CN102950896A - 液体喷出头和液体喷出方法 - Google Patents

液体喷出头和液体喷出方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种液体喷出头和液体喷出方法。所述液体喷出头包括：喷出口，用于喷出液体；压力室，其与所述喷出口相连通；流路，用于向所述压力室供给液体；以及第一发热元件和第二发热元件，用于生成喷出液体要使用的能量，其中所述第一发热元件和所述第二发热元件沿着从所述流路向着所述压力室的液体的供给方向依次配置在所述压力室内，其中，在从所述喷出口喷出液体的方向观看的情况下，所述第一发热元件和所述第二发热元件之间的部分位于所述喷出口的开口内。

Description

液体喷出头和液体喷出方法
技术领域
本发明涉及一种用于通过喷出诸如墨等的液体在记录介质上进行记录的液体喷出头和液体喷出方法。
背景技术
存在用于通过喷出墨在诸如纸张等记录介质上进行记录的喷墨记录设备。在该喷墨记录设备上通常安装有能够喷出墨的液体喷出头。
在该液体喷出头中，广泛应用使用发热元件的喷墨系统。在这种液体喷出头中，多个压力室内的发热元件向墨供给热能以使该墨进行膜沸腾，从而在各压力室内产生气泡。当产生了气泡时，向这些气泡周围的墨施加压力，因而压力室内的墨从与发热元件相对配置的喷出口被喷出。
在使用发热元件的液体喷出头中，通常，在发热元件上所产生的气泡与墨被喷出之后经由喷出口流入压力室内的外部空气相连通，并连同该外部空气一起从喷出口被排出。然而，可能发生被称为气蚀的现象，其中，所产生的气泡残留在发热元件上，并且这些气泡因在向着发热元件的方向上受到墨施压而被迅速地分裂至该发热元件的侧面。在发生气蚀的情况下，墨迅速地碰撞发热元件，因而发热元件可能被损坏。
日本特开2008-238401公开了防止气蚀发生的液体喷出头。在该液体喷出头中，喷出口的位置从与发热元件相对的位置偏移至用于向压力室供给墨的公共液室的相对侧。
根据上述结构，在喷出墨之后从公共液室向喷出口供给墨时，在发热元件上发生墨在向着喷出口的方向上的流动。因此，在发热元件上所产生的气泡跟随墨的流动而在喷出口的方向上被引导，以与外部空气相连通。因而，在该液体喷出头中，可以防止所产生的气泡残留在发热元件上，因此不易发生气蚀现象。
近年来，伴随着针对记录设备在记录介质上进行记录的高图像质量化和高速化的需求，存在针对液体喷出头中的喷出口的高密度化的需求。为了满足这些需求，需要减小由多个喷出口构成的喷出口行中的喷出口的间隔，并减小各喷出口行的间隔。
另一方面，为了使发热元件能够生成足够的热能，需要形成至少预定大小的各发热元件。因此，为了减小喷出口行中的喷出口的间隔，需要在与喷出口行垂直的方向上以细长方式形成发热元件。然而，在这种情况下，如日本特开2008-238401所述，当喷出口配置于发热元件的沿着墨的流动方向的下游侧时，各喷出口行的间隔将会变大。
发明内容
根据本发明的方面，提供一种液体喷出头，包括：喷出口，用于喷出液体；压力室，其与所述喷出口相连通；流路，用于向所述压力室供给液体；以及第一发热元件和第二发热元件，用于生成喷出液体要使用的能量，其中所述第一发热元件和所述第二发热元件沿着从所述流路向着所述压力室的液体的供给方向，按照所述第一发热元件、所述第二发热元件的顺序配置在所述压力室内，其中，在从所述喷出口喷出液体的方向观看的情况下，所述第一发热元件和所述第二发热元件之间的部分位于所述喷出口的开口内。
根据本发明的另一方面，提供一种液体喷出方法，包括：提供液体喷出头，所述液体喷出头包括：喷出口，用于喷出液体；压力室，其与所述喷出口相连通；流路，用于向所述压力室供给液体；以及第一发热元件和第二发热元件，用于生成喷出液体要使用的能量，其中所述第一发热元件和所述第二发热元件沿着从所述流路向着所述压力室的液体的供给方向，按照所述第一发热元件、所述第二发热元件的顺序配置在所述压力室内；使所述第一发热元件和所述第二发热元件进行发热，由此利用所述第一发热元件和所述第二发热元件分别产生的气泡从所述喷出口推出液体；以及在通过所述第一发热元件的发热所产生的气泡收缩的情况下，使得该气泡与从所述喷出口流入的外部空气相连通，并使得通过所述第二发热元件的发热所产生的气泡在没有与外部空气相连通的情况下在液体内消失。
