CN102529377B - 喷液头及具有其的喷液装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供喷液头及喷液装置。该喷液头不伴随无谓的液体的排出废弃、能够边将排出特性维持得与现有的通用的喷液头相同边抑制排出液体的增粘，具有：经由墨液供给路(54)被供给墨液的压力发生室(52)；使该压力发生室(52)内发生压力变化的压电元件(11)；使伴随所述压力变化而从所述压力发生室(52)被排出的墨液向外部排出的喷嘴开口(56)；和与所述压力发生室(52)相比形成于喷嘴开口侧以使从压力发生室(52)被排出的墨液的一部分分流的循环用流通路(63)，构成为，在将墨液供给路(54)、喷嘴开口(56)以及循环用流通路(63)的各惯性设为Ms、Mn、Mc时，Ms≥(1/Mn+1/Mc)^-1的关系成立。

Description

喷液头及具有其的喷液装置

技术领域

本发明涉及喷液头及具有其的喷液装置，尤其是有效地应用于使从压力发生室被排出并经由喷嘴开口被排出的液体的一部分分流并循环的情况的喷液头及具有其的喷液装置。

背景技术

作为喷液装置，有具有如下的喷墨式记录头的喷墨式记录装置，该喷墨式记录头具有：通过例如包括压电元件的压力发生机构来产生用于墨滴排出的压力的多个压力发生室；从共用的储存箱向各压力发生室分别供给墨液的墨液供给路；和形成于各压力发生室以排出墨滴的喷嘴开口(例如参照专利文献1)。

在该喷墨式记录装置中，向与对应于打印信号的喷嘴连通的压力发生室内的墨液赋予排出能量以使墨滴从喷嘴开口向外部排出，并使其附着于纸等的介质的预定位置。因此，在这种喷墨式记录装置中，喷嘴开口面对空气。因此，由于经由喷嘴开口的蒸发，导致墨液增粘。其结果为，会发生因增粘了的墨液而对墨滴的排出特性产生负面影响的情况。即，会发生即使增粘了的墨液存在于局部、经由喷嘴开口的墨滴的排出量以及排出速度也会变化而导致发生附着不均这样的不良情况。

因此，在现有技术所涉及的通用的喷墨式记录装置中，1)在墨液增粘前，通过使喷墨式记录头移动到介质以外的部分以适当地舍弃排出墨液，从而总是将喷嘴开口附近的墨液维持成新鲜的状态，或者，2)在不使墨滴排出的情况下，通过作为压力发生机构的PZT等使压力发生室产生振动，或多或少地进行了抑制增粘的研究。

但是，在前者的情况下，会无谓地废弃墨液，在后者的情况下，存在即使墨液振动、在喷嘴开口附近也不能充分防止因墨液的蒸发所导致的增粘这样的问题。

因此，也提出了如下的喷墨式记录头，其中进行研究，通过使从压力发生室被排出而朝向喷嘴开口的墨液的一部分经由循环用流通路分流并循环，从而总是向喷嘴开口附近供给新鲜的墨液(参照专利文献2)。在采用该循环方式的喷墨式记录头中，由于使墨液循环，所以不会废弃墨液、能够总是维持喷嘴开口附近的墨液新鲜，能够同时解决如上所述的1)、2)的问题。

专利文献1：日本特开2002-355961号公报

专利文献2：日本特许第3097718号公报

另一方面，在采用如上所述的循环方式的喷墨式记录头中，由于使朝向喷嘴开口的墨液的一部分经由循环用流通路分流，所以，与此相应地，经由喷嘴开口被排出的墨液量会减少，成为使相对于压力发生室中的墨液的排出体积的墨液的排出效率恶化的原因。即，在如上所述的循环方式的喷墨式记录头中，得到与未采用循环方式的现有的通用型的喷墨式记录头相同的排出特性是很重要的，但现状却是没有为此进行研究。

另外，这样的问题不仅存在于喷射墨液的喷墨式记录头中，也同样存在于喷射其他的液体的喷液头中。

发明内容

本发明鉴于上述现有技术，其目的在于提供不会伴随无谓的液体的排出废弃、能够一边维持排出特性与现有的通用的喷液头相同一边抑制排出液体的增粘的喷液头及具有其的喷液装置。

