CN102448727A - 液体喷出头及使用其的记录装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使喷出的液滴易于汇集成一滴的液体喷出头及使用其的记录装置。液体喷出头(2)具有液体加压室(10)、对液体加压室(10)施加压力的位移元件(50)、将液体喷出孔(8)及液体加压室(10)与液体喷出孔(8)相连的连通路(7)，连通路(7)具有截面积窄的狭窄部(7-3)，从与液体加压室(10)连接的连接端至与狭窄部(7-3)连接的连接端作为第一连通路(7-1)，从与液体喷出孔(8)连接的连接端至与狭窄部(7-3)连接的连接端作为第二连通路(7-2)，连通路(7)的长度与第二连通路(7-2)的长度之比、液体加压室(10)与第一连通路(7-1)的合成惯性和液体喷出孔(8)与第一连通路(7-1)的合成惯性之比、及液体加压室(10)与第一连通路(7-1)的合成柔量和液体喷出孔(8)与第一连通路(7-1)的合成柔量之比处于规定范围内。

Description

液体喷出头及使用其的记录装置
技术领域
本发明涉及喷墨记录头等液体喷出头及使用了液体喷出头的记录装置。
背景技术
近年来，喷墨打印机或喷墨绘图仪等利用了喷墨记录方式的印刷装置不仅应用于面向一般消费者的打印机，还广泛应用于例如电子电路的形成或液晶显示器用的滤色器的制造、有机EL显示器的制造等所谓工业用途。
在此种喷墨方式的印刷装置上搭载有用于喷出液体的液体喷出头来作为印刷头。此种印刷头公知有如下两种方式：在填充有墨的墨流路内具备作为加压机构的加热器，利用加热器来加热墨，使墨沸腾，利用在墨流路内产生的气泡来对墨进行加压，并从墨喷出孔将墨作为液滴喷出的热敏方式、以及利用位移元件使填充墨的墨流路的一部分的壁弯曲变位，机械性地对墨流路内的墨进行加压，并从墨喷出孔作为液滴喷出的压电方式。
此外，此种液体喷出头具有如下两种记录方式：在与记录介质的输送方向正交的方向上使液体喷出头移动并进行记录的串行式、以及在沿主扫描方向固定有比记录介质长的液体喷出头的状态下、或者将多个液体喷出头排列固定成记录范围比记录介质宽的状态下，对沿副扫描方向输送的记录介质进行记录的线行式。线行式不需要如串行式那样使液体喷出头移动，因此具有能够高速记录的优点。
无论是串行式、线行式中任一方式的液体喷出头，以高密度印刷液滴都需要提高形成在液体喷出头上的喷出液滴的液体喷出孔的密度。
因此，已知有层叠如下组成而构成液体喷出头：岐管、从岐管起依次经由共同流路、节流孔、液体加压室及连通路而连接至液体喷出孔的具有独立流路的流路部件、以分别覆盖液体加压室的方式设置的具有多个位移元件的致动器单元(例如，参照专利文献1)。在该液体喷出头中，连通路具备恒定的截面积。此外，与多个液体喷出孔分别相连的液体加压室配置成矩阵状，通过使设置在致动器单元上设置的位移元件位移，且该致动器单元以覆盖液体加压室的方式设置，由此从与各液体加压室相连的各液体喷出孔喷出液滴，在主扫描方向上能够以600dpi的析像度进行印刷。此外，流路部件为层叠有多个金属制的板的部件，压电致动器为从流路部件侧起依次层叠有压电陶瓷层、共用电极、压电陶瓷层及独立电极而成。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】特开2003-305852号公报
但是，在如专利文献1所记载的液体喷出头中，有时通过1次喷出动作所喷出的液滴变为不是一滴(以下将其称为分滴)，而作为多个液滴着落在记录介质上，记录精度变差。尤其是在提高液滴的喷出速度、或喷出比水系墨粘度更高的紫外线硬化性墨等的情况下，有时发生分滴。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种液体喷出头及使用该液体喷出头的记录装置，其不产生分滴，或者即使产生分滴，在记录介质上也易于着落成为一个像素，或者喷出的液滴易于汇集成一滴。
本发明的液体喷出头，其具有液体加压室、向该液体加压室施加压力的加压部、将液体喷出孔及所述液体加压室与所述液体喷出孔相连的连通路，所述连通路具有截面积窄的狭窄部，从与所述液体加压室连接的连接端至与所述狭窄部连接的连接端为止作为第一连通路，从与所述液体喷出孔连接的连接端至与所述狭窄部连接的连接端为止作为第二连通路，当所述连通路的长度为Ld0(m)，所述第二连通路的长度为Ld2(m)，所述液体加压室与所述第一连通路的合成惯性为M1(kg/m4)、合成柔量为C1(m5/N)，所述液体喷出孔与所述第一连通路的合成惯性为M2(kg/m4)、合成柔量为C2(m5/N)时，所述狭窄部的截面积为所述第一连通路的截面积的0.7倍以下，且为所述第二连通路的截面积的0.7倍以下，并且分别满足0.2≤Ld2/Ld0≤0.4、0.17≤M2/M1≤0.25、0.18≤C2/C1≤0.23。
此外，优选所述狭窄部的长度为Ld3(m)时，满足0.1≤Ld3/Ld0≤0.15。
进而，所述狭窄部的截面积为所述第一连通路的截面积的0.3倍以上，且为所述第二连通路的截面积的0.3倍以上。
