CN103492184A

CN103492184A - 驱动液体喷射头的方法和液体喷射设备

Info

Publication number: CN103492184A
Application number: CN201280019013.2A
Authority: CN
Inventors: 笹川直人; 北上浩一; 贺集亮太
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: JP2012232574A; JP6029308B2; US9259923B2; US20140035978A1; WO2012144175A1; CN103492184B

Abstract

驱动液体喷射头的方法包括：制备包括第一流径和第二流径以及压电元件的液体喷射头；第一步骤，所述第一步骤在所述第一流径中形成液体的从孔口凹向所述第二流径的弯液面的同时将扩展第二流径的第一电压施加到所述压电元件，以便使得弯液面运动到第二流径；第二步骤，所述第二步骤在向第一流径运动的弯液面定位在第二流径中的同时将收缩第二流径的第二电压施加到压电元件，以便使得液体运动到第一流径；和第三步骤，所述第三步骤在液体从孔口突出后将扩展第二流径的第三电压施加到压电元件，以便从孔口喷射液体。

Description

驱动液体喷射头的方法和液体喷射设备

技术领域

本发明涉及一种驱动液体喷射头的方法，所述液体喷射头构造成喷射液滴，并且本发明涉及一种液体喷射设备。

背景技术

安装在诸如喷墨式打印设备的液体喷射设备上的液体喷射头包括诸如压电元件的致动器，其作为用于喷射液滴的能量的发生器。这种液体喷射头是有利的，因为其能够喷射多种类型的液滴（例如，墨水）。

近年来，液体喷射设备已经用于不同目的，包括由按需打印（POD）技术实施的商业打印。为了满足商业打印等中所要求的高速打印需求，液体喷射头要求增加每单位时间喷射的液滴数量。为此，需要以高频驱动液体喷射头。

如果液体喷射头喷射在可记录介质上的液体包含大量水，则可记录介质可能会发生变形（发生卷曲、折皱、或其它缺陷）。为了防止可记录介质发生这种变形，理想的是使用包含少量水的高粘度液体作为液体喷射头喷射的液体。

然而，高粘度液体不易流动。因此，高粘度液体在喷射高粘度液体的液体喷射头中缓慢流动。在液体喷射头喷射液体的液滴之后，需要时间用液体来重新填充液体喷射头。

在以高频驱动液体喷射头的情况中，需要用液体快速重新填充液体喷射头。如果在此使用高粘度液体，就不能用液体充分地重新填充液体喷射头。如果没有用液体充分地重新填充液体喷射头，则液体喷射头可能不能喷射液滴。

专利文献1公开了一种用于使用液体快速重新填充液体喷射头的技术。液体喷射头包括：多个单独的液体室，所述液体室均连接到孔口，液滴通过所述孔口喷射；共用液体室，所述共用液体室将液体供应到单独的液体室；和连通部分，所述连通部分允许共用液体室和单独液体室相互连通。

在液体喷射头的连通部分中，竖直布置有多个三棱柱构件，所述三棱柱构件均具有三个侧壁。在每个棱柱构件中，侧壁中的一个侧壁面向对应的单独液体室，而由其它两个侧壁形成的脊指向共用液体室。因此，多个棱柱构件之间的间隙在单独液体室一侧较窄而在共用液体室一侧较宽。

在这种液体喷射头中，连通部分中的棱柱构件调节液体从共用液体室流至单独液体室的流动方向。为此，液体易于从共用液体室流至单独液体室，而液体几乎不会从单独液体室流至共用液体室。因为通过使得液体从共用液体室流至单独液体室而用液体重新填充液体喷射头，所以能够用液体快速地重新填充液体喷射头。

为了液体喷射头能够用于其它不同应用，要求液体喷射头接收具有更高粘度的液体或者以更高频率驱动所述液体喷射头。具体地，要求液体喷射头在50kHz的频率喷射粘度为40cP的液滴。在这种情况中，即使对于专利文献1中公开的液体喷射头而言也难以用从共用液体室流至单独液体室的液体完全将其重新填充。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利No.4061953

发明内容

本发明提供一种驱动液体喷射头的方法。所述方法包括制备液体喷射头、第一步骤、第二步骤和第三步骤。液体喷射头包括：孔口，液体通过所述孔口喷射；第一流径，所述第一流径具有连接到孔口的第一端部；第二流径，所述第二流径连接到第一流径的与第一端部相反的第二端部，而且所述第二流径的截面积大于第一流径的截面积；和压电元件，所述压电元件设置成对应于第二流径，所述压电元件允许通过用电压改变第二流径的容量来从孔口喷射液滴，所述电压具有施加到压电元件的预定波形。在第一步骤中，在液体的从孔口凹向第二流径内侧的弯液面形成在第一流径中的同时将增加第二流径的容量的第一电压施加到压电元件，以便使得弯液面运动至第二流径内侧。在第二步骤中，在第二流径的向第一流径运动的弯液面定位在第二流径中的同时将减小第二流径容量的第二电压施加到压电元件，以便使得液体运动至第一流径内侧。在第三步骤中，在第一流径中的液体从孔口突出之后将增加第二流径容量的第三电压施加到压电元件，以便从孔口喷射液体。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的液体喷射设备的示意图；

