CN104755269A - 液体喷出头 - Google Patents

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Abstract

一种液体喷出头，其包括：排出孔，其构造为喷出液体；元件，其构造为产生喷出液体所使用的能量；压力室，其被壁分隔开，所述压力室容纳所述元件并且与所述排出孔连通；以及流路，其构造为将液体供给至所述压力室，其特征在于，所述排出孔具有从所述排出孔的缘部沿着所述流路的中心线在所述流路的延伸方向上朝向中央部突出的第一突起和第二突起，并且所述第一突起的基部和所述第二突起的基部之间的在所述流路的延伸方向上的间隔大于所述排出孔的缘部之间的在与所述延伸方向垂直的方向上的最大间隔。

Description

液体喷出头
技术领域
本发明涉及喷出液体的液体喷出头。
背景技术
在记录介质上形成图像的图像形成设备中，液体喷出头包括将诸如墨等的流体作为液滴喷出的多个排出孔。从液体喷出头的排出孔喷出的液滴均由在液滴的末端形成为球状的主滴部和随着主滴部的液柱部(尾部)形成。液柱部从主滴部分离，并且液柱部自身分裂形成副滴部(卫星滴(satellite))。由于卫星滴引起着落位置的移位，所以为了在记录介质上形成图像，优选地卫星滴的数量要少。专利文献1公开了具有如下结构的液体喷出头：在排出孔的缘部设置有突起，以减少液滴的卫星滴的数量。
液体喷出头的排出孔处的突起沿与液体喷出头的扫描方向平行的方向朝向排出孔的内部的中心突出。排出孔处的一对突起以朝向排出孔的内部的中心突出的方式设置，使得被喷出的墨滴和剩余墨容易彼此分离。此外，由该对突起在排出孔中引起的阻力差能够缩短尾部，从而减少卫星滴的数量。
液体喷出头采用加热墨并且将墨作为液滴喷出的热系统。液体喷出头包括用于加热墨的加热器和容纳加热器的压力室，并且液体喷出头具有中心与各加热器的中心一致的、位于加热器上的排出孔。为了形成液体喷出头的排出孔和压力室等，使用通过曝光和显影获得期望的形状的光刻法(photolithography)。
但是，根据专利文献1中公开的发明，归因于制造过程中的加工精度的变化，压力室的曝光位置和排出孔之间的相对关系会通过光刻法在制造期间偏移。因为压力室的平面形状小于排出孔的平面形状，所以如果排出孔归因于偏移而沿与排出孔的突起的突出方向垂直的方向形成在偏移位置，则排出孔的缘部和压力室的壁之间的间隔变得极小。当通过如此构造的排出孔喷出墨时，由于排出孔的中心和压力室的中心的平面位置不同，所以在喷出时墨滴的尾部从排出孔的中心沿排出孔的缘部和压力室的壁紧密接触的方向弯曲。尾部的弯曲使主滴部和卫星滴着落在记录介质上的目标着落位置之外的位置，因此存在降低记录介质的图像品质的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2007/064021号公报
发明内容
本发明提供一种液体喷出头，其包括：排出孔，其构造为喷出液体；能量产生元件，其构造为产生喷出液体所使用的能量；压力室，其被壁分隔开，所述压力室容纳所述能量产生元件并且与所述排出孔连通；以及流路，其构造为将液体供给至所述压力室，其特征在于，所述排出孔具有从所述排出孔的缘部沿着所述流路的中心线在所述流路的延伸方向上朝向中央部突出的第一突起和第二突起，并且所述第一突起的基部和所述第二突起的基部之间的在所述流路的延伸方向上的间隔大于所述排出孔的缘部之间的在与所述延伸方向垂直的方向上的最大间隔。
从以下参照附图对示例性实施方式的说明，本发明的其他特征将变得明显。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施方式的液体喷出头的一部分的立体图。
图2A是示出根据本发明的第一实施方式的排出孔、加热器、压力室和流路之间的位置关系的平面图。
图2B是示出排出孔的形状的放大图。
图3A是第一实施方式的排出孔归因于制造过程中的变化而位于移位位置的平面图。
图3B是沿着图3A中的线IIIB-IIIB截取的截面图。