通过以下参考附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的液体喷出头的局部剖切立体图。
图2A和2B是示出图1所示的液体喷出头的压力室附近的示意结构图。
图3是示出图1所示的液体喷出头的电布线的图。
图4A、4B、4C、4D和4E是示出图1所示的液体喷出头中喷墨时气泡的行为的图。
具体实施方式
以下参考附图来说明本发明的实施例。
图1是示出根据本发明的一个实施例的液体喷出头(以下还称为“记录头”)101的局部剖切立体图。记录头101包括墨供给构件150、Si(硅)基板110和流路形成构件111等。
Si基板110设置在墨供给构件150上，并且Si基板110设置有在厚度方向上贯通Si基板110的公共液室112。墨供给构件150包括用于将从储墨器(未示出)供给的墨引导至公共液室112的流路(未示出)。Si基板110可以利用由其它材料制成的基板来替换。用于形成该基板的其它材料的例子包括玻璃、陶瓷、树脂和金属。
流路形成构件111设置在Si基板110上，并且多个压力室200(参见图2B)分别经由墨流路300与Si基板110的公共液室112相连通且排列成两行。在各压力室200中，设置有形成在Si基板110上的两种发热元件(加热器)400和401、以及形成在与加热元件400和401相对的位置处的喷出口100。附图标记500表示墨供给口。
在Si基板110的表面上设置有用于促进热的发散的绝缘膜(未示出)。此外，发热元件400和401的表面被用于保护发热元件400和401的绝缘膜(未示出)所覆盖。
确定喷出口100的各行中的各喷出口100的间隔，从而能够以1200dpi进行记录。在本实施例中，墨流路300以21.2μm的间隔形成。喷出口100的彼此相邻的各行被配置成在行方向上相互偏移了喷出口100的间隔的一半。
图2A和2B是示意性示出图1所示的记录头101的压力室200附近的放大结构图。图2A是平面透视图，并且图2B是沿着图2A的线2B-2B所截取的截面图。
发热元件400和401从更靠近墨流路300的侧面起按第一发热元件400和第二发热元件401的顺序依次间隔排列。发热元件400和401各自具有矩形形状，并且发热元件400和401的与墨流路300垂直相交的边的长度为预定长度W。关于沿着墨流路300的方向的边的长度，第一发热元件400具有预定长度L1并且第二发热元件401具有预定长度L2。第一发热元件400的沿着墨流路300的方向的边与第二发热元件401的边相比较长，并且更具体地，满足了L1>L2的关系。因而，第一发热元件400的表面积大于第二发热元件401的表面积。在本实施例中，长度W为10.2μm，长度L1为34.6μm，并且长度L2为8.9μm。
在本实施例中，第一发热元件400的有效起泡区域是从第一发热元件400的外周起2μm的部分的内侧区域。因而，发热元件400和401的有效起泡区域的沿着与墨流路300相交的方向的该方向上的长度为6.2(=10.2-4.0)μm。此外，第一发热元件400的有效起泡区域的沿着墨流路300的方向的该方向上的长度为30.6(=34.6-4.0)μm。第二发热元件401的有效起泡区域的沿着墨流路300的方向的该方向上的长度为4.9(=8.9-4.0)μm。
因而，第一发热元件400的有效起泡区域的面积为189.72(=30.6×6.2)μm2，并且第二发热元件401的有效起泡区域的面积为30.38(=4.9×6.2)μm2。因而，在各压力室200中，第一发热元件400和第二发热元件401的有效起泡区域的总面积为220.1μm2(189.72+30.38)。
记录头101从喷出口100进行喷墨所用的喷出压力依赖于发热元件400和401所生成的热能。然后，发热元件400和401所生成的热能依赖于第一发热元件400和第二发热元件401的有效起泡区域的总面积。在本实施例中，确定第一发热元件400和第二发热元件401的有效起泡区域的面积，从而获得足够的墨喷出压力。
因此，根据本实施例的记录头101可以利用发热元件400和401生成足以从喷出口100进行喷墨的热能。
喷出口100与第一发热元件400和第二发热元件401之间的部分相对，并且与发热元件400和401这两者部分地相对。这使得这两种发热元件400和401所生成的热能能够高效率地用于进行喷墨。