图2A是在图1中图解的液体喷射头的示意图；

图2B是在图1中图解的液体喷射头的示意图；

图2C是在图1中图解的液体喷射头的示意图；

图3A是在图2A至图2C中图解的液体喷射头的示意图；

图3B是在图2A至图2C中图解的液体喷射头的示意图；

图4是表示通过使用根据第一实施例的液体喷射头实施的实验数据的图表；

图5图解了施加到根据第一实施例的液体喷射头的压电元件的电压的波形；

图6A图解了根据第一实施例的液体喷射头的操作状态；

图6B图解了根据第一实施例的液体喷射头的操作状态；

图6C图解了根据第一实施例的液体喷射头的操作状态；

图6D图解了根据第一实施例的液体喷射头的操作状态；

图6E图解了根据第一实施例的液体喷射头的操作状态；

图6F图解了根据第一实施例的液体喷射头的操作状态；

图6G图解了根据第一实施例的液体喷射头的操作状态；

图6H图解了根据第一实施例的液体喷射头的操作状态；

图6I图解了根据第一实施例的液体喷射头的操作状态；

图6J图解了根据第一实施例的液体喷射头的操作状态；

图6K图解了根据第一实施例的液体喷射头的操作状态；

图6L图解了根据第一实施例的液体喷射头的操作状态；

图7A是根据通过修改在图2A至图2C中图解的液体喷射头获得的变型方案的液体喷射头的示意图；

图7B是根据通过修改在图2A至图2C中图解的液体喷射头获得的变型方案的液体喷射头的示意图；

图8A是根据通过修改在图2A至图2C中图解的液体喷射头获得的另一个变型方案的液体喷射头的示意图；

图8B是根据通过修改在图2A至图2C中图解的液体喷射头获得的变型方案的液体喷射头的示意图；

图9图解了施加到根据本发明的第二实施例的液体喷射头的压电元件的电压的波形；

图10A图解了根据第二实施例的液体喷射头的操作状态；

图10B图解了根据第二实施例的液体喷射头的操作状态；

图10C图解了根据第二实施例的液体喷射头的操作状态；

图10D图解了根据第二实施例的液体喷射头的操作状态；

图10E图解了根据第二实施例的液体喷射头的操作状态；

图10F图解了根据第二实施例的液体喷射头的操作状态；

图10G图解了根据第二实施例的液体喷射头的操作状态；

图10H图解了根据第二实施例的液体喷射头的操作状态；

图10I图解了根据第二实施例的液体喷射头的操作状态；

图10J图解了根据第二实施例的液体喷射头的操作状态；

图10K图解了根据第二实施例的液体喷射头的操作状态；

图10L图解了根据第二实施例的液体喷射头的操作状态；

图11图解了施加到根据通过修改根据第二实施例的液体喷射头的压电元件获得的变型方案的液体喷射头的压电元件的电压的波形；

图12A是根据本发明的第三实施例的液体喷射头的示意图；

图12B是根据本发明的第三实施例的液体喷射头的示意图；

图13图解了施加到根据第三实施例的液体喷射头的压电元件的电压的波形；

图14A图解了根据第三实施例的液体喷射头的操作状态；

图14B图解了根据第三实施例的液体喷射头的操作状态；

图14C图解了根据第三实施例的液体喷射头的操作状态；

图14D图解了根据第三实施例的液体喷射头的操作状态；

图14E图解了根据第三实施例的液体喷射头的操作状态；

图14F图解了根据第三实施例的液体喷射头的操作状态；

图14G图解了根据第三实施例的液体喷射头的操作状态；

图14H图解了根据第三实施例的液体喷射头的操作状态；

图14I图解了根据第三实施例的液体喷射头的操作状态；

图14J图解了根据第三实施例的液体喷射头的操作状态；

图14K图解了根据第三实施例的液体喷射头的操作状态；

图14L图解了根据第三实施例的液体喷射头的操作状态；

图15图解了施加到通过修改根据第三实施例的液体喷射头的压电元件获得的变型方案的液体喷射头的压电元件的电压的波形。

具体实施方式

参照附图，将在下文描述本发明的实施例。注意的是，本发明并不局限于下文描述的实施例。

第一实施例

将参照附图描述本发明的第一实施例。

图1是根据第一实施例的液体喷射设备1的示意图。液体喷射设备1包括环形传送带5，所述环形传送带5卷绕在传送辊4上并且在所述环形传送带5上放置有可记录介质3。液体喷射设备1通过传送辊4的驱动力使得传送带5旋转并且因此沿着图1中图解的箭头方向传送可记录介质3。