图4的(a)至(h)是示出利用第一实施方式的液体喷出头喷出液体的过程的图。
图5是示出作为比较例的排出孔、加热器、压力室和流路之间的位置关系的平面图。
图6A是比较例的排出孔归因于制造过程中的变化而位于移位位置的平面图。
图6B是沿着图6A中的线VIB-VIB截取的截面图。
图7A是示出根据本发明的第二实施方式的排出孔、加热器、压力室和流路之间的位置关系的平面图。
图7B是示出排出孔的形状的放大图。
图8A是第二实施方式的排出孔归因于制造过程中的变化而位于移位位置的平面图。
图8B是沿着图8A中的线VIIIB-VIIIB截取的截面图。
图9A是示出根据本发明的第三实施方式的排出孔、加热器、压力室和流路之间的位置关系的平面图。
图9B是示出排出孔的形状的放大图。
图10A是第三实施方式的排出孔归因于制造过程中的变化位于移位位置的平面图。
图10B是沿着图10A中的线XB-XB截取的截面图。
图11A是示出比较例的液体喷出头的图。
图11B是根据第一实施方式的液体喷出头的图。
图11C是根据第二实施方式的液体喷出头的图。
图11D是根据第三实施方式的液体喷出头的图。
图12A是比较例的液体喷出头的图。
图12B是根据第一实施方式的液体喷出头的图。
图13A是根据第二实施方式的液体喷出头的图。
图13B是根据本发明的第四实施方式的液体喷出头的图。
具体实施方式
以下，将参照附图说明本发明的实施方式。
第一实施方式
图1是示出根据本发明的实施方式的、安装于图像形成设备的液体喷出头的一部分的构造的立体图。
液体喷出头包括基板34、设置在基板34中的供给口33、沿供给口33的两侧的一个方向排列的多个加热器(能量产生元件)12、与供给口33连通的流路14和与加热器12对应设置的多个排出孔11。
连接至加热器12的接线(未图示)形成在基板34的表面上。具有多个排出孔11等的孔板10连接于基板34。供给口33为用于向流路14供给液体的长槽状的贯通孔。加热器12是用于将电能转换为喷墨所用的热能的元件，加热器12以一对列的形式形成在基板34的表面上并且供给口33在该一对列的形式的加热器12之间。一对列的加热器12均以600dpi的间隔交错配置的方式布置，使得两列加热器12沿纵向以1200dpi的间隔配置。
压力室13(见图2A)形成为容纳各加热器12。压力室13被壁36分隔开。排出孔11和压力室13彼此连通。加热器12布置在排出孔11的正下方。流路14是连接供给口33和压力室13以通过供给口33将墨(流体)供给压力室13的通路。流路14均贯通压力室13的与形成有排出孔11的平面(形成面)垂直的至少一个壁36，以与压力室13连通。
如图2B所示，排出孔11均由具有曲率的缘部限定，排出孔11具有在墨从流路14流至压力室13的方向上的长度a大于与墨流动方向垂直的宽度b的细长形状。另外，排出孔11具有在缘部处的至少一个(第一实施方式中为两个)突起15(第一突起和第二突起)。突起15从排出孔11的缘部朝向排出孔11的中心部或内部的中心突出，并且突起15沿着流路14的延伸方向彼此相对。因此，第一突起的基部和第二突起的基部之间的间隔a大于排出孔11的缘部之间的在与流路14的延伸方向垂直的方向上的最大间隔b。
突起15和排出孔11的缘部以曲线的形状连接。墨从流路14流至压力室13的方向和缘部的切线彼此平行所在的部分R2的曲率小于与突起15邻接的部分R1的曲率。与突起15邻接的部分R1不包括突起15自身和突起15与排出孔11的缘部之间的曲线状部分。与突起15邻接的部分R1的曲率能够被看作是假设不存在突起15的情况下的虚拟缘部的与墨的流动方向大致垂直的部分的曲率。
孔板10由感光性塑料材料形成。流路14、压力室13和排出孔11通过使用光刻法在孔板10上执行曝光和显影而形成。光刻法的使用可以归因于诸如光的照射位置和光的折射方向等的加工精度的变化而改变压力室13和排出孔11之间的位置关系。图3A和图3B示出当使用光刻法形成流路14、压力室13和排出孔11时因为已发生的加工变化使排出孔11相对于压力室13的中心向右偏移的构造。具体地，排出孔11相对于压力室13沿与墨从流路14流至压力室13的方向垂直的方向偏移。同时，排出孔11的缘部和压力室13的壁36之间的间隔c小于没有变化地形成排出孔11时的间隔。