此外，进而，本发明的记录装置具备所述液体喷出头、向所述液体喷出头输送记录介质的输送部、对所述液体喷出头的驱动进行控制的控制部。
【发明效果】
根据本发明的液体喷出头，即使在液体加压室与连通路的流量多的(惯性高)的情况下，通过在连通路内设置狭窄部，减少连通路内的惯性，并能够减弱流路内的压力振动。因此，减少多余的压力振动，难以产生由于该多余的压力振动导致的分滴，喷出的液滴变为一滴，或者喷出的液滴在飞行中汇集成一个液滴，即使不汇集也易于在记录介质上着落成为一个像素，因此能够记录良好的图像。
附图说明
图1是表示作为记录装置的一例的打印机的示意结构图。
图2是表示构成图1的液体喷出头的头主体的俯视图。
图3是图2的单点划线包围的区域的放大图。
图4是图2的单点划线包围的区域的放大图，且为了便于说明而省略了一部分流路的图。
图5(a)是沿图3的V-V线的纵剖视图，图5(b)是(a)的一部分即连通路的纵剖视图。
图6是独立流路的等效电路。
具体实施方式
图1是表示作为记录装置的一例的彩色喷墨打印机的示意结构图。该彩色喷墨打印机1(以下称为打印机1)具有四个液体喷出头2。上述液体喷出头2沿作为记录介质的记录用纸P的输送方向排列，并固定在打印机1上。液体喷出头2在从图1的近前朝向进深方向上具有细长形状。
在打印机1上，沿记录用纸P的输送路径依次设有供纸单元114、输送单元120及承纸部116。此外，在打印机1上设有用于对液体喷出头2或供纸单元114等打印机1的各部分的动作进行控制的控制部100。
供纸单元114具有能够收容多片记录用纸P的用纸收容盒115和供纸辊145。供纸辊145能够将层叠收容在用纸收容盒115内的记录用纸P中位于最上的记录用纸P逐一送出。
在供纸单元114和输送单元120之间，沿记录用纸P的输送路径，配置有二对进给辊118a及118b和119a及119b。从供纸单元114送出的记录用纸P由上述进给辊118a、118b、119a及119b引导，进而向输送单元120送出。
输送单元120具有环状的输送带111和两个带辊106及107。输送带111卷绕在带辊106及107上。当输送带111卷绕在两个带辊106及107上时，调整输送带111的长度，以使输送带以规定的张力张紧。由此，输送带111沿分别包括两个带辊106及107的共同切线的相互平行的两个平面，不会产生松弛地张紧。上述两个平面中，靠近液体喷出头2一侧的平面为输送记录用纸P的输送面127。
如图1所示，带辊106上连接有输送马达174。输送马达174能够使带辊106向箭头A的方向旋转。此外，带辊107能够与输送带111联动并旋转。因此，通过驱动输送马达174并使带辊106旋转，输送带111沿箭头A的方向移动。
在带辊107的附近，以夹着输送带111的方式配置有夹紧辊138和受夹辊139。夹紧辊138被未图示的弹簧向下方施力。夹紧辊138的下方的受夹辊139经由输送带111来支承被向下方施力的夹紧辊138。两个夹紧辊设置为能够旋转，且与输送带111联动并旋转。
从供纸单元114向输送单元120送出的记录用纸P夹入到夹紧辊138和输送带111之间。由此，记录用纸P被压附于输送带111的输送面127，并固接在输送面127上。然后，记录用纸P随着输送带111的旋转而向设有液体喷出头2的方向输送。而且，也可在输送带111的外周面113由粘着性的硅橡胶实施処理。由此，能够将记录用纸P可靠地固接在输送面127上。
四个液体喷出头2沿着由输送带111进行输送的输送方向相互相邻地配置。各液体喷出头2的下端具有头主体13。头主体13的下表面设有喷出液体的多个液体喷出孔8(参照图3)。
从设置在一个液体喷出头2上的液体喷出孔8喷出相同色的液滴(墨)。各液体喷出头2的液体喷出孔8在一方向(与记录用纸P平行且与记录用纸P的输送方向正交的方向，且为液体喷出头2的长度方向)上以等间隔地配置为等间隔，因此，能够在一方向上无间隙地记录。从各液体喷出头2喷出的液体的色分别为洋红色(M)、黄色(Y)、青色(C)及黑色(K)。各液体喷出头2配置成头主体13的下表面和输送带111的输送面127之间隔着微小的间隙。
由输送带111输送来的记录用纸P在液体喷出头2的下表面侧通过与输送带111之间的间隙。此时，从构成液体喷出头2的头主体13朝向记录用纸P的上表面喷出液滴。由此，根据由控制部100存储的图像数据而在记录用纸P的上表面形成彩色图像。
在输送单元120和承纸部116之间配置有剥离板140和二对进给辊121a及121b和122a及122b。记录有彩色图像的记录用纸P从输送带111向剥离板140输送。此时，利用剥离板140的右端，将记录用纸P从输送面127剥离。然后，利用进给辊121a、121b、122a及122b，将记录用纸P向承纸部116送出。如此，记录完成的记录用纸P依次送往承纸部116，并与承纸部116重合。