图1中图解的液体喷射设备1包括四个液体喷射头2。液体喷射头2沿着传送可记录介质3的方向并排布置。每个液体喷射头2均连接到对应的墨盒6，所述墨盒6容纳黄色（Y）、洋红（M）、青色（C）或者黑色（Bk）的液体（墨水）。可以以任何顺序定位喷射不同颜色墨水的液体喷射头2。将容纳在每个墨盒6中的液体传递到液体喷射头2中的对应的一个的泵7布置在液体喷射头2和墨盒6之间。

液体喷射设备1能够利用每个液体喷射头2以全色实施在可记录介质3上的记录，所述液体喷射头2将从对应墨盒6供应的对应颜色的墨水适当地喷射至可记录介质3。

图2A至图2C是图解了根据第一实施例的液体喷射头2的一部分的示意图。图2A图解了一个液体喷射头2的底部表面，所述底部表面面向可记录介质3（见图1）。图2B是液体喷射头2的沿着图2A的线IIB-IIB获得的剖视图。图2C是在图2B中图解的位于孔口9附近的将在下文描述的部分的放大图。

液体喷射头2包括：孔板8，在所述孔板8中形成有第一流径10；和流径形成构件15，在所述流径形成构件15中形成有第二流径11和共用液体室12。孔板8结合到流径形成构件15，使得每条第一流径10均与对应的第二流径11连通。每个孔口9均设置有第一流径10和对应的第二流径11。图2A中图解的一行孔口9共享共用液体室12。

每个第一流径10的与第二流径11相反的端部是孔口9，通过所述孔口9喷射液滴。第一流径10具有与孔口9一样的直径并且垂直于孔板8的表面形成。因此，通过第一流径10并且从孔口9喷射出的液滴沿着垂直于孔板8的方向行进。

从孔口9喷射的液滴在可记录介质3上形成一个点（见图1）。当孔口9和第一流径10的直径减小时，由从孔口9喷射出的液滴形成在可记录介质3上的点变小。喷射在可记录介质3上的液滴越小，由液体喷射头2记录在可记录介质3上的图像越精细。因此，优选的是孔口9和第一流径10具有小直径。具体地，优选的是孔口9具有大约10微米至20微米的直径，以便从孔口9喷射大约1pl至4pl的细液滴。

第一流径10确定相对于可记录介质3从孔口9喷射液滴的方向。因此优选的是，第一流径10的直径较小，以便液体沿着一个方向流至孔口9。

在第一实施例中，孔口9的直径为17微米，并且第一流径10的直径也是17微米。孔板8的厚度是17微米。简言之，第一流径10具有柱状，所述柱状的直径为17微米且长度也为17微米。

第二流径11的截面积（沿着垂直于孔板8的方向获得的截面的面积）大于第一流径10的截面积。因此，弯曲状的连接部分14形成在第一流径10和第二流径11之间。在这个实施例中，每个连接部分14的由第二流径11的位于第一流径10一侧的端面（孔板8的面向第二流径11的表面）与第一流径10的内壁表面形成的角θ皆为90度（在下文称作“连接部分14的角θ”）。

挠性构件16布置在每个第二流径11的侧表面上，并且压电元件13布置在挠性构件16上与第二流径11相反的一侧。对于设置用于对应孔口9的每条第二流径11，设置一个压电元件13。

液体喷射设备1（见图1）包括控制器（未示出），所述控制器控制液体喷射头2。控制器在能够喷射液体的周期中将具有预定波形的电压施加到每个压电元件13，以便控制液体喷射头2。液体喷射设备1的连接到每个压电元件13的控制器包括电极布线（未示出），通过所述电极布线将电压施加到每个压电元件13。

当将电压施加到压电元件13时，压电元件13与挠性构件16一起向第二流径11弯曲或者向与第二流径11相反的一侧弯曲。当压电元件13和挠性构件16向第二流径11弯曲时，减小第二流径11的容量。当压电元件13和挠性构件16向与第二流径11相反的一侧弯曲时，增加第二流径11的容量。在根据本实施例的液体喷射头2中，通过使得压电元件13和挠性构件16向第二流径11弯曲并因此减小第二流径11的容量而从孔口9通过第一流径10喷射容纳在第二流径11中的液体。

第二流径11沿着垂直于孔板8的表面的方向的长度是8800微米。第二流径11是长方体，其宽度（沿着图2B和图2C中的深度方向的尺寸）为100微米，且其高度（沿着图2B和2C中的上下方向的尺寸）为200微米。

共用液体室12与第二流径11的与第一流径10相反的端部部分连通。第二流径11和共用液体室12经由收缩部分17连接到彼此。收缩部分17的宽度（沿着图2B和2C中的左右方向的尺寸）是50微米。

在这个实施例中，清墨水用作从孔口9喷射的液体。清墨水由66%的乙二醇（EG）600和33%的纯水以及1%的表面活性剂构成。这种清墨水在室温下具有40^*10^-3帕斯卡·秒的粘度和38^*10^-3N/m的表面张力。

