dessa modalidade, as condições das propriedades físicas para causar a ebulição de filme ou evitar a queimadura são aliviadas em comparação às de uma tinta para uma cabeça térmica convencional. Desse modo, o meio de ejeção dessa tem mais liberdade dos componentes a serem contidos no mesmo. Consequentemente, o meio de ejeção pode conter mais ativamente os componentes que são adequados para os propósitos após serem ejetados.

[0085] Por exemplo, nessa modalidade, é possível fazer com que o meio de ejeção contenha ativamente um pigmento que não foi usado anteriormente devido ao fato de que o pigmento estava suscetível à queimadura no aquecedor. Enquanto isso, um líquido diferente de uma tinta aquosa que tem uma pressão crucial extremamente baixa também pode ser usado como o meio de ejeção nessa modalidade. Além disso, também é possível usar várias tintas que têm funções especiais que podem ser manipuladas dificilmente pela cabeça térmica convencional, por exemplo, uma tinta curável ultravioleta, uma tinta eletricamente condutora, uma tinta curável por feixe de elétrons (EB), uma tinta magnética e uma tinta sólida também podem ser usadas como os meios de ejeção. Enquanto isso, a cabeça de ejeção de líquido dessa modalidade também pode ser usada em várias aplicações diferentes da formação de imagem com o uso de qualquer um dentre sangue, células em cultura e semelhantes como os meios de ejeção. A cabeça de ejeção de líquido também é adaptável a outras aplicações incluindo a fabricação de biochip, impressão de circuito eletrônico e assim por diante. Visto que não há restrições em relação ao segundo líquido, o segundo líquido pode adotar o mesmo líquido como um daqueles citados como os exemplos do primeiro

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25/29 líquido. Por exemplo, até mesmo caso ambos os dois líquidos sejam tintas quer contêm, cada uma, uma grande quantidade de água, ainda é possível usar uma dentre as tintas como o primeiro líquido e a outra tinta como o segundo líquido dependendo das situações, tal como um modo de uso.

(Meio de ejeção que exige fluxos paralelos de dois líquidos) [0086] No caso que o líquido a ser ejetado foi determinado, a necessidade de fazer com que os dois líquidos fluam na passagem de fluxo de líquido (a câmara de pressão) de modo a formar os fluxos paralelos pode ser determinada com base na pressão crucial do líquido a ser ejetado. Por exemplo, o segundo líquido pode ser determinado como o líquido a ser ejetado ao mesmo tempo que o material de borbulhamento que serve como o primeiro líquido pode ser preparado apenas no caso que a pressão crucial do líquido a ser ejetada é insuficiente.

[0087] As Figuras 14A e 14B são gráficos que representam relações entre uma taxa de teor de água e uma pressão de borbulhamento no momento da ebulição de filme no caso que dietileno glicol (DEG) é misturado com água. O eixo geométrico horizontal na Figura 14A indica uma razão de massa (em porcentagem em massa) da água em relação ao líquido, e o eixo geométrico horizontal na Figura 14B indica uma razão molar da água em relação ao líquido.

[0088] Conforme fica evidente a partir das Figuras 14A e 14B, a pressão de borbulhamento no momento da ebulição de filme diminui uma vez que a taxa de teor de água (porcentagem do teor) é mais baixa. Em outras palavras, a pressão de borbulhamento é mais reduzida uma vez que a taxa de teor de água diminui, e a eficiência de ejeção é deteriorada como consequência. No entanto, o peso molecular de água (18) é substancialmente menor que o peso molecular de dietileno glicol (106). Desse modo, até mesmo caso a razão de massa de água seja aproximadamente 40% em peso, a razão molar da mesma é cerca de 0,9 e a pressão de borbulhamento razão é mantida a 0,9. Por outro lado, caso a razão de massa de água diminua para menos que 40% em peso, a pressão de borbulhamento razão cai drasticamente junto da concentração molar, conforme evidente das Figuras 14A e 14B.

[0089] Consequentemente, no caso que a razão de massa de água diminui para

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26/29 menos que 40% em peso, é preferencial preparar o primeiro líquido separadamente como o meio de borbulhamento e formar os fluxos paralelos desses dois líquidos na passagem de fluxo de líquido (a câmara de pressão). Conforme descrito acima, no caso que o líquido a ser ejetado foi determinado, a necessidade de formar os fluxos paralelos na passagem de fluxo (a câmara de pressão) pode ser determinada com base na pressão crucial do líquido a ser ejetado (ou na pressão de borbulhamento no momento da ebulição de filme).