而且，在记录用纸P的输送方向上位于最上游侧的液体喷出头2和夹紧辊138之间设置有纸面传感器133。纸面传感器133由发光元件及受光元件构成，能够检测到输送路径上的记录用纸P的前端位置。由纸面传感器133检测到的检测结果被送往控制部100。控制部100可以根据从纸面传感器133送来的检测结果，以使输送记录用纸P与记录图像同步的方式来控制液体喷出头2或输送马达174等。
下面，对构成液体喷出头2的头主体13进行说明。图2是表示图1所示的头主体13的俯视图。图3是由图2的单点划线包围的区域的放大图，是头主体13的一部分。图4是与图3相同位置的放大立体图，为了易于理解液体喷出孔8的位置，省略一部分的流路而绘出。而且，图3及图4中，为了易于理解附图，在压电致动器单元21的下方，将应由虚线描画的液体加压室10(液体加压室组9)、节流孔12及液体喷出孔8用实线绘出。图5(a)是沿图3的V-V线的纵剖视图，图5(b)是图5(a)的一部分即连通路的纵剖视图。
头主体13具有：平板状的流路部件4、配置在流路部件4上的致动器单元即压电致动器单元21。压电致动器单元21具有梯形形状，且以该梯形形状的一对平行相对边与流路部件4的长度方向平行的方式配置在流路部件4的上表面。此外，分别沿着与流路部件4的长度方向平行的两个假想直线各两个、即共计四个压电致动器单元21在整体上以锯齿状排列在流路部件4上。从流路部件4的短边方向观察时，在流路部件4上相互相邻的压电致动器单元21的斜边彼此局部重叠。通过驱动该重叠部分的压电致动器单元21，由两个压电致动器单元21喷出的液滴混杂着落在记录区域中。
在流路部件4的内部形成有液体流路的一部分即岐管5。岐管5沿着流路部件4的长度方向延伸且具有细长形状，在流路部件4的上表面形成有岐管5的开口5b。开口5b沿着与流路部件4的长度方向平行的两个直线(假想线)各形成5个、共计形成10个。开口5b形成在避开配置有四个压电致动器单元21的区域的位置上。从未图示的液体槽通过开口5b向岐管5供给液体。
在流路部件4内形成的岐管5分路为多个(将分路后的部分的岐管5称为副岐管5a)。与开口5b相连的岐管5沿着压电致动器单元21的斜边延伸，并配置成与流路部件4的长度方向相交叉。在由两个压电致动器单元21夹着的区域中，相邻的压电致动器单元21共有一个岐管5，副岐管5a从岐管5的两侧分路。上述副岐管5a与流路部件4的内部的同各压电致动器单元21相对的区域相邻，并沿头主体13的长度方向延伸。
流路部件4具有将多个液体加压室10形成为矩阵状(即二维且规则的)的四个液体加压室组9。液体加压室10为角部被实施了倒角的具有大致菱形的平面形状的中空的区域。液体加压室10形成为在流路部件4的上表面开口。上述液体加压室10遍布排列在流路部件4的上表面中与压电致动器单元21相对的区域的大致整面上。因此，由上述液体加压室10形成的各液体加压室组9占有与压电致动器单元21大致相同大小及形状的区域。此外，通过在流路部件4的上表面粘接压电致动器单元21而闭塞各液体加压室10的开口。
在本实施方式中，如图3所示，岐管5分路为沿着流路部件4的短边方向相互平行地排成的4列E1～E4的副岐管5a，与各副岐管5a相连的液体加压室10构成等间隔地沿流路部件4的长度方向排列的液体加压室10的列，该列沿着短边方向相互平行地排成4列。与副岐管5a相连的液体加压室10的排成列在副岐管5a的两侧各排有2列。
整体来说，与岐管5相连的液体加压室10构成等间隔地沿流路部件4的长度方向排列的液体加压室10的列，且该列沿着短边方向相互平行地排成16列。与作为致动器的位移元件50的外形形状相对应，各液体加压室列中包含的液体加压室10的数目配置成从其长边侧起朝向短边侧逐渐减少。液体喷出孔8也与其同样地配置。由此，整体方面，在长度方向上能够以600dpi的析像度来形成图像。
也就是说，与流路部件4的长度方向平行的假想直线正交的方式投影液体喷出孔8时，在图3所示的假想直线的R的范围内，与四个副岐管5a分别相连的4个液体喷出孔8、即全部16个喷出孔8构成600dpi的等间隔。此外，各副岐管5a上以平均相当150dpi的间隔连接有独立流路32。这是由于在进行将600dpi量的液体喷出孔8与4列副岐管5a分开连接的设计时，并不限于与各副岐管5a相连的独立流路32以相等的间隔相连，因此在岐管5a的延伸方向、即主扫描方向上以平均约170μm(150dpi即25.4mm/150＝169μm间隔)以下的间隔形成有独立流路32。
在压电致动器单元21的上表面的与各液体加压室10相对的位置分别形成有后述的独立电极35。独立电极35比液体加压室10小一圈，且具有与液体加压室10大致相似的形状，并配置成收纳在压电致动器单元21的上表面中与液体加压室10相对的区域内。
在流路部件4的下表面的液体喷出面上形成有多个液体喷出孔8。上述液体喷出孔8配置在避开与流路部件4的下表面侧配置的副岐管5a相对的区域的位置上。此外，上述液体喷出孔8配置在流路部件4的下表面侧中与压电致动器单元21相对的区域内。上述液体喷出孔组7占有与压电致动器单元21大致相同大小及形状的区域，通过使对应的压电致动器单元21的位移元件50位移，能够从液体喷出孔8喷出液滴。对于液体喷出孔8的配置在后面详细说明。还有，各个区域内的液体喷出孔8沿着与流路部件4的长度方向平行的多个直线等间隔地排列。