将说明利用如此构成的液体喷出头喷出墨的方法。
当图像形成设备接收了图像数据时，设定液体喷出头的扫描路径、将被喷出的墨的种类及其喷出时序等。墨从墨盒(未示出)输送至供给口33，然后通过流路14供给至压力室13。如图4的(a)至(h)所示，加热器12与液体喷出头在记录介质的记录面的正上方扫描的时序同步地产生热能以使墨产生膜沸腾，从而形成气泡，墨被气泡推动并且从排出孔11喷出。从各排出孔11每次喷出墨的平均喷出量大约是12pl。
墨以液滴形式喷出。液滴均由在液滴的末端形成为球状的主滴部和随着主滴部的液柱部(尾部)形成。液柱部自身分裂形成副滴部(卫星滴)。主滴部重复着落在记录介质的记录面上的多个期望位置，以形成图像。但是，不仅用于形成图像的主滴部而且卫星滴也着落在记录介质的记录面上，如果卫星滴的数量多，则形成在记录介质上的图像的品质降低，因此需要减少卫星滴的数量。在本实施方式中，在各排出孔11处设置两个突起，以特意地在排出孔11中产生阻力差，从而获得缩短尾部的效果。由于液滴的尾部的缩短减少了卫星滴的数量，因此防止形成在记录介质上的图像的品质降低。
在墨喷出时，各加热器12产生的气泡从压力室13不仅朝向排出孔11而且朝向流路14推墨。从压力室13朝向流路14的墨的流动在墨喷出期间迫使液滴的尾部的最末端部朝向流路14弯曲。尾部归因于这种迫使而形成的弯曲使卫星滴沿与主滴部的排出方向不同的方向喷出而引起着落错误，或者卫星滴的数量增加使图像的品质降低。因此，本实施方式构成为设置在各排出孔11的缘部的突起沿与流路14平行的方向突出，从而防止尾部朝向流路14弯曲。在墨喷出时防止尾部弯曲允许主滴部和卫星滴沿相同方向喷出，并且卫星滴的数量的减少防止图像品质降低。
另一方面，如上所述，当使用光刻法制造流路14、压力室13和排出孔11时，有时发生加工精度的变化。如图5所示，现有技术的各排出孔11的开口部的在与墨从流路14流至压力室13的方向垂直的方向上的尺寸设定为比第一实施方式的排出孔11的开口部的在与墨从流路14流至压力室13的方向垂直的方向上的尺寸长。因此，如图6A和图6B所示，现有技术的排出孔11形成为从压力室13的中心错开使得排出孔11的缘部和压力室13的壁之间的间隔c极小。如果在这种状态下喷出墨，则排出孔11内的墨的流速分布由于排出孔11的缘部和压力室13的壁36之间的间隔c小而偏移，使得如图11A所示尾部形成在从排出孔11的中心错开的位置。图11A示出比较例的构造，图11B至图11D示出第一实施方式至第三实施方式的构造。
由于从排出孔11喷出的墨与剩余墨在排出孔11的中心处分离，所以墨的尾部从与排出孔11的中心错开的位置朝向排出孔11的中心弯曲。这使得卫星滴将沿与主滴部的喷出方向不同的方向喷出，使得卫星滴的着落位置从主滴部的着落位置移位，因此降低图像品质。
在第一实施方式中，由于排出孔11具有在墨从流路14流至压力室13的方向上的长度大于在与墨流动方向垂直的方向上的宽度的细长形状，因此排出孔11的缘部和压力室13的壁36之间的间隔c大。这减小了排出孔11内的墨的流速分布的偏移，从而如图11B所示地减小在墨喷出期间的尾部的弯曲，因此防止形成在记录介质上的图像的品质降低。
此外，在排出孔11从压力室13的中心的偏移大于图11A至图11D中的偏移的情况下，墨如图12A和图12B所示地喷出。在图12A中的比较例的构造的情况下，排出孔11的内部被突起15分隔开的左部分和右部分与压力室13的壁36干涉。这使喷出期间排出孔11内的墨流速在干涉侧极低并且在相反侧较高，因此使得尾部较长。这降低了突起15的卫星滴减少效果。
相反地，在第一实施方式的图12B的情况下，即使排出孔11从压力室13的中心的偏移量与图12A中的偏移量相同，排出孔11与压力室13的干涉也小于图12A中的干涉。这防止排出孔11的内部被突起15分隔开的左区域和右区域内的流速显著不同，因此保持卫星滴减少效果。