图3A和图3B是液体喷射头2的剖视图。图3A图解了根据比较示例的驱动液体喷射头2的方法。图3B图解了根据实施例的驱动液体喷射头2的方法。

图3A和图3B中图解的虚线表示在液体喷射头2喷射液体之前的气液界面S的位置，每个气液界面S均是空气和液体之间的界面。在图3A中，液体位于第一流径10内，在喷射液体之前的气液界面S定位在第一流径10中，并且液体形成凹面的弯液面，使得孔口9的中心部分中的液体凹陷。在图3B中，液体没有位于第一流径10内而是位于第二流径10中，并且形成凹面弯液面，使得液体从孔口9向第二流径11的内侧凹陷。

毗邻图3A和3B中的虚线的实线表示在液体喷射头2喷射液体之后且在已经用液体重新填充液体喷射头2之前的气液界面S的位置。从图3A和图3B表示的状态在用液体重新填充液体喷射头2之后，气液界面S从由实线表示的位置返回到由虚线表示的位置。

在图3A示出的状态中，喷射液体之前的气液界面S定位在第一流径10中，并且因此液体必须流入到第一流径10中，以便重新填充第一流径10。然而，如上所述，第一流径10形成为较薄并且因此第一流径10的流动阻力对于流动通过第一流径10的液体较高。因此，难以快速用流自第二流径11的液体重新填充第一流径10。

另一方面，在图3B图解的液体喷射头2中，喷射液体之前的气液界面S定位在第二流径11中。因此，用液体重新填充第二流径11而非第一流径10。因为第二流径11的直径远远大于第一流径10的直径，所以第二流径11的针对流动通过第二流径11的液体的流动阻力较低。因此，能够用流自共用液体室12的液体快速地重新填充第二流径11（见图2B）。

在第一流径10中，通过沿着图3A中图解的箭头表示的方向的毛细作用力使得液体运动。另一方面，在第二流径11中，表面张力影响液体并且因此液体沿着图3B中图解的箭头表示的方向运动。因为处于图3B中所示的状态中的气液界面S的表面面积较大，所以致使气液界面S返回向孔口9的表面张力较大。因此，图3B中图解的表面张力的效果大于图3A中图解的毛细作用力的效果。而且从此观点来看，在重新填充操作期间，较之流动通过第一流径10，液体更加快速地流动通过第二流径11。

在这个实施例中，如图3B所示，驱动压电元件13，与此同时，气液界面S退回在第二流径11中（同时气液界面S定位在虚线处）。因此，当压电元件13变形并且第二流径11收缩时，容纳在收缩的第二流径11中的液体的一部分瞬时被从孔口9喷射通过第一流径10。然后，在液体从孔口9突出时，驱动压电元件13，使得气液界面S后退到第二流径11中。因此，在这个实施例中，在从孔口9喷射液滴之后，气液界面S立即退回到第二流径11中。

利用根据本实施例的驱动液体喷射头2的方法，仅仅第二流径11需要用流自共用液体室12的液体重新填充并且不需要用流自第二流径11的液体重新填充第一流径10。由于上述原因，能够利用根据实施例的驱动液体喷射头2的方法用液体快速重新填充液体喷射头2。因此，即使在液体喷射头2以高频驱动并且每单位时间喷射大量液滴的情况下也能够用液体充分重新填充液体喷射头2。

图4是表示通过使用根据第一实施例的液体喷射头实施的实验的结果的图表。在实验中，气液界面S的初始位置设置成距离孔口9大约30.3微米，并且从气液界面S处于初始位置的状态用液体重新填充液体喷射头而又没有将电压施加到压电元件13。横座标轴代表时间。第一纵座标轴（左侧纵坐标轴）代表从孔口9至气液界面S的距离Y₁。距离Y₁相对于时间的值用十字标记标绘出。第二纵坐标轴（右侧纵坐标轴）代表速度Y₂，在重新填充期间液体以所述速度Y₂流动。用填充符号标绘出速度Y₂相对于时间的值。

如从图4中清晰所见，在重新填充操作期间液体流动的速度Y₂（在下文以重新填充速度Y₂给出）急剧下降并且然后随着时间推移变得恒定。将分别针对气液界面S定位在第二流径11中的情况和气液界面S定位在第一流径10中的情况描述此原因。在此，孔板8的厚度是17微米。因此，距离孔口9为17微米的位置（位于图4图解的虚线处的位置）是第一流径10和第二流径11之间的边界的位置。

首先，在气液界面S定位在第二流径11中的情况中，气液界面S的面积随着重新填充操作中注入的液体量增加而进一步减小。当气液界面S的面积减小时，作为用于使得液体运动的运动力的表面张力的效果减小。因此，重新填充速度Y₂下降直到液体行进至距离孔口9为17微米的位置处为止。另一方面，在气液界面S定位在第一流径10中的情况中，作用在容纳于第一流径10中的液体上的毛细力的效果即使在重新填充操作中注入的液体量增加时也没有发生显著变化。因此，重新填充速度Y₂在气液界面S定位成距离孔口9为17微米或者更小距离时几乎一致地较低。