图3是示出用于对发热元件400和401进行通电的电布线的图。各压力室200设置有单独布线600。当利用单独布线600对串联连接的第一发热元件400和第二发热元件401进行通电时，发热元件400和401同时生成热能。如上所述，发热元件400和401的宽度W大致彼此相等，因而这两者的电阻率也大致彼此相等。此外，相邻的压力室200中的发热元件400和401共享共用布线700，并且单独布线600经由共用布线700接地。
接着，参考图4A~4E来说明利用根据本实施例的记录头101来喷出液体的方法以及喷墨时气泡的行为。图4A~4E是示出记录头101的压力室200附近的放大截面侧视图。
图4A示出第一发热元件400和第二发热元件401同时生成热能的状态。第一发热元件400形成气泡B1，并且第二发热元件401形成气泡B2。因而，墨被推出并且从喷出口100突出(第一阶段)。
如上所述，第一发热元件400的有效起泡区域的面积大于第二发热元件401的有效起泡区域的面积。因此，第一发热元件400所产生的热量大于第二发热元件401所产生的热量。因而，气泡B1要大于气泡B2。
图4B示出在第一阶段之后、紧挨在已从喷出口100喷出墨之后的状态。用于将与已喷出墨的量相对应的量的外部空气吸引至喷出口100内的力作用于墨。因而，墨向气泡B1和B2施加箭头方向上的力。
图4C示出外部空气经由喷出口100流入压力室200(参见图2B)的状态。此时，墨向气泡B1和B2施加箭头方向上的力。另一方面，伴随着气泡B1和B2的收缩，在从墨流路300向着压力室200的方向上供给与已喷出墨的量相对应的量的墨。喷出口100形成在第一发热元件400的沿着墨的流动方向的下游侧，因而气泡B1被墨移动至喷出口100侧。此时，气泡B1和B2在墨中独立存在(第二阶段)。
图4D示出正从墨流路300向喷出口100供给墨的状态。气泡B1被墨移动至与流入的外部空气相连通。此外，此时压力室200内的墨处于加压状态，因而气泡B2被墨压缩。
图4E示出在图4D所示的状态之后的状态。与外部空气相连通的气泡B1被吸入该外部空气内。另一方面，气泡B2进一步被墨压缩以使其消失。与此同时，压力室200和喷出口100内填充有墨(第三阶段)。
如上所述，第一发热元件400位于喷出口100的沿着从墨流路300向着喷出口100的墨的流动方向的上游侧，因而气泡B1跟随墨的流动而在喷出口100的方向上移动。因此，在第一发热元件400中，气泡B1没有残留在第一发热元件400上，因而不会发生气蚀现象。
第二发热元件401的中心位置相对于喷出口100的中心位置偏移，因而气泡B2不易受到从墨向着第二发热元件401的方向上的力的影响。此外，关于第二发热元件401，第一发热元件400所产生的气泡B1和第二发热元件401所产生的气泡B2相互拉伸，并且第二发热元件401所产生的气泡的消失速度减慢。因而，气泡B2在经受来自周围墨的压力的情况下缓慢地消失。因此，第二发热元件也不会发生气蚀现象。
因此，在根据本实施例的记录头101中，第一发热元件400和第二发热元件401都不会发生气蚀。
由于上述结构，在记录头101中，可以减小喷出口在其行方向上的间隔，并且还可以减小各喷出口行之间的间隔。因此，在使用该结构的记录头中，可以在发热元件不会发生气蚀的情况下以600dpi进行记录。在根据本实施例的记录头101中，可以以1200dpi进行记录。
尽管已经参考典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围符合最宽的解释，以包含所有这类修改、等同结构和功能。

Claims (17)

1.一种液体喷出头，包括：
喷出口，用于喷出液体；
压力室，其与所述喷出口相连通；
流路，用于向所述压力室供给液体；以及
第一发热元件和第二发热元件，用于生成喷出液体要使用的能量，其中所述第一发热元件和所述第二发热元件沿着从所述流路向着所述压力室的液体的供给方向，按照所述第一发热元件、所述第二发热元件的顺序配置在所述压力室内，
其中，在从所述喷出口喷出液体的方向观看的情况下，所述第一发热元件和所述第二发热元件之间的部分位于所述喷出口的开口内。