达成上述目的的本发明的方式为一种喷液头，其特征在于，具备：经由液体供给路被供给液体的压力发生室；使该压力发生室内发生压力变化的压力发生机构；使伴随所述压力变化从所述压力发生室被排出的液体向外部排出的喷嘴开口；和与所述压力发生室相比形成于所述喷嘴开口侧以使从所述压力发生室被排出的所述液体的一部分分流的循环用流通路，构成为，在将所述液体供给路、喷嘴开口以及循环用流通路的各惯性设为Ms、Mn、Mc时，Ms≥(1/Mn+1/Mc)^-1的关系成立。

根据本方式，由于构成为满足上式的条件，所以打印等时从压力发生室被排出的墨液几乎都经由喷嘴开口被排出。因此，能够使该情况下的排出特性与不具有循环用流通路的现有的喷墨式记录头相同。另一方面，从压力发生室被排出的液体在经由循环用流通路到达墨液供给路、压力发生室的路径中循环，所以，能够总是向喷嘴开口的附近部分供给新鲜的墨液，能够尽可能地抑制其增粘。其结果为，不会无谓地废弃墨液，能够有效地防止因增粘所导致的排出特性的恶化。

这里，优选，所述循环用流通路与所述喷嘴开口并列地形成。因为，在该情况下能够容易且良好地发挥上述作用、效果。

进而，在上述喷液头中，优选，构成为，Mc＞Mn的关系成立。因为，在该情况下，由于喷嘴开口的惯性Mn比循环用流通路的惯性Mc小，所以，能够使从压力发生室被排出的液体更有效地经由喷嘴开口排出。

此外，在上述喷液头中，优选，构成为，在将所述喷嘴开口以及循环用流通路的各流路阻力设为Rn、Rc时，Mn/Rn＜Mc/Rc的关系成立。因为，在该情况下，能够更有效地使喷嘴弯液面处的液体的振动衰减。因此，即使应用于通过压力发生机构的驱动使压力发生室发生压力变化从而使通过墨液供给路的液体循环的自循环方式的结构中，也是尤其有用的条件。

本发明的其他的方式为喷液装置，其特征在于，具有上述喷液头中的任一个。

根据本方式，通过一边良好地维持排出特性，一边不会无谓地废弃液体、总是维持喷嘴开口附近的液体新鲜，从而能够成为具有长期稳定的排出特性以及附着性能的装置。

附图说明

图1是第一实施方式所涉及的记录头的剖视图。

图2是图1中的压电元件单元的立体图。

图3是图1中的压电元件单元的俯视图及剖视图。

图4是用于说明流路的惯性的说明图。

图5是表示流路的等效回路的回路图。

图6是第二实施方式所涉及的记录头的剖视图。

图7是表示实施方式所涉及的记录装置的概略图。

附图标记的说明

10：压电元件单元，11：压电元件，13：压电元件形成部件，14：固定基板，15：压电材料层，16：独立内部电极，17：共用内部电极，20：外部电极，21：电极非形成部，22：独立外部电极，23：共用外部电极，34：绝缘膜，35、36：金属层，50：流路形成基板，52：压力发生室，53：储存箱，54：墨液供给路，56：喷嘴开口，63、64：循环用流通路，68：泵，69：墨盒。

具体实施方式

以下，基于附图详细地对本发明的实施方式进行说明。

第一实施方式

图1(a)是作为本发明的第一实施方式所涉及的喷液头的一例的喷墨式记录头的压力发生室的较短方向的剖视图，图1(b)是作为喷液头的一例的喷墨式记录头的压力发生室的较长方向剖视图。如两图所示，流路形成基板50由单晶硅基板形成。在流路形成基板50的一面侧的表层部分，由多个分隔壁51划分出的压力发生室52沿该压力发生室52的宽度方向(较短方向)并列设置。用于对各压力发生室52供给作为液体的一种的墨液的储存箱53，经由作为液体供给路的一种的墨液供给路54连通于各压力发生室52的较长方向一端部侧。墨液从墨盒(未图示)经由形成于头壳体58的墨液供给路62被供给到储存箱53。