当将气液界面S具有最大面积时（图4中的标绘A）的重新填充速度Y₂与气液界面S进入第一流径10之后一段时间（图4中的标绘B）的速度Y₁进行比较时，发现的是重新填充速度Y₂高于速度Y₁数十倍。

因此，发现的是通过将气液界面S如图3B中所示保持在第二流径11中处于后退状态而显著增加重新填充速度Y₂。

图5是表示施加到根据实施例的压电元件13的电压的波形的图表。图6A至图6L图解了容纳在液体喷射头2中的液体的行为，通过根据实施例的驱动液体喷射头2的方法来驱动所述液体喷射头2。

当参照图5时，将根据从图6A至图6L的顺序详细描述根据实施例的方法。

在图5中，能够通过驱动根据本实施例的液体喷射头2的压电元件13从孔口9喷射一个液滴的每个时间段将按顺序称作第一周期、第二周期和第三周期。在此，在根据实施例的该方法中，为了方便说明，在喷射液滴的第一周期之前设置有第零周期。

图6A图解了在驱动根据实施例的液体喷射头2之前的液体喷射头2的状态（初始状态）。在这种状态中，第一流径10和第二流径11皆用液体填充并且气液界面S定位在孔口9附近的静态位置处。在图5中的第零周期中的横坐标轴上的时间是0微秒时，液体喷射头2处于初始状态中。

首先，将描述在图5中图解的第一周期中喷射液滴的操作。第一周期是喷射液滴的主要周期。

在处于喷射液滴的第一周期之前的第零周期中的在图5中图解的时间段T1期间，将负压施加到压电元件13，以便使得气液界面S从初始状态运动到由图6A中示出的虚线表示的位置。结果，在图5图解的第一周期开始的时间点A时，如图6B所示，已经施加有负压（第一电压）的压电元件13弯曲成凹面状，第二流径11扩展，并且气液界面S运动到由图6A和图6B图解的虚线所表示的位置。在此，液体形成位于第二流径11内侧的凹面弯液面（第一阶段）。

继而，在图5图解的时间段T2中，正压施加到压电元件13，以将气液界面S运动到由图6C中的实线表示的位置。因此，已经施加有正压（第二电压）的压电元件13弯曲成凸面形状，第二流径11收缩，并且液体流入到第一流径10中。然后，在图5图解的时间段T3中，保持已经施加到压电元件13的正压直到气液界面S运动到由图6C中的实线表示的位置为止。结果，液体由孔口9突出并且形成如图6C图解的凸面弯液面（第二阶段）。

在图5中图解的时间段T4中，负压施加到压电元件13，以便在液体从孔口9突出时使得气液界面S返回到由图6D中的虚线所表示的位置。在施加负压的情况下，压电元件13弯曲成凹面状并且容纳在第一流径10中的液体退回到第二流径11中。另一方面，在图5中图解的时间段T3中如图6C中所图解的那样从孔口9突出的液体的一部分因惯性力而从孔口9喷射出而没有退回到第二流径11中。此时，在退回到第二流径11中的一部分液体和从孔口9喷射出的一部分液体之间产生液体尾部。在图5图解的时间点B时，与在时间点A施加的负压（第一电压）相等的负压施加到压电元件13。同时，液体尾部断裂并且如图6E所示喷射第一液滴（第三阶段）。

在时间点B时，如图6F中的实线所示，气液界面S定位成从第一流径10缩回超越图6A中的虚线表示的位置。这是因为通过喷射液滴减少了第二流径10中的液体量。

已经在时间点B时施加到压电元件13的负压被保持直到图5所示的时间点C为止。在施加负压的条件下，用流自共用液体室12（见图2）的液体重新填充第二流径11。因此，气液界面S在时间点B和C之间运动到由图6G中的虚线表示的位置。在时间点C时，如图6H所示，气液界面S返回到由图6A和图6B中的虚线所表示的位置。在此，气液界面S处于与时间点A时相同的状态。换言之，在第二周期开始的时间点C时，液体喷射头2以与第一周期开始的时间点A时相同的方式返回到上述第一阶段。

接下来，将描述在图5图解的第二周期中喷射液滴的操作。第二周期也是喷射液滴的主要周期。

在本实施例中，还在第二周期中喷射液滴，并且因此具有与在图5中图解的第一周期中施加的波形相似的波形的电压被施加到压电元件13。因此，图6I至6L中图解的第二周期中的液体行为与在图6C至6F中图解的第一周期中的液体行为类似。具体地，在图6H中图解的重新填充操作的情况下，弯液面向孔口9运动。在此，在弯液面进入第一流径10时，正压施加到压电元件13。如在第一周期中那样，在维持正压的时间段之后，负压施加到压电元件13直到时间点D为止。因此，喷射第二液滴。在图5中，第一周期中的时间点A和B对应于第二周期中的时间点C和D。