构成头主体13的流路部件4具有将多个板层叠的层叠构造。从流路部件4的上表面起，上述板依次为：腔体板22、基板23、孔眼(节流孔)板24、供给板25、岐管板26、27、28、29、罩板30及喷嘴板31。上述板上形成有多个孔。以上述孔相互连通而构成独立流路32及副岐管5a的方式将各板对位并层叠。如图5所示，头主体13具有如下结构：液体加压室10配置在流路部件4的上表面，副岐管5a配置在内部的下表面侧，液体喷出孔8配置在下表面，构成独立流路32的各部分相互邻近地配置在不同的位置，副岐管5a与液体喷出孔8经由液体加压室10相连。
对各板上形成的孔进行说明。上述孔具有如下孔。第一，在腔体板22上形成的液体加压室10。第二，构成从液体加压室10的一端与副岐管5a相连的流路的连通孔。该连通孔形成在从基板23(具体来说，液体加压室10的入口)至供给板25(具体来说副岐管5a的出口)的各板上。而且，该连通孔包括形成在孔眼板24上的节流孔12和形成在供给板25上的独立供给流路6。
第三，构成从液体加压室10的另一端与液体喷出孔8连通的连通路的连通孔，该连通路由液体喷出孔8及以下说明中被称为出液通道(descender)(部分流路)7的部分构成。出液通道7形成在从基板23(具体来说液体加压室10的出口)至罩板30(具体来说与液体喷出孔8的连接端)的各板上。出液通道7包括：从基板23(具体来说液体加压室10的出口)至岐管板27的第一出液通道(第一连通路)7-1、从岐管板29至罩板30的第二出液通道(第二连通路)7-2、将第一出液通道7-1与第二出液通道7-2相连并且剖面变窄的狭窄部7-3，且狭窄部7-3的截面积为第一出液通道7-1的截面积的70％以下且为第二出液通道7-2的截面积的70％以下。
第四，构成副岐管5a的连通孔。该连通孔形成在岐管板25～29上。
上述连通孔相互相连，构成从来自副岐管5a的液体的流入口(副岐管5a的出口)直至液体喷出孔8的独立流路32。供给到副岐管5a的液体通过以下的路径从液体喷出孔8中喷出。首先，从副岐管5a朝向上方通过独立供给流路6，到达节流孔12的一端部。接着，沿着节流孔12的延伸方向水平行进，到达节流孔12的另一端部。从此处朝向上方，到达液体加压室10的一端部。进而，沿着液体加压室10的延伸方向水平行进，达到液体加压室10的另一端部。从此处起在出液通道7中逐渐沿水平方向移动的同时，主要朝向下方，前进到在下表面开口的液体喷出孔8。
如图5所示，压电致动器单元21具有由二片压电陶瓷层21a、21b构成的层叠构造。上述压电陶瓷层21a、21b分别具有20μm左右的厚度。压电致动器单元21整体的厚度为40μm左右。压电陶瓷层21a、21b的任一层以跨过多个液体加压室10的方式延伸(参照图3)。上述压电陶瓷层21a、21b由具有强介电性的钛酸锆酸铅(PZT)系陶瓷材料构成。
压电致动器单元21与流路部件4的粘接例如通过粘接层来进行。作为粘接层，为了不对压电致动器单元21或流路部件4造成影响，使用从热硬化温度为100～150℃的环氧树脂、酚醛树脂、聚苯醚树脂构成的组中选择的至少一种热硬化性树脂粘接剂。使用热硬化性树脂的粘接剂是由于常温硬化的粘接剂有可能无法足够确保耐墨性的缘故。因此，由于从热硬化温度冷却至室温，形成流路部件4与压电致动器单元21的热膨胀系数的差而产生的应力施加到压电致动器单元21的状态。在应力大的情况下，压电致动器单元21有可能损坏，此外，即使应力没有高到使压电致动器单元21损坏的左右，由于施加的应力也会导致压电致动器单元21的特性发生改变。具体而言，在施加有压缩应力的状态下，压电常数变低，但在非常长的时间内反复驱动时，所谓位移量降低的驱动劣化的现象的影响变小。相反，在施加有拉伸应力的状态下，压电常数变高，但驱动劣化的影响变大。通过形成为施加有弱的压缩应力的状态，驱动劣化的影响变小，即使长时期使用，也能够使喷出特性不会发生较大改变。在使用PZT系的陶瓷作为压电致动器单元21的情况下，流路部件4的材料使用42合金，由此能够形成压电致动器单元21上施加有弱的压缩应力的状态。
压电致动器单元21具有由Ag-Pd系等金属材料构成的共用电极34及由Au系等金属材料构成的独立电极35。如上所述，独立电极35配置在压电致动器单元21的上表面中与液体加压室10相对的位置。独立电极35的一端拉出到与液体加压室10相对的区域外而形成连接电极36。该连接电极36例如由包含玻璃料的金构成，并形成为厚度为15μm左右的凸状。此外，连接电极36与设置在未图示的FPC(Flexible Printed Circuit：柔性印制电路)上的电极电接合。具体在后面叙述，但从控制部100通过FPC向独立电极35供给驱动信号。与记录用纸P的输送速度同步地以一定的周期供给驱动信号。