流路形成基板50的压力发生室52的开口面侧由振动板55封闭，在另一面侧，经由粘接剂和/或热熔敷薄膜而粘接有穿设有喷嘴开口56的喷嘴板57。

这里，在本实施方式中的流路形成基板50中形成有循环用流通路63。循环用流通路63与压力发生室52相比在喷嘴板57侧与压力发生室52平行地形成。即，循环用流通路63是与压力发生室52相比形成于喷嘴开口侧的、与喷嘴开口56并列的流路，构成为，使从压力发生室52被排出并要经由喷嘴开口56被向外部排出的墨液的一部分分流并回到储存箱53。因而，成为使墨液在储存箱53、墨液供给路54、压力发生室52、循环用流通路63的路径中循环的结构。关于该循环结构，后面将进一步说明。

在振动板55上固定有头壳体58，该头壳体58具有连接于未图示的多个墨盒的墨液供给路，并且，在该头壳体58以高精度定位并固定有压电元件单元10。即，在头壳体58中设置有贯通的收置部58a，在该收置部58a的一方的内表面，以使各压电元件11的前端与设置于振动板55上的与各压力发生室52相对应的区域的各岛状部59抵接的方式，固定有压电元件单元10。

这里，对于压电元件单元10，追加图2以及图3更详细地进行说明。图2是抽出压电元件单元进行表示的立体图，图3是图2的俯视图以及其A-A线剖视图。

如图2以及图3所示，该压电元件单元10具有：具有沿其宽度方向并列设置多个压电元件11的列12的压电元件形成部件13；和以使得压电元件形成部件13的前端部(一端部)侧成为自由端的方式接合其基端部(另一端部)侧的固定基板14。这里，压电元件形成部件13是将以下部分交替地夹着层叠而形成的，这些部分为：压电材料层15；构成压电元件11的两极的内部电极、即构成与相邻的压电元件11电独立的独立电极的独立内部电极16和构成与相邻的压电元件11电共用的共用电极的共用内部电极17。

此外，在压电元件形成部件13，通过例如线状锯(wire saw)等形成有多条狭缝18，其前端部侧被切分成梳齿状，从而形成压电元件11的列12。另外，在压电元件11的列12的两外侧，设置有定位部19，该定位部19具有比各压电元件11宽的宽度。该定位部19是用于在将压电元件单元10组装入喷墨式记录头中时，以高精度对压电元件单元10进行定位的部分。

这里，成为各压电元件11的独立电极的独立内部电极16，基本上设置于压电元件形成部件13的大致整个面的范围内，在与固定基板14的端面附近相对的区域，分离成前端部侧和基端部侧。另一方面，成为共用电极的共用内部电极17也基本上设置于压电元件形成部件13的大致整个面的范围内，与独立内部电极16同样，在压电元件11的前端部附近分离。即，压电元件11的接合于固定基板14的区域，成为无助于振动的惰性区域，如果对构成压电元件11的独立内部电极16及共用内部电极17之间施加电压，则仅未接合于固定基板14的前端部侧的区域振动。

此外，在压电元件形成部件13的外表面形成有与独立内部电极16及共用内部电极17连接的外部电极20。此外，在压电元件形成部件13的至少与压电元件11的列12相对应的区域的基端部侧，存在不存在外部电极20的电极非形成部21。

而且，多条狭缝18以到达与该电极非形成部21相对的区域的长度形成，外部电极20通过该狭缝18及电极非形成部21被分离，构成与相邻的压电元件11电独立的独立外部电极22和与相邻的压电元件电共用的共用外部电极23。具体而言，外部电极20被分离成与各压电元件11相对的部分和与定位部19相对的部分，与各压电元件11相对的区域的外部电极20，构成在压电元件形成部件13的前端部与构成压电元件11的独立电极的独立内部电极16电连接的独立外部电极22。

另一方面，设置于压电元件11的列12的两侧的定位部19上的外部电极20，构成在压电元件形成部件13的基端部侧的端面与构成各压电元件11的共用电极的共用内部电极17连接的共用外部电极23。即，在压电元件单元10中，在压电元件形成部件13的接合于固定基板14的部分的相反侧的面，并列地设有独立外部电极22，并且，在独立外部电极22的并列设置方向两侧在与定位部19相对的区域存在共用外部电极23。由此，能够比较容易地连接压电元件单元10和后述的布线基板，且能够谋求压电元件单元10的小型化。