在第三周期或者随后的周期中，具有与在第一周期和第二周期中的波形类似的波形的电压施加到压电元件13并且因此喷射第三液滴或者后续液滴。以这种方式，液滴能够喷射理想次数。

在此假设这样一种情况，在所述情况中，在液体喷射头处于初始状态中的第零周期中没有将负压施加到压电元件13，并且然后在第一周期中将正压施加到压电元件13，以便从孔口9喷射液滴。在这种情况中，第一液滴的量大于第二液滴或者随后液滴的量。

因此，在这个实施例中，从液体喷射头处于图5中图解的初始状态的第零周期直到喷射液滴的第一周期开始都将负压（第一电压）施加到压电元件13，并且因此气液界面S定位在第二流径11中。在这种操作的情况下，从孔口9喷射出的第一液滴的量变得基本等于第二液滴或者后续液滴的量。

图7A和图7B是根据变型方案的液体喷射头2a的示意图。除了孔板8a之外，液体喷射头2a的构造与在图2A至2C中图解的液体喷射头2的构造类似。在图7A和图7B中，与在图2A至图2C中图解的液体喷射头2的部件类似的部件用相同的附图标记表示并且将省略对其描述。

液体喷射头2a的孔板8a的面向第二流径11的一侧成锥形，使得孔板8a的厚度随着相距第一流径10的距离减小而减小。图2C中每个连接部分14的角θ均为90度，而图7B中连接部分14a的角θ皆大于90度。具体地，每个连接部分14a的角θ皆为110度。而且在这种情况中，通过将波形与图5中图解的波形类似的电压施加到压电元件13来重复喷射液滴。

在这个实施例中，描述了具有柱状的第一流径的液体喷射头。然而，根据实施例的方法还能够应用于第一流径为非柱状的液体喷射头。例如，证实的是能够通过将其波形与图5中图解的波形类似的电压施加到压电元件13来重复喷射液滴通过具有图8A或者图8B图解的形状的第一流径。

第二实施例

将参照附图描述本发明的第二实施例。

在第二实施例中，应用液体喷射设备1的液体喷射头2（见图1），所述液体喷射头2与根据第一实施例的液体喷射头类似，并且使用与第一实施例中应用的液体类似的液体（清墨水）。

图9是图解了在这个实施例中施加到压电元件13的电压的波形的图表。图10A至10L图解了容纳在液体喷射头2中的液体的行为，通过根据第二实施例的驱动液体喷射头2的方法来驱动所述液体喷射头2。

在参照图9的同时，将按照从图10A至图10L的顺序详细描述根据第二实施例的驱动液体喷射头2的方法。

图10A图解了根据第二实施例的液体喷射头2的初始状态。在这种状态中，第一流径10和第二流径11皆由液体填充并且因此气液界面S处于孔口9附近的静态位置中。

图9中的第零周期和第一周期中的波形与在图5中的第零周期和第一周期中的波形相同。因此，在根据第二实施例的液体喷射头中液体在图10A至图10F中图解的第零周期和第一周期中的行为与在根据第一实施例的液体喷射头中的液体在图6A至图6F中图解的第零周期和第一周期中的行为相似。图10G图解了这样的状态，所述状态处于第一周期之后并且在其中气液界面S返回到与在液体喷射头2喷射液体之前气液界面S的位置相同的位置处，所述位置用图10A至图10L中的虚线来表示。然后，以与第一实施例中相同的方式在第二周期中喷射第二液滴（图10H至图10K）。图10K图解了这样的状态，所述状态处于图9中图解的第二周期的时间段U2之后并且在其中气液界面S返回到与在液体喷射头2喷射液体之前气液界面S的位置相同的位置，所述位置用图10A至10L中的虚线表示。

第二周期之后的第三周期是次要周期，在所述次要周期中没有喷射液滴。在此，在第二周期的时间段U2之后的时间段U3期间施加到压电元件13的电压变化成零。因此，第二流径11收缩，使得第二流径11处于开始连续喷射之前的状态，并且气液界面S向孔口9运动，所述孔口9是静止位置（见图10L）。在暂时停止连续喷射的同时（例如，在图9中图解的示例中的第三周期期间），气液界面S必须成功地返回到孔口9，所述孔口9是静止位置。这是因为如果在气液界面S返回到静止位置之前开始下一个喷射，则气液界面S的初始状态将变得与在气液界面S处于静止位置中的情况不同。因此，即使在以相同的方式驱动液体喷射头2时也将获得不同的喷射结果。因此，在第二流径即将扩展以为了在下一个周期中开始喷射的时刻（在图9中用G表示）之前，气液界面S必须返回到静止位置。然而，如上所述，因为耗费长时间重新填充第一流径10，所以难以通过使第一流径10等待由液体自然重新填充而在开始下一个喷射之前使得气液界面S返回到静止位置。另一方面，在这个实施例中，通过使得压电元件13返回到初始状态，第二流径11收缩并且因此利用收缩产生的液体流动将气液界面S用力推向孔口9。因此，气液界面S能够快速返回到静止位置。