2.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述第一发热元件和所述第二发热元件之间的间隔小于所述喷出口的直径。
3.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述第一发热元件的面积大于所述第二发热元件的面积。
4.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述第一发热元件和所述第二发热元件经由布线串联连接。
5.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述第一发热元件在与所述供给方向垂直的方向上的长度和所述第二发热元件在与所述供给方向垂直的方向上的长度大致彼此相等。
6.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述第一发热元件的电阻率和所述第二发热元件的电阻率大致彼此相等。
7.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，在从所述喷出口喷出液体的方向观看的情况下，所述第一发热元件的在所述第二发热元件侧的端部的一部分和所述第二发热元件的在所述第一发热元件侧的端部的一部分位于所述喷出口的开口内。
8.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，所述第一发热元件在所述供给方向上的长度相对于所述第一发热元件在与所述供给方向垂直的方向上的长度之比大于所述第二发热元件在所述供给方向上的长度相对于所述第二发热元件在与所述供给方向垂直的方向上的长度之比。
9.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，通过所述第一发热元件的驱动所产生的气泡与大气相连通，并且通过所述第二发热元件的驱动所产生的气泡在没有与外部空气相连通的情况下消失。
10.一种液体喷出方法，包括：
提供液体喷出头，所述液体喷出头包括：喷出口，用于喷出液体；压力室，其与所述喷出口相连通；流路，用于向所述压力室供给液体；以及第一发热元件和第二发热元件，用于生成喷出液体要使用的能量，其中所述第一发热元件和所述第二发热元件沿着从所述流路向着所述压力室的液体的供给方向，按照所述第一发热元件、所述第二发热元件的顺序配置在所述压力室内；
使所述第一发热元件和所述第二发热元件进行发热，由此利用所述第一发热元件和所述第二发热元件分别产生的气泡从所述喷出口推出液体；以及
在通过所述第一发热元件的发热所产生的气泡收缩的情况下，使得该气泡与从所述喷出口流入的外部空气相连通，并使得通过所述第二发热元件的发热所产生的气泡在没有与外部空气相连通的情况下在液体内消失。
11.根据权利要求10所述的液体喷出方法，其中，通过所述第一发热元件的发热所产生的气泡在沿着与所述供给方向相反的方向在所述第一发热元件上移动的情况下，与外部空气相连通。
12.根据权利要求10所述的液体喷出方法，其中，在从所述喷出口喷出液体的方向观看的情况下，所述第一发热元件和所述第二发热元件之间的部分位于所述喷出口的开口内。
13.根据权利要求10所述的液体喷出方法，其中，所述第一发热元件和所述第二发热元件之间的间隔小于所述喷出口的直径。
14.根据权利要求10所述的液体喷出方法，其中，所述第一发热元件的面积大于所述第二发热元件的面积。
15.根据权利要求10所述的液体喷出方法，其中，所述第一发热元件和所述第二发热元件经由布线串联连接。
16.根据权利要求10所述的液体喷出方法，其中，在从所述喷出口喷出液体的方向观看的情况下，所述第一发热元件的在所述第二发热元件侧的端部的一部分和所述第二发热元件的在所述第一发热元件侧的端部的一部分位于所述喷出口的开口内。
17.根据权利要求10所述的液体喷出方法，其中，所述第一发热元件在所述供给方向上的长度相对于所述第一发热元件在与所述供给方向垂直的方向上的长度之比大于所述第二发热元件在所述供给方向上的长度相对于所述第二发热元件在与所述供给方向垂直的方向上的长度之比。
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