这样的压电元件单元10中，如图1所示，固定基板14的与固定有压电元件11的面相反侧的面被固定于头壳体58的收置部58a。而且，供给用于驱动各压电元件11的信号的薄膜状的布线基板30连接于压电元件单元10。

布线基板30具有连接于压电元件11的独立外部电极22和共用外部电极23的连接布线33。供给驱动各压电元件11的驱动信号的驱动IC31安装在布线基板30上。作为布线基板30，能够良好地应用例如TAB带等卷带载体封装(TCP)等。即，布线基板30能够构成为，在聚酰亚胺等的基体薄膜32的表面通过铜箔等形成预定图形的导电层，在通过对导电层进行镀敷而形成连接布线33后，通过抗蚀剂等的绝缘膜34覆盖连接布线33的除了与压电元件11及后述的端子部连接的区域及要连接驱动IC31的端子的区域以外的部分。这里，驱动IC31在被安装于布线基板30后，通过覆盖连接布线33的绝缘膜34覆盖。

该布线基板30配置为，驱动IC31成为与固定基板14相对向的一面侧，且驱动IC31成为布线基板30的宽度方向的中央区域。而且，连接布线33的一端部与压电元件11的固定有固定基板14的端部侧的独立外部电极22及共用外部电极23经由金属层35电连接，所述金属层35是在例如连接布线33的表面及独立外部电极22及共用外部电极23的表面形成锡(Sn)-铋(Bi)合金等的金属后，通过在使两者抵接的状态进行加热而形成的。

此外，布线基板30的连接布线33的与连接于压电元件11的一端部相反侧的另一端部，弯曲地连接于输入布线基板60的输入布线61的端子部61a，该输入布线基板60设置于头壳体58的与振动板55相反侧的面。

这里，设置于头壳体58的输入布线基板60是用于从外部向驱动IC31以及压电元件11供给驱动电压及打印信号等的部件。而且，这样的输入布线基板60设置于头壳体58的与振动板55相反侧的面，所以，连接于固定于收置部58a的压电元件11的布线基板30，其与输入布线基板60的输入布线61的端子部61a连接的部分弯曲约90度，连接布线33的端部与端子部61a连接。而且，连接布线33和端子部61a经由金属层36电连接，该金属层36是例如在输入布线61的端子部61a的表面形成锡-磷铜合金等的金属后，通过在使两者抵接的状态下加热而形成的。此外，布线基板30经由紫外线固化型粘接剂(UV粘接剂)40、41、42粘接于固定基板14。

在该喷墨式记录头中，墨液经由与墨盒连通的墨液供给路62被供给到储存箱53，经由墨液供给路54被分配到各压力发生室52。如果此时通过向压电元件11施加电压使压电元件11收缩，则振动板55与压电元件11一起被拉起从而使压力发生室52的容积扩大。其结果为，墨液被引入压力发生室52内。而且，如果在直至到达喷嘴开口56为止使得内部由墨液填满后，根据来自驱动IC31的记录信号，解除施加于压电元件11的电压，则压电元件11伸长、恢复到原来的状态。由此，振动板55也移位回到原来的状态，因而压力发生室52收缩，内部压力将填充于压力发生室52内的墨液排出。其结果为，在墨液从喷嘴开口56被排出的同时，其一部分经由循环用流通路63回到储存箱53。此时的墨液的排出特性是由墨液供给路54、喷嘴开口56以及循环用流通路63的惯性以及流路阻力来规定的。

另外，惯性M在流路能够近似于图4所示的中空圆筒体的情况下，能够通过下式求出：

M＝ρ(L/S)，

其中，L：流动方向的长度，S：垂直面积，ρ：流体密度。

在本实施方式中，构成为，在将墨液供给路54、喷嘴开口56以及循环用流通路63的各惯性设为Ms、Mn、Mc时，下式(1)、(2)成立。

Ms≥(1/Mn+1/Mc)^-1......(1)

Mc＞Mn......(2)

同时，构成为，在将喷嘴开口56以及循环用流通路63的各流路阻力设为Rn、Rc时，下式(3)成立。

Mn/Rn＜Mc/Rc......(3)