在本实施例中，通过不将电压施加到压电元件13，在时间段U4中保持液体喷射头处于初始状态中，所述时间段U4的一部分包括在第二周期中并且另一个部分包括在没有喷射液滴的第三周期中。因此，在第三周期中没有喷射液滴。

第三周期之后的第四周期是喷射液滴的主要周期。在此，第四周期开始，与此同时气液界面S定位在第二流径11中。因此，以与第零周期相同的方式，在第三周期中的时间点G时开始将负压施加到压电元件13。在施加这种负压的情况中，能够以与第一周期相同的方式在第四周期中喷射液滴。

图11是图解了在第一周期中喷射液滴并且在第二周期中没有喷射液滴的情况中施加到压电元件13的电压的波形的图表。图11中的第零、第一和第二周期中的波形与在图9中的第零、第二和第三周期中的波形相同。因此，在图11中的第一周期中喷射液滴而在第二周期中没有喷射液滴。

如上所述，如在本实施例中那样，即使在存在没有喷射液滴的次要周期的情况中，也能够通过使得液体喷射头2在没有喷射液滴的次要周期中处于初始状态而顺利地重复喷射液滴。

在均没有喷射液滴的次要周期继续的情况中，液体喷射头2保持在初始状态，直到次要周期中的在即将喷射液滴的主要周期之前的最后一个次要周期为止。

利用根据本实施例的驱动液体喷射头2的方法，即使在喷射液滴的主要周期和没有喷射液滴的次要周期共同存在的情况中，液体喷射头2也能够顺利地实施喷射操作。即使在均喷射液滴的主要周期继续的情况中，因为液体注入到第二流径11中而没有流入到形成为较薄的第一流径10中，所以在重新填充操作中液体也高速流动。因此，能够以高频驱动液体喷射头2。

第三实施例

将参照附图描述本发明的第三实施例。

在根据第三实施例的驱动液体喷射头的方法中，使用与在第一实施例中应用的液体类似的液体（清墨水）。

图12A和图12B是根据本发明的第三实施例的液体喷射头2b的示意图。图12A和12B是对应于图2B和2C的那些剖视图的剖视图。

液体喷射头2b的第一流径10的内壁表面进行疏液处理。利用这种处理，气液界面S的针对液体喷射头2b处于初始状态的情况的静态位置保持位于第一流径10和第二流径11之间的边界附近，所述初始状态是喷射液滴之前的状态。

图13是根据第三实施例施加到压电元件13的电压的波形的图表。图14A至图14L图解了容纳在液体喷射头2b中的液体的行为，通过根据第三实施例的驱动液体喷射头2b的方法来驱动液体喷射头2b。

在参照图13的同时，将按照从图14A至图14L的顺序详细描述根据实施例的驱动液体喷射头2b的方法。

图14A图解了根据实施例的液体喷射头2b的初始状态。在这种状态中，气液界面S定位在第一流径10和第二流径11之间的边界附近的静态位置处。在这个实施例中，如在第二实施例中那样，在第一周期和第二周期中的每一个中喷射液滴，在第三周期中没有喷射液滴，并且在第四周期中再次喷射液滴。

在图14B至图14K中图解的液体行为与在根据第二实施例的在图10B至图10K中图解的液体行为类似。在图14L中，施加到压电元件13的电压设定为零并且因此使气液界面S返回到第一流径10和第二流径11之间的边界附近的静态位置。

在这个实施例中，时间段W1的延续时间为2微秒，时间段W2的延续时间为1微秒，时间段W3的延续时间为2微秒，时间段W4的延续时间为5微秒，时间段W6的延续时间为7微秒，并且时间段W7的延续时间为2微秒。另外，电压δ1为-5V，并且电压δ2为15V。

作为使用如上设定的液体喷射头的实验结果，在第一周期中喷射的第一液滴的数量为1.4pl且喷射速度为6.4m/s。在第二周期中喷射的第二液滴的数量为1.4pl并且喷射速度为6.8m/s。在第四周期中喷射的第三液滴的数量为1.4pl且喷射速度为6.4m/s，这是因为液体喷射头几乎恢复到与喷射第一液滴的第一周期中相同的状态。

图15是图解了针对在第一周期中喷射液滴和在第二周期中没有喷射液滴的情况施加到压电元件13的电压的波形的图表。图15中第零、第一和第二周期中的波形与图13中第零、第二和第三周期中的波形相似。因此，在图15中的第一周期中喷射液滴，而在图15中第二周期中没有喷射液滴。

利用根据实施例的驱动液体喷射头2b的方法，即使在喷射液滴的主要周期和没有喷射液滴的次要周期共存的情况中液体喷射头2b也能够顺利地实施喷射操作。即使在以高频（46.5kHz）驱动液体喷射头以喷射粘度为40cP的液体时，液体喷射头2b也能够顺利地实施喷射操作。