(Tinta curável ultravioleta como exemplo do meio de ejeção) [0090] Uma composição preferencial de uma tinta curável ultravioleta que pode ser usada como o meio de ejeção nessa modalidade será descrito como um exemplo. A tinta curável por ultravioleta é de um tipo 100 por cento sólido. Tais tintas curáveis ultravioleta podem ser categorizadas em uma tinta formada a partir de um componente de reação de polimerização sem um solvente, e uma tinta que contém ou água que é de um tipo de solvente ou um solvente como um diluente. As tintas curáveis ultravioletas usadas ativamente nos últimos anos são tintas curáveis ultravioletas 100 por cento sólidas formadas a partir de componentes não aquosos de reação de fotopolimerização (que são ou monômeros ou oligômeros) sem conter quaisquer solventes. Quanto à composição, a tinta curável ultravioleta típica contém monômeros como um componente principal e também contém pequenas quantidades de um iniciador de fotopolimerização, um material de coloração e outros aditivos que incluem um dispersante, um tensoativo e semelhantes. De modo geral, os componentes dessa tinta incluem os monômeros em uma faixa de 80 a 90% em peso, o iniciador de fotopolimerização em uma faixa de 5 a 10% em peso, o material de coloração em uma faixa de 2 a 5% em peso e outros aditivos para o restante. Conforme descrito acima, até mesmo no caso da tinta curável ultravioleta que foi dificilmente manipulada pela cabeça térmica convencional, é possível usar essa tinta como o meio de ejeção nessa modalidade e ejetar a tinta para fora da cabeça de ejeção de líquido conduzindo-se a operação de ejeção estável. Isso possibilita imprimir uma imagem que tem excelente robustez de imagem assim como resistência à abrasão em comparação à técnica relacionada.

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27/29 (Exemplo de usar líquido misturado como gotícula ejetada) [0091] A seguir, será fornecida uma descrição de um caso de ejeção da gotícula ejetada 30 no estado em que o primeiro líquido 31 e o segundo líquido 32 são misturados em uma razão predeterminada. Por exemplo, no caso que o primeiro líquido 31 e o segundo líquido 32 são tintas que têm cores diferentes entre si, essas tintas podem fluir estavelmente sem serem misturadas na passagem de fluxo de líquido 13 e na câmara de pressão 18 desde que as viscosidades e as taxas de fluxo dos dois líquidos satisfaçam a relação definida pela (fórmula 2) ou (fórmula 3). Em outras palavras, controlando-se a razão de taxa de fluxo Qr entre o primeiro líquido 31 e o segundo líquido 32 na passagem de fluxo de líquido e na câmara de pressão, é possível ajustar a razão de espessura de fase de água hr e, portanto, uma razão e mistura entre o primeiro líquido 31 e o segundo líquido 32 na gotícula ejetada a uma razão desejada.

[0092] Por exemplo, supondo que o primeiro líquido é uma tinta clara e o segundo líquido é tinta ciano (ou tinta magenta), é possível ejetar uma tinta ciano-claro (ou tinta magenta-claro) em várias concentrações do material de coloração controlando-se a razão de taxa de fluxo Qr. Alternativamente, supondo que o primeiro líquido é uma tinta amarela e o segundo líquido é magenta, é possível ejetar uma tinta vermelha em vários níveis de fase de cor que são gradualmente diferentes controlando-se a razão de taxa de fluxo Qr. Em outras palavras, caso seja possível ejetar a gotícula preparada misturando-se o primeiro líquido e o segundo líquido na razão de mistura desejada, então, uma faixa de reprodução de cor expressa em um meio impresso pode ser expandida mais que a técnica relacionada ajustando-se adequadamente a razão de mistura.