第二实施方式
图7A和图7B是根据本发明的第二实施方式的液体喷出头的墨喷出面的平面图。
设置于液体喷出头的排出孔11均由具有曲率的缘部限定，并且排出孔11均具有在墨从流路14流至压力室13的方向上的长度a大于与墨流动方向垂直的宽度b的细长形状。尽管排出孔11的在与墨从流路14流至压力室13的方向垂直的方向上的宽度b与第一实施方式的排出孔11的宽度b相同，但是在墨流动方向上的长度a小于第一实施方式的排出孔11的长度a。排出孔11在其缘部具有与墨从流路14流至压力室13的方向平行的直线部16。另外，排出孔11在缘部具有至少一个(第二实施方式中为两个)突起15。突起15从排出孔11的缘部朝向排出孔11的中央部或内部的中心突出，并且突起15沿着与流路14平行的方向彼此相对。
突起15和排出孔11的缘部以曲线形状连接。墨从流路14流至压力室13的方向和缘部的切线彼此平行所在的部分R2的曲率小于与突起15邻接的部分R1的曲率。由于排出孔11的在墨从流路14流至压力室13的方向上的长度a小于第一实施方式的排出孔11的长度a，所以与突起15邻接的部分R1的曲率小于第一实施方式的与突起15邻接的部分R1的曲率。
因为其它构造与第一实施方式的其它构造相同，所以将省略其它构造。
图8A和图8B示出当使用光刻法形成流路14、压力室13和排出孔11时因为已发生的变化使得排出孔11相对于压力室13的中心偏移的构造。排出孔11相对于压力室13沿与墨从流路14流至压力室13的方向垂直的方向偏移。但是，将直线部16设置于排出孔11使得排出孔11的缘部和压力室13的壁36之间的间隔c大于不设置直线部16的情况下的间隔c。这减少了排出孔11内部的墨的流速分布的偏移，从而如图11C所示地减少在墨喷出期间的尾部的弯曲，因此防止形成在记录介质上的图像的品质降低。
此外，直线部16的出现减小了排出孔11内部的粘性阻力，这允许减少喷出墨所必须的热能，允许利用较少的能量喷出墨，从而改善液体喷出头的墨喷出效率。这能够节省用于产生液体喷出头喷出墨所必须的热能的电能。
此外，排出孔11内部的粘性阻力的减小使得容易喷出墨，导致墨喷出速度的增大。由于墨喷出速度的增大使墨几乎不会受到空气阻力等，所以墨着落在记录介质的期望位置上的可靠性增大。
第三实施方式
图9A和图9B是根据本发明的第三实施方式的液体喷出头的墨喷出面的平面图。
设置于液体喷出头的排出孔11均由具有曲率的缘部限定，并且排出孔11均具有在墨从流路14流至压力室13的方向上的长度a大于与墨流动方向垂直的宽度b的细长形状。另外，排出孔11在其缘部具有至少一个(第三实施方式中为两个)突起15和至少一个(第三实施方式中为两个)平滑的流线形的凸部17。突起15从排出孔11的缘部朝向排出孔11的中央部或内部的中心突出，并且突起15沿与流路14平行的方向彼此相对。凸部17设置在墨从流路14流至压力室13的方向和缘部的切线彼此平行的部分R2处，并且凸部17沿与流路14垂直的方向彼此相对。
从排出孔11的缘部至凸部17的尖端的突出量小于从排出孔11的缘部至突起15的尖端的突出量。例如，突起15的突出量是4微米，凸部17的突出量是2微米。在排出孔11的缘部处，缘部和凸部17间的边界之间的区域(凸部区域)的直线距离大于缘部和突起15间的边界之间的区域(突起区域)的直线距离。例如，突起区域的直线距离是3微米，凸部区域的直线距离是6微米。凸部17的宽度(沿与突出方向交叉的方向的长度)大于突起15的宽度。
因为其它构造与第一实施方式的其它构造相同，所以将省略其它构造。
图10A和图10B示出当使用光刻法形成流路14、压力室13和排出孔11时因为已发生的变化使得排出孔11从压力室13的中心错开的构造。具体地，排出孔11相对于压力室13沿与墨从流路14流至压力室13的方向垂直的方向偏移。
但是，在墨从流路14流至压力室13的方向和缘部的切线彼此平行所在的部分R2处设置凸部17使得排出孔11的缘部和压力室13的壁36之间的间隔c大于没有凸部17的情况下的间隔c。这减少了排出孔11内部的墨的流速分布的偏移，从而如图11D所示地减少在墨喷出期间的尾部的弯曲，因此防止形成在记录介质上的图像的品质降低。