利用根据实施例的驱动液体喷射头2b的方法，单次喷射中的液体数量处于1.3至1.4pl的范围内并且喷射速度处于6.2至6.8m/s的范围内。因此，利用根据实施例的驱动液体喷射头2b的方法，能够可靠地喷射液滴。

因为利用根据本实施例的方法使得第一流径10进行疏液处理，所以液体不易流动通过具有高流动阻力的第一流径10。因此，允许压电元件13由低电压驱动，并且液体喷射头2b具有更长的使用寿命。

尽管已经参照示例性实施例描述了本发明，但是应当理解的是本发明并不局限于所公开的示例性实施例。随附权利要求的范围应当被赋予最宽泛的解释，以便涵盖所有修改方案和等效结构以及功能。

本申请要求在2011年4月19日提交的日本专利申请No.2011-093070的权益，其全部内容在此以引用的方式并入本发明。

Claims

1.一种驱动液体喷射头的方法，所述方法包括：

制备液体喷射头，所述液体喷射头包括：第一流径，所述第一流径具有用作孔口的第一端部；第二流径，所述第二流径连接到所述第一流径的第二端部,并且所述第二流径的截面积大于所述第一流径的截面积；和压电元件，所述压电元件设置成对应于所述第二流径，所述液体喷射头重复多个周期，在所述周期中的每一个中，所述液体喷射头能够通过将具有预定波形的电压施加到所述压电元件而从所述孔口喷射液滴，所述周期包括从所述孔口喷射液滴的主要周期和没有从所述孔口喷射液滴的次要周期；

在所述主要周期中执行第一步骤，所述第一步骤将增加所述第二流径的容量的第一电压施加到所述压电元件，使得液体的从所述孔口凹向所述第二流径内侧的凹面弯液面在所述第二流径中形成；

在所述主要周期中执行第二步骤，所述第二步骤将减小所述第二流径的容量的第二电压施加到所述压电元件，使得所述第二流径中的液体流入到所述第一流径中；和

在所述主要周期中执行第三步骤，所述第三步骤将所述第一电压施加到所述压电元件，使得从所述孔口喷射在所述第二步骤中流入到所述第一流径中的液体，并且在所述第二流径中形成液体的凹面弯液面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二步骤中所述液体从所述孔口突出的时刻，在所述第三步骤中将所述第一电压施加到所述压电元件。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述周期中的、后续周期为主要周期的任一个主要周期中，在所述周期中的所述任一个主要周期中实施第三步骤之后，用所述液体重新填充所述第二流径，并且然后开始所述后续周期的第一步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述周期中的、后续周期为次要周期的任一个主要周期中，在所述周期中的所述任一个主要周期中实施所述第三步骤之后，在从所述液体喷射头恢复到初始状态至开始所述后续周期的时间段期间，所述液体喷射头保持在所述初始状态，在所述初始状态没有将电压施加到所述压电元件。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述周期中的、后续周期为主要周期的任一个次要周期中，将所述第一电压施加到所述压电元件直到开始所述后续周期为止，并且然后开始所述后续周期的第一步骤。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述周期中的、后续周期为次要周期的任一个次要周期中，所述液体喷射头保持在初始状态，在所述初始状态没有将电压施加到所述压电元件。

7.一种液体喷射设备，所述液体喷射设备包括：

控制器，所述控制器利用根据权利要求1所述的方法控制所述液体喷射头。

8.根据权利要求7所述的液体喷射设备，其中，所述第一流径的内壁表面进行疏液处理。

9.驱动液体喷射头的方法，所述方法包括：

制备液体喷射头，所述液体喷射头包括：孔口，通过所述孔口喷射液体；第一流径，所述第一流径具有连接到所述孔口的第一端部；第二流径，所述第二流径连接到所述第一流径的与所述第一端部相反的第二端部，且所述第二流径的截面积大于所述第一流径的截面积；和压电元件，所述压电元件设置成对应于所述第二流径，所述压电元件允许通过利用施加到所述压电元件的具有预定波形的电压改变所述第二流径的容量来从所述孔口喷射液滴；

第一步骤，所述第一步骤在从所述孔口凹向所述第二流径内侧的液体的弯液面形成在所述第一流径中的同时将增加所述第二流径的容量的第一电压施加到所述压电元件，以便使得所述弯液面运动至所述第二流径的内侧；

第二步骤，所述第二步骤在正向所述第一流径运动的位于所述第二流径中的所述弯液面定位在所述第二流径中的同时将减小所述第二流径的容量的第二电压施加到所述压电元件，以便使得所述液体运动到所述第一流径内侧；和

第三步骤，所述第三步骤在所述第一流径中的液体从所述孔口突出后将增加所述第二流径容量的第三电压施加到所述压电元件，以便从所述孔口喷射所述液体。