该情况下的等效回路能够如图5所示。如该图所示，成为喷嘴开口56以及循环用流通路63与墨液供给路54并列连接的结构。此外，图5中，C_ACT为压电元件11的柔顺度、C_c为压力发生室52的柔顺度、C_n为喷嘴开口56处的弯液面的柔顺度。

如参照图5可知的那样，上式(1)表示喷嘴开口56和循环用流通路63的并联合成惯性比墨液供给路54的惯性Ms小或与其相等。因此，通过满足式(1)所示的条件，使从压力发生室52被排出的墨液更有效地向喷嘴开口56以及循环用流通路63侧被供给。

另外，上式(2)表示喷嘴开口56的惯性Mn比循环用流通路63的惯性Mc小。因此，通过满足式(2)所示的条件，使从压力发生室52被排出的墨液更有效地经由喷嘴开口56被排出，能够使排出效率与不具有循环用流通路63的现有的喷墨式记录头的排出效率相同。

上式(3)表示喷嘴开口56处的惯性Mn与流路阻力Rn之比小于循环用流通路63中的惯性Mc与流路阻力Rc之比。式(3)是表示包括喷嘴开口56以及循环用流通路63的各流路中的墨液的振动的衰减的程度的指标，表示与循环用流通路63中的振动相比，喷嘴开口56处的振动迅速衰减。由此，能够使自循环良好地进行，使打印特性受影响的程度为最小限度。这里，自循环是指，不依赖外部的驱动源、利用压电元件11的驱动力使从压力发生室52被排出的墨液经由循环用流通路63、储存箱53、墨液供给路54、压力发生室52循环的方式。在使该自循环进行的情况下(本方式的情况下)，上式(3)的条件成为特别有用的条件。这是因为优选，喷嘴开口56处的墨液的振动迅速衰减。

在本方式所涉及的喷墨式记录头中，构成为满足上式(1)以及(2)的条件，所以，打印等时从压力发生室52被排出的墨液几乎都经由喷嘴开口56被排出。因此，能够使该情况下的排出特性与不具有循环用流通路63的现有的喷墨式记录头相同。另一方面，从压力发生室52被排出的墨液在经由循环用流通路63到达储存箱53、墨液供给路54、压力发生室52的路径中循环，所以，能够总是向喷嘴开口56的附近部分供给新鲜的墨液，能够尽可能地抑制其增粘。其结果为，不会无谓地浪费墨液，能够有效地防止因增粘所导致的排出特性的恶化。

这里，优选，在打印等的通常工作时，使压电元件11以高频率(例如30kHz)驱动，在自循环时使其以低频率(例如2kHz)驱动。

第二实施方式

图6是表示作为本发明的第二实施方式所涉及的喷液头的一例的喷墨式记录头的图，图6(a)是其压力发生室的较短方向的剖视图，图6(b)是作为喷液头的一例的喷墨式记录头的压力发生室的较长方向剖视图。此外，图6中，对与图1相同的部分标注相同的附图标记，并省略重复的说明。

如图6所示，本方式是利用作为外部的驱动源的泵68使墨液循环的强制循环方式。该情况下的循环是按从贮存有墨液的墨盒69经由墨液供给路62到达储存箱53，再经由墨液供给路54、压力发生室52、循环用流通路64、储存箱65、墨液供给路66、泵68回到墨盒69的路径进行的。这里，循环用流通路64形成为，虽然与第一实施方式同样，与压力发生室52相比在喷嘴开口侧与喷嘴开口56并列地形成，使从压力发生室52被排出的墨液的一部分分流，但是不像第一实施方式那样回到储存箱53，而是直接连通于别的储存箱65。储存箱65形成于流路形成基板50的与储存箱53相反侧的端部，与墨液供给路66连通，该墨液供给路66形成于头壳体58的与墨液供给路62相反侧的端部。泵68经由流路67连接于墨液供给路66的上端开口。

在本方式中，也构成为，在将墨液供给路54、喷嘴开口56以及循环用流通路64的各惯性设为Ms、Mn、Mc，将喷嘴开口56以及循环用流通路64的各流路阻力设为Rn、Rc时，上式(1)、(2)、(3)成立。