[0093] Ademais, a configuração dessa modalidade também é eficaz no caso de usar dois tipos de líquidos cuja mistura entre os mesmos é desejada imediatamente após a ejeção em vez de misturar os líquidos imediatamente antes da ejeção. Por exemplo, há um caso na impressão da imagem em que é desejável depositar uma tinta de pigmento de alta densidade com excelentes propriedades cromogênicas e uma emulsão de resina (EM de resina) com excelente descrição de imagem tal como

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28/29 resistência à abrasão em um meio de impressão ao mesmo tempo. No entanto, um componente de pigmento contido na tinta de pigmento e um componente sólido contido na resina EM tendem a desenvolver aglomeração em uma distância curta entre partículas, desse modo, causando deterioração na capacidade de dispersão. Nesse sentido, caso a EM de alta densidade seja usada como o primeiro líquido dessa modalidade ao mesmo tempo que a tinta de pigmento de alta densidade é usada como o segundo líquido da mesma e caso os fluxos paralelos sejam formados controlandose as velocidades de fluxo desses líquidos com base na (fórmula 2) ou (fórmula 3), então, os dois líquidos são misturados entre si e aglomerados entre si no meio de impressão após serem ejetados. Em outras palavras, é possível manter um estado desejável de ejeção sob alta capacidade de dispersão e obter uma imagem com altas propriedades cromogênicas assim como alta descrição após a deposição das gotículas.

[0094] Observa-se que no caso que a mistura após a ejeção deve ser da maneira mencionada acima, essa modalidade causa um efeito de geração dos fluxos dos dois líquidos na câmara de pressão independentemente do modo do elemento de geração de pressão. Em outras palavras, essa modalidade também funciona com eficácia no caso de uma configuração para usar um elemento piezoelétrico como o elemento de geração de pressão, por exemplo, em que a limitação na pressão crucial ou o problema da queimadura não é uma preocupação primeiramente.

[0095] Conforme descrito acima, de acordo com essa modalidade, a razão de taxa de fluxo Qr é ajustada com base nas fórmulas de aproximação definidas na (fórmula 4) e na (fórmula 6) a fim de definir o primeiro líquido que vem a viscosidade ηι e o segundo líquido que tem a viscosidade η2 em relação à razão de espessura de fase de água hr predeterminada. Isso possibilita estabilizar a interface na posição predeterminada definindo-se a razão entre a espessura de fase de água hr na passagem de fluxo de líquido (a câmara de pressão) e o valor predeterminado e conduzir estavelmente a operação de ejeção das gotículas que contêm o primeiro líquido e o segundo líquido em porcentagens constantes.

[0096] O primeiro líquido e o segundo líquidos que fluem na câmara de pressão

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29/29 pode ser circulado entre a câmara de pressão e uma unidade externa. Caso a circulação não seja conduzida, uma grande quantidade de qualquer um dentre o primeiro líquido e o segundo líquido que formaram os fluxos paralelos na passagem de fluxo de líquido e na câmara de pressão, porém não foram ejetados, permanece no lado de dentro. Desse modo, a circulação do primeiro líquido e do segundo líquido com a unidade externa possibilita usar os líquidos que não foram ejetados a fim de formar os fluxos paralelos novamente.

(Outras modalidades) [0097] Na presente revelação, a cabeça de ejeção de líquido e o aparelho de ejeção de líquido não são limitados apenas à cabeça de impressão a jato de tinta e ao aparelho de impressão a jato de tinta para ejetar uma tinta. A cabeça de ejeção de líquido, o aparelho de ejeção de líquido e um método de ejeção de líquido associados aos mesmos são aplicáveis a vários aparelhos que incluem uma impressora, uma copiadora, um fac-símile equipado com um sistema de telecomunicação e um processador de texto que inclui uma unidade impressora e a outros aparelhos industriais de impressão que são combinados integralmente com vários aparelhos de processamento. Em particular, visto que vários líquidos podem ser usados como o segundo líquido, a presente invenção também é adaptável a outras aplicações que incluem fabricação de biochip, impressão de circuito eletrônico e assim por diante.