在压电陶瓷层21a与压电陶瓷层21b之间的区域中遍及面方向的大致整个面地形成共用电极34。即，共用电极34以覆盖与压电致动器单元21相对的区域内的全部的液体加压室10的方式延伸。共用电极34的厚度为2μm左右。共用电极34在未图示的区域接地，并保持在接地电位。在本实施方式中，在压电陶瓷层21b上，在避开由独立电极35构成的电极组的位置形成有与独立电极35不同的表面电极(未图示)。表面电极经由形成在压电陶瓷层21b的内部的通孔而与共用电极34电连接，并且与多个独立电极35同样，与FPC上的另一电极连接。
如图5所示，共用电极34与独立电极35以仅夹着最上层的压电陶瓷层21b的方式配置。压电陶瓷层21b中被独立电极35和共用电极34夹着的区域称为活性部，在该部分的压电陶瓷实施极化。在本实施方式的压电致动器单元21中，仅最上层的压电陶瓷层21b包括活性部，压电陶瓷层21a不包括活性部，作为振动板工作。该压电致动器单元21具有所谓的单层压电型的结构。
而且，如后面叙述，通过向独立电极35选择性供给规定的驱动信号，与该独立电极35对应的液体加压室10内的液体被施加压力。由此，通过独立流路32，从对应的液体喷出口8喷出液滴。即，压电致动器单元21中与各液体加压室10相对的部分相当于与各液体加压室10及液体喷出口8对应的独立的位移元件50(致动器、加压部)。也就是说，在由二片压电陶瓷层21a、21b构成的层叠体中，通过位于液体加压室10的正上方的压电陶瓷层(振动板)21a、共用电极34、压电陶瓷层21b、独立电极35，对每个液体加压室10制作有以如图5所示的构造为单位构造的位移元件50，压电致动器单元21包括多个位移元件50。而且，在本实施方式中，通过1次喷出动作从液体喷出口8喷出的液体的量为5～7PL(微微升)左右。
多个独立电极35分别经由FPC中的配线而独立地与进行致动器的控制的控制部100电连接，以能够独立地控制电位。
在本实施方式的压电致动器单元21中，在将独立电极35形成为与共用电极34不同的电位，并对压电陶瓷层21b向其极化方向施加电场时，施加有该电场的部分由于压电效应发生变形而作为活性部工作。此时压电陶瓷层21b在其厚度方向即层叠方向上伸长或收缩，且由于压电横效应而要在与层叠方向垂直的方向即面方向上收缩或伸长。另一方面，其余的压电陶瓷层21a为不具有被独立电极35和共用电极34夹着的区域的非活性层，因此不会主动地变形。也就是说，压电致动器单元21形成将上侧(即，远离液体加压室10侧)的压电陶瓷层21b作为包括活性部的层，且将下侧(即，靠近液体加压室10侧)的压电陶瓷层21a作为非活性层的所谓单层压电(unimorph)型的结构。
在该结构中，以使电场与极化为同方向的方式通过控制部100将独立电极35相对于共用电极34形成为正或负的规定电位时，被压电陶瓷层21b的电极夹着的部分(活性部)在面方向上收缩。另一方面，由于非活性层的压电陶瓷层21a不受电场的影响，因此不会主动收缩而要限制活性部的变形。其结果，在压电陶瓷层21b与压电陶瓷层21a之间，向极化方向的变形产生不同，压电陶瓷层21b向液体加压室10侧突起变形(单层压电变形)。
本实施方式中实际的驱动顺序为，预先将独立电极35形成为比共用电极34高的电位(以下称为高电位)，每当有喷出要求时将独立电极35暂时形成为与共用电极34相同的电位(以下称为低电位)，然后在规定的时刻再次形成高电位。由此，在独立电极35变为低电位的时刻，压电陶瓷层21a、21b返回到初始的形状，液体加压室10的容积与初始状态(两电极的电位不同的状态)相比增加。此时，在液体加压室10内形成负压，液体从岐管5侧吸入到液体加压室10内。然后在再次将独立电极35形成为高电位的时刻，压电陶瓷层21a、21b向液体加压室10侧突起变形，液体加压室10的容积减少，由此液体加压室10内的压力成为正压，向液体施加的压力上升，液滴被喷出。也就是说，为了喷出液滴，向独立电极35供给包含以高电位为基准的脉冲的驱动信号。该脉冲幅度为压力波在液体加压室10内从岐管5传播到液体喷出孔8的时间长度即AL(AcousticLength：声长)，由此能够加快液滴的喷出速度。这是由于被节流孔12反射的压力波与压电陶瓷层21a、21b向液体加压室10侧突起变形而产生的压力波相加，成为更强的压力波而使液滴喷出的缘故。
此外，在带有灰度记录的情况下，以从液体喷出孔8连续喷出的液滴的数、即液滴喷出次数调整的液滴量(体积)进行灰度表现。因此，从与指定的点区域对应的液体喷出孔8连续进行与指定的灰度表现相对应次数的液滴喷出。在连续进行液体喷出的情况下，将为了喷出液滴而供给的脉冲与脉冲的间隔设为AL，由此，在喷出先喷出的液滴时产生的后面残留的压力波与喷出后喷出的液滴时产生的压力的压力波的时刻一致，上述压力波重叠并成为用于喷出液滴的压力波，因此能够增加压力。
在此种打印机1中，通过对记录用纸P的输送速度及驱动信号调整周期，能够记录析像度在长度方向上为600dpi、在输送方向上为600dpi的图像。例如，若将驱动信号设为频率20kHz、输送速度设为0.85m/s，则喷出的液滴能够沿输送方向每隔约42μm着落在记录用纸P上，因此，输送方向的析像度为600dpi。