因此，第一实施方式为自循环方式，相对于此，本方式采用强制循环方式，仅这一点不同，在循环方式这一点上与第一实施方式相同，因此，能够使该情况下的作用、效果与第一实施方式完全同样地发挥出来。

另外，本方式所涉及的喷墨式记录头采用强制循环方式，所以，并不是必需满足上式(3)的条件。这是因为式(3)是赋予在采用自循环方式的情况下特别有用的条件的式子。

与喷液头相关的其他的实施方式

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明当然不限于此。例如，上述实施方式所涉及的喷墨式记录头是具有使压电材料和电极形成材料交替层叠并在轴方向上伸缩的纵振动型致动器的记录头，但同样也能够应用于作为使压力发生室发生压力变化的压力发生机构而具有作为薄膜型的致动器的压电元件的记录头、具有作为通过贴附印制电路基板等的方法所形成的厚膜型的致动器的压电元件的记录头等。而且，作为压力发生机构，还能够应用于以下致动器：在压力发生室内配置发热元件，通过由发热元件的发热所产生的气泡使液滴从喷嘴开口排出的所谓气泡式致动器；和/或在振动板和电极之间产生静电，通过静电力使振动板变形以使液滴从喷嘴开口排出的所谓静电式致动器等。总之，只要是采用以下构成的喷墨式记录头就能够没有限制地应用，该喷墨式记录头具有与压力发生室相比在喷嘴开口侧与喷嘴开口并列地形成以使从压力发生室被排出的墨液的一部分分流的循环用流通路，并使在压力发生室流通的墨液循环，在应用该喷墨式记录头的情况下，能够发挥与上述实施方式同样的作用、效果。

进而，本发明广泛地将所有的喷液头作为对象，当然也能够应用于对墨液以外的液体进行喷射的喷液头。作为其他的喷液头，可以列举出例如打印机等的图像记录装置所用的各种的记录头、液晶显示器等的滤色器的制造所用的色材喷射头、有机EL显示器、FED(场致发射显示器)等的电极形成所用的电极材料喷射头、生物芯片制造所用的生物体有机物喷射头等。

具有上述实施方式所涉及的喷液头的液体喷射式记录装置

上述实施方式所涉及的喷墨式记录头，构成具备与墨盒等连通的墨液流路的记录头单元的一部分，被搭载于喷墨式记录装置。图7是表示该喷墨式记录装置的一例的概略图。如该图所示，相对于具有上述实施方式所涉及的喷墨式记录头的记录头单元1A、1B，可装卸地设置有构成墨液供给机构的墨盒2A、2B，搭载有该记录头单元1A及1B的滑架3轴向移动自如地设置于滑架轴5，该滑架轴5安装于装置本体4。该记录头单元1A及1B分别排出例如黑色墨液组合物及彩色墨液组合物。

而且，驱动马达6的驱动力经由未图示的多个齿轮以及同步带7被传递到滑架3，由此使搭载有记录头单元1A及1B的滑架3沿滑架轴5移动。另一方面，在装置本体4沿滑架轴5设置有压印板8，作为通过未图示的供纸辊等被供纸的纸等的记录介质的记录片S被卷挂于压印板8而被输送。

Claims (4)

1.一种喷液头，其特征在于，

具备：经由液体供给路被供给液体的压力发生室；

使该压力发生室内发生压力变化的压力发生机构；

使伴随所述压力变化而从所述压力发生室被排出的液体向外部排出的喷嘴开口；和

与所述压力发生室相比形成于所述喷嘴开口侧以使从所述压力发生室被排出的所述液体的一部分分流的循环用流通路，

构成为，在将所述液体供给路、喷嘴开口以及循环用流通路的各惯性设为Ms、Mn、Mc时，

Ms≥(1/Mn+1/Mc)^－1的关系成立，

在将所述喷嘴开口以及循环用流通路的各流路阻力设为Rn、Rc时，

Mn/Rn＜Mc/Rc的关系成立。

2.根据权利要求1所述的喷液头，其特征在于，

所述循环用流通路与所述喷嘴开口并列地形成。

3.根据权利要求1或2所述的喷液头，其特征在于，

构成为，Mc＞Mn的关系成立。

4.一种喷液装置，其特征在于，

具有权利要求1或2所述的喷液头。