[0098] Embora a presente invenção tenha sido descrita com referência às modalidades exemplificativas, deve-se entender que a invenção não se limita às modalidades exemplificativas reveladas. O escopo das reivindicações anexas deve estar de acordo com a interpretação mais ampla de modo a abranger todas as modificações e estruturas e funções equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Cabeça de ejeção de líquido (1) que compreende:

uma câmara de pressão (18) configurada para permitir que um primeiro líquido (31) e um segundo líquido (32) fluam no lado de dentro;

um elemento de geração de pressão (12) configurado para aplicar pressão ao primeiro líquido (31); e uma porta de ejeção (11) configurada para ejetar o segundo líquido (32), caracterizada pelo fato de que o primeiro líquido (31) e o segundo líquido (32) que flui em um lado mais próxima da porta de ejeção (11) do que o primeiro líquido fluem em contato entre si na câmara de pressão (18), e o primeiro líquido (31) e o segundo líquido (32) que fluem na câmara de pressão (18) satisfazem

0,0 < 0,44(02/01)-°,³²²(η2/η1)-°,¹⁰⁹ < 1,0, em que η1 é uma viscosidade do primeiro líquido (31), η2 é uma viscosidade do segundo líquido (32), Q1 é uma taxa de fluxo do primeiro líquido (31) e Q2 é uma taxa de fluxo do segundo líquido (32).
2. Cabeça de ejeção de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro líquido e o segundo líquido que fluem na câmara de pressão satisfazem

0,0 < 0,44^2^1)-⁰,³²²(η2/η1)-⁰,¹⁰⁹ < 0,8.
3. Cabeça de ejeção de líquido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro líquido e o segundo líquido que fluem na câmara de pressão satisfazem

0,0 < 0,44^2^1)^-0,³²²(η2/η1)^-0,¹⁰⁹ < 0,5.
4. Cabeça de ejeção de líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o primeiro líquido e o segundo líquido formam fluxos laminares na câmara de pressão.
5. Cabeça de ejeção de líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o primeiro líquido e o segundo

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2/3 líquido formam fluxos paralelos na câmara de pressão.
6. Cabeça de ejeção de líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que uma porcentagem do primeiro líquido em uma gotícula ejetada da porta de ejeção está abaixo de 20%.
7. Cabeça de ejeção de líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o elemento de geração de pressão e a porta de ejeção estão localizados em posições opostas entre si, e o primeiro líquido e o segundo líquido fluem na câmara de pressão de modo que o elemento de geração de pressão, o primeiro líquido, o segundo líquido e a porta de ejeção estejam dispostos na ordem de enumeração.
8. Cabeça de ejeção de líquido, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a cabeça de ejeção de líquido satisfaz hi/(hi+h2) < +0,3180 + 0,0087H, em que H [pm] é uma altura da câmara de pressão, hi é uma espessura do primeiro líquido na câmara de pressão na direção de ejeção do segundo líquido, e h2 é uma espessura do segundo líquido na câmara de pressão na direção de ejeção do segundo líquido.
9. Cabeça de ejeção de líquido, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a cabeça de ejeção de líquido satisfaz hi/(hi+h2) < +0,0982 + 0,0128H, em que H [pm] é uma altura da câmara de pressão, hi é uma espessura do primeiro líquido na câmara de pressão na direção de ejeção do segundo líquido, e h2 é uma espessura do segundo líquido na câmara de pressão na direção de ejeção do segundo líquido.
10. Cabeça de ejeção de líquido, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a cabeça de ejeção de líquido satisfaz hi/(hi+h2) < -0,1390 + 0,0155H, em que H [pm] é uma altura da câmara de pressão, hi é uma espessura do primeiro líquido na câmara de pressão na direção de ejeção do segundo líquido, e h2

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3/3 é uma espessura do segundo líquido na câmara de pressão na direção de ejeção do segundo líquido.
11. Cabeça de ejeção de líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que o primeiro líquido é um líquido que tem uma pressão crítica igual ou acima de 2 MPa.
12. Cabeça de ejeção de líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que o segundo líquido é qualquer um dentre uma emulsão e uma tinta aquosa que contém um pigmento.
13. Cabeça de ejeção de líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o segundo líquido é uma tinta curável ultravioleta do tipo sólido.
14. Cabeça de ejeção de líquido, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de que o primeiro líquido que flui na câmara de pressão circula entre a câmara de pressão e uma unidade externa.
15. Módulo de ejeção de líquido para configurar a cabeça de ejeção de líquido conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que a cabeça de ejeção de líquido (1) é formada dispondo-se os múltiplos módulos de ejeção de líquido (10).