在此，进一步对喷出液滴时的独立流路32内的液体的状态详细地进行说明。如上所述，当进行喷出动作时，位移元件50所施加的压力从液体加压室10通过出液通道(连通路)7而传递到液体喷出孔8，液体从液体喷出孔8作为液柱喷出，该液柱汇集成液滴，并使液滴飞出。在理想的状态下，利用该压力喷出一个液滴，但实际上由于该压力有时使出液通道7内的液体发生各种振动，且由于该振动导致液柱无法汇集成一个液滴而发生分滴。在施加到液体上的压力高的情况下，例如，在欲加快液滴的飞行速度，或与水系墨相比欲喷出8mPa·S左右以上高粘度的紫外线硬化性墨的情况下，更易产生此种分滴。
因此，考虑在出液通道7设置狭窄部7-3，增大出液通道7内产生的压力振动的衰减。图6是独立流路32及位移元件50的等效电路。位移元件50(惯性为Mv(kg/m4、以下有时省略单位)、柔量为Cv(m5/N、以下有时省略单位)施加的压力传递到液体加压室10(惯性为Mc、柔量为Cc)，分为出液通道7侧及节流孔12(惯性为Ms、柔量为Cs)。出液通道7侧分为第一出液通道7-1(惯性为Md1、柔量为Cd1)、第二出液通道7-2(惯性为Md2、柔量为Cd2)及液体喷出孔8(惯性为Mn、柔量为Cn)。狭窄部7-3的惯性及柔量由于小故而忽略。
若液体加压室10和出液通道7内的流量(质量)多，也就是说惯性高，则流路内的压力振动难以衰减。此外，若液体喷出孔8的柔量小，则喷嘴液面的压力振动难以衰减。也就是说，即使独立地控制液体加压室10、出液通道7及液体喷出孔8，也难以形成适当的惯性和柔量。因此，若在出液通道7设置狭窄部7-3，则能够减少出液通道7的惯性，提高流路内的压力振动的衰减效果。
具体而言，将出液通道7的长度设为Ld0(m)，将第一出液通道7-1的长度设为Ld1(m)、截面积设为Sd1(m2)，将第二出液通道7-2的长度设为Ld2(m)、截面积设为Sd2(m2)，且将狭窄部7-3的长度设为Ld3(m)、截面积设为Sd3(m2)而设置狭窄部7-3。Sd3为Sd3≤0.7×Sd1且Sd3≤0.7×Sd2。通过将狭窄部7-3的截面积Sd3形成在上述的范围内，能够减少出液通道7的惯性。
此时，液体加压室10与第一出液通道7-1的合成惯性为M1(＝Mc+Md1)、合成柔量为C1(＝Cc+Cd1)，且液体喷出孔8与第二出液通道7-2的合成惯性为M2(＝Md2+Mn)、合成柔量为C2(＝Cn+Cd2)时，通过分别满足0.2≤Ld2/Ld0≤0.4、0.17≤M2/M1≤0.25、及0.18≤C2/C1≤0.23，能够使出液通道7内的压力振动衰减，并能够减少作为分滴原因的不需要的压力振动，从而能够提高液滴的1滴化倾向。
在直管状的形状的情况下，此种出液通道7各部分的惯性及柔量可以算出与液体的流动方向正交的平面的截面积、及将连接该截面积的面积中心的线的长度作为流路长算出。直管状的形状以外时，若途中弯曲或截面积的差为±10％左右，可以与直管状的形状同样地计算。即使在非直管状的形状的情况下，惯性及柔量可以通过公知的方法来计算，只要在上述的范围内则具有同样的效果。
能够提高液滴的1滴化倾向是指喷出的液滴为一滴、或喷出的液滴在飞行中汇集成一个液滴，或者即使不汇集也在记录用纸P上着落在附近而构成一个像素，由此在能够形成一个像素的状态中能够形成更稳定的状态。
液滴的1滴化倾向分为下面4个阶段。最稳定状态是液体喷出孔8上形成的液柱原样汇集为一个液滴，从喷出时既为1滴。次稳定的状态是液柱汇集成多个液滴，后面的液滴的速度比前面的液滴的速度快，在着落在记录用纸P上之前汇集成一个液滴，也就是说在飞行中形成1滴化。另外，再次稳定的状态是液柱汇集成多个液滴，且原样着落在记录用纸P上，但着落的多个液滴的液体重合扩展，因此在记录用纸P上能够形成一个像素。例如存在有两个液滴着落在比较近的情况，或即使两个液滴分开着落，一个液滴量少，该液滴的扩展没有扩展到比液滴量多的液滴的像素的扩展更大的情况等。在记录用纸P的输送速度快的情况下，着落位置的差较大，因此着落时是否成为一个像素受到记录用纸P的输送速度的影响。例如，在由上述的液体喷出头2进行600dpi的记录时，可以根据以0.85m/s的速度输送记录用纸P时的着落结果来判定着落时是否为一个像素。
而且，在液柱汇集成多个液滴，且前面的液滴的速度比后面的液滴的速度快时等，多个液滴分开着落在记录用纸P上，成为多个像素。此种状态称为产生分液滴。
进而，在狭窄部7-3的长度Ld3为0.1≤Ld3/Ld0≤0.15的情况下，更难以产生分滴，喷出的液滴易于成为一滴，或喷出的液滴易于在飞行中汇集成一个液滴，因此能够得到更好的图像。
此外，进一步使狭窄部7-3的截面积Sd3为第一出液通道7-1的截面积Sd1的0.3倍以上，且为第二出液通道7-2的截面积Sd2的0.3倍以上的情况下，由狭窄部7-3产生的能量损失变少，因此能够以更少的能量喷出液滴。换言之，能够减少以某一喷出速度喷出液滴所需要的能量，能够降低施加在位移元件50上的电压。
以上，对一滴实施方式进行了说明，但本发明并不限于此，在不脱离本发明的思想的范围内可以进行变更或改良。例如，在上述的实施方式中，对于最初减小液体加压室10的体积，将位于液体喷出孔8附近的弯液面吸入后，配合反射的压力而增大液体加压室10的体积从而喷出液滴的所谓的吸打的喷出方式进行了说明，但对于最初增大液体加压室10的体积，将位于液体喷出孔8附近的弯液面从液体喷出孔8作为液柱压出，并配合反射的压力，减小液体加压室10的体积，从而切断液柱的后端的所谓压打的喷出方式，同样能够使出液通道7内的压力振动衰减，并能够提高喷出的液滴的1滴化倾向。
【实施例】
制作液体喷出头2并确认通过设置狭窄部7-3而提高了喷出的液滴的1滴化倾向。
通过辊涂法、狭缝涂布法等通常的板带成形法，进行由压电性陶瓷粉末和有机组成物构成的板带的成形，在烧成后制作作为压电陶瓷层21a、21b的多个生片。在生片的一部分上，在其表面通过印刷法等形成作为共用电极34的电极膏剂。此外，根据需要，在生片的一部分上形成过孔，并在其内部插入过孔导体。
接着，层叠各生片并制作层叠体，并进行加压密接。在高浓度氧气氛下烧成加压密接后的层叠体，然后使用有机金膏剂在烧成体表面印刷独立电极25，在烧成之后，使用Ag膏剂印刷并烧成连接电极36，由此制作压电致动器单元21。
接着，利用轧制法等层叠得到的板22～31而制作流路部件4。通过蚀刻在板22～31上将作为岐管5、独立供给流路6、液体加压室10及出液通道7等的孔加工成规定的形状。而且，在由蚀刻等进行的加工中，根据厚度方向的位置不同，孔的截面积发生变动，但若变动在±10％以内，则与截面积为平均截面积的圆柱管的声音特性的差小，因此作为圆柱的管算出惯性及柔量即可。此外，从基板23至供给板25之间，出液通道7的孔错开层叠，但即使在此种情况下，若由于错开导致截面积的减少在10％左右，则可以忽略与圆柱管的差。
上述板22～31例如由从Fe-Cr系、Fe-Ni系、WC-TiC系构成的组中选择的至少1种金属形成。若使用Fe-Cr系，则尤其在使用墨作为液体的情况下，对于墨的耐腐蚀性变好。此外，在由热硬化性树脂粘接流路部件4和压电致动器单元21时，Fe-Ni系能够减小热膨胀系数的差。进而，在由热硬化性树脂粘接流路部件4和压电致动器单元21时，42合金能够形成对电致动器单元21施加弱的压缩应力的状态。
压电致动器单元21与流路部件4例如能够经由粘接层来层叠粘接。作为粘接层，可以使用公知的粘接层，但为了不对压电致动器单元21或流路部件4造成影响，可以使用从热硬化温度为100～150℃的环氧树脂、酚醛树脂、聚苯醚树脂构成的组中选择的至少1种热硬化性树脂的粘接剂。通过使用此种粘接层并加热到热硬化温度而粘接，能够得到液体喷出头2。
如上所述，制作纵剖面的形状为图5(a)及图5(b)所示的形状的液体喷出头2。独立流路32的各部分的尺寸及声音特性如下所述。而且，惯性M(kg/m4)及柔量C(m5/N)根据M＝ρL/S及C＝W/ρc2而由体积W(m3)、长度L(m)、面积S(m2)、液体的密度ρ(kg/m2)及液体的音速c(m/s)算出。液体的密度及音速的值应用所使用的紫外线硬化性墨的密度：1.04g/cm3、音速：1630m/s。而且，该紫外线硬化性墨的粘度为8mPa·S。
液体加压室10准备深度为30μm、50μm、100μm的液体加压室。各个液体加压室10的惯性Mc依次为1.12×108kg/m4、6.72×107kg/m4、3.36×107kg/m4，柔量Cc依次为3.32×10-21m5/N、5.54×10-21m5/N、1.11×10-20m5/N。
出液通道7的长度Ld0为790μm。
第一出液通道7-1的长度Ld1为530μm，测定各板的平均截面积并算出的惯性Md1为2.03×107kg/m4、柔量Cd1为5.25×10-21m5/N。
第二出液通道7-2的长度Ld2为160μm，测定各板的平均截面积并算出的惯性Md1为6.54×106kg/m4、柔量Cd2为1.47×10-21m5/N。
狭窄部7-3的平均截面积Sd3为第一出液通道7-1的平均截面积的60％、且为第二出液通道7-2的平均截面积的60％，长度Ld3为100μm。
准备液体喷出孔8长度为50μm，且面向液体喷出头2的外侧的一侧的开口直径为20μm、22μm、24μm，开口朝向液体喷出头2的内侧且以单侧15°的角度扩展的液体喷出孔。各自的惯性Mn依次为1.77×107kg/m4、1.54×107kg/m4、1.36×107kg/m4，柔量Cn依次为3.49×10-22m5/N、5.11×10-22m5/N、7.24×10-22m5/N。
使用以上的液体喷出头2进行喷出试验。确认从液体喷出孔8至0.5mm的位置的液滴的飞行状态，并确认向以0.85m/s的速度输送的记录用纸P着落的液滴的状态，并分为如下4阶段来评价A：从喷出起汇集为1滴、B：飞行中1滴化、C：未能确认在飞行中1滴化，但记录用纸P上成为一个像素、D：记录用纸P上产生分液滴。
表1及表2中表示进行了试验的9种液体加压室10与液体喷出孔8的组合中的合成惯性的比M2/M1及合成柔量的比C2/C1。表3表示从9种液体加压室10与液体喷出孔8组合后的液体喷出头2喷出的液滴的分滴状态的评价结果。
【表1】
[表1]
M2/M1的值
【表2】
[表2]
C2/C1的值
Figure BDA0000112425240000172
【表3】
[表3]
分滴评价结果
Figure BDA0000112425240000181
A：1滴
B：飞行中1滴化
C：着落时1像素化
D：产生分液滴
在液体加压室10的深度为30μm且液体喷出孔8的喷嘴直径为20μm的组合、液体加压室10的深度为30μm且液体喷出孔8的喷嘴直径为22μm的组合、液体加压室10的深度为50μm且液体喷出孔8的喷嘴直径为22μm的组合、液体加压室10的深度为50μm且液体喷出孔8的喷嘴直径为24μm的组合的液体喷出头2中，形成C(着落时一个像素)以上的状态，得到良好的记录状态。其结果表示在合成惯性的比M2/M1为0.17≤M2/M1≤0.25、合成柔量的比C2/C1为0.18≤C2/C1≤0.23的范围内，1滴化倾向升高。认为这是由于使出液通道7内的不需要的振动衰减而形成的。
进而，表4所示使用液体加压室10的深度为50μm、液体喷出孔8的喷嘴直径为22μm的组合，改变第二出液通道7-2的长度Ld2及狭窄部7-3的长度Ld3，其他的尺寸与最初的试验相同，评价相对于出液通道7的长度Ld0的比率。
【表4】
[表4]
分滴评价结果
Figure BDA0000112425240000191
A：1滴
B：飞行中1滴化
C：着落时1像素化
D：产生分液滴
若Ld2/Ld0为20％～40％，则出液通道7内的压力振动的衰减效果提高，喷出的液滴为1滴，或者飞行中变为1滴。此外，若Ld3/Ld0为10％～15％，则喷出的液滴变为1滴。
此外，进而，表5及表6表示使用液体加压室10的深度为50μm、液体喷出孔8的喷嘴直径为22μm的组合，Ld2/Ld0为30％，改变狭窄部7-3的长度Ld3及截面积Sd3，其他的尺寸与最初的试验相同，对Ld3相对于出液通道7的长度Ld0的比率及相对于第一出液通道7-1的截面积Sd1的比率(其与相对于第二出液通道7-2的截面积Sd2的比率相同)进行评价。除上述评价以外，评价还研究了用于使喷出的液滴为7m/s所需要的电压。表5表示分滴状态的评价结果，表6表示电压的评价结果。在电压的评价中，记载了相对于分滴评价为A(1滴喷出)即Sd3/Sd1为70％、Ld3/Ld0为10％的液体喷出头的电压的比率。
【表5】
[表5]
分滴评价结果
Figure BDA0000112425240000201
A：1滴
B：飞行中1滴化
C：着落时1像素化
D：产生分液滴
【表6】
[表6]
电压评价
Figure BDA0000112425240000202
相对于分滴评价为A(1滴喷出)即Sd3/Sd1为70％、Ld3/Ld0为10％的液体喷出头的电压，Sd3/Sd1为30％以上的液体喷出头为114％以下的低电压，得到良好的着落状态。
附图标号说明
1…打印机
2…液体喷出头
4…流路部件
5…岐管
5a…副岐管
5b…开口
6…独立供给流路
7…出液通道(连通路)
7-1…第一出液通道(连通路)
7-2…第二出液通道(连通路)
7-3…出液通道的狭窄部
8…液体喷出孔
9…液体加压室组
10…液体加压室
11a、b、c、d…液体加压室列
12…节流孔
15a、b、c、d…液体喷出孔列
21…压电致动器单元
21a…压电陶瓷层(振动板)
21b…压电陶瓷层
22～31…板
32…独立流路
34…共用电极
35…独立电极
36…连接电极
50…位移元件

Claims (4)

1.一种液体喷出头，其具有液体加压室、向该液体加压室施加压力的加压部、将液体喷出孔及所述液体加压室与所述液体喷出孔相连的连通路，所述液体喷出头的特征在于，
所述连通路具有截面积窄的狭窄部，从与所述液体加压室连接的连接端至与所述狭窄部连接的连接端为止作为第一连通路，从与所述液体喷出孔连接的连接端至与所述狭窄部连接的连接端为止作为第二连通路，
当所述连通路的长度为Ld0(m)，所述第二连通路的长度为Ld2(m)，所述液体加压室与所述第一连通路的合成惯性为M1(kg/m4)、合成柔量为C1(m5/N)，所述液体喷出孔与所述第一连通路的合成惯性为M2(kg/m4)、合成柔量为C2(m5/N)时，所述狭窄部的截面积为所述第一连通路的截面积的0.7倍以下，且为所述第二连通路的截面积的0.7倍以下，并且分别满足0.2≤Ld2/Ld0≤0.4、0.17≤M2/M1≤0.25、0.18≤C2/C1≤0.23。
2.根据权利要求1所述的液体喷出头，其特征在于，
所述狭窄部的长度为Ld3(m)时，满足0.1≤Ld3/Ld0≤0.15。
3.根据权利要求1或2所述的液体喷出头，其特征在于，
所述狭窄部的截面积为所述第一连通路的截面积的0.3倍以上，且为所述第二连通路的截面积的0.3倍以上。
4.一种记录装置，其特征在于，具备：
权利要求1～3中任一项所述的液体喷出头、向所述液体喷出头输送记录介质的输送部、对所述液体喷出头的驱动进行控制的控制部。
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