此外，平滑的流线形的凸部17的出现减小了排出孔11内部的粘性阻力，这允许减少喷出墨所必须的热能，从而改善液体喷出头的墨喷出效率。这能够节省用于产生液体喷出头喷出墨所必须的热能的电能。
此外，排出孔11内部的粘性阻力的减小使得容易喷出墨，导致墨喷出速度的增大。由于墨喷出速度的增大使墨几乎不会受到空气阻力等，所以墨着落在记录介质的期望位置上的可靠性增大。
如上所述，由于在排出孔11的缘部处设置突起15缩短了液滴的尾部并且减少了卫星滴的数量，所以能够防止形成在记录介质上的图像的品质降低。此外，即使排出孔11归因于制造过程中的变化而移位，排出孔11的凸部17也会增大排出孔11的缘部和压力室13的壁36之间的间隔c。由于防止了在墨喷出期间的尾部的弯曲，所以主滴部和卫星滴能够沿相同的方向喷出，并且卫星滴数量的减少防止图像品质的降低。
第四实施方式
图13B示出根据本发明的第四实施方式的喷嘴的俯视图和截面图。图13A示出作为比较例的根据本发明的第二实施方式的喷嘴。
第四实施方式和第二实施方式之间的区别在于排出孔11的中心(重心)相对于加热器12的中心(重心)向墨供给侧偏移。
具体的设计尺寸如下：加热器的尺寸Xh：35微米，加热器的尺寸Yh：26微米，排出孔的面积Sa：310平方微米，压力室的尺寸Xc：40微米，压力室的尺寸Yc：28微米和排出孔的偏移量Xa：2微米。
将使用沿着图13A的线B-B截取的截面图(1)和(2)说明排出孔11向墨供给侧移位的优点。B-B截面图(1)示出在喷出期间的加热器12上的泡沫状态的墨。在图13B示出的第四实施方式中，排出孔11向墨供给侧移位，使得泡沫相比于图13A朝向墨供给侧延伸得多。这使得在排出孔11内的墨稍微集中向墨供给侧流动，造成两个突起15之间的流速也偏移。因此，如B-B截面图(2)所示，图13B的第四实施方式中的尾部比图13A中的尾部早切断，因此卫星滴的数量能够减少更多。
虽然已经参照示例性实施方式说明了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施方式。权利要求书的范围应符合最宽泛的解释，以包括所有这样的变型、等同结构和功能。
本申请要求2012年10月30日提交的日本专利申请No.2012-238944的优先权，该申请的全部内容通过引用合并于此。

Claims (8)

1.一种液体喷出头，其包括：
多个排出孔，其沿预定的方向排列；
能量产生元件，其与所述排出孔对应地配置并且构造为产生喷出液体所使用的热能；
压力室，其被壁分隔开，所述压力室均容纳所述能量产生元件并且与所述排出孔连通；以及
流路，其构造为将液体供给至所述压力室，
其特征在于，所述排出孔的缘部具有朝向各排出孔的中央部突出的至少一个突起，并且所述排出孔具有在液体从所述流路流至所述压力室的方向上的长度大于在与液体的流动方向垂直的方向上的宽度的细长形状。
2.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，
所述缘部的第一部分的曲率小于所述缘部的与所述突起邻接的第二部分的曲率，其中，所述第一部分是液体从所述流路流至所述压力室的方向和所述第一部分的切线彼此平行的部分，所述第二部分是除设置有所述突起的部分以外的部分。
3.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，
所述排出孔的所述缘部具有沿着液体从所述流路流至所述压力室的方向的直线部。
4.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，
所述突起沿与液体从所述流路流至所述压力室的方向平行的方向突出。
5.根据权利要求1所述的液体喷出头，其中，
所述排出孔的所述缘部具有在第一部分处从所述缘部朝向所述排出孔的所述中央部突出的至少一个凸部，并且所述凸部的突出量小于所述突起的突出量，其中所述第一部分是液体从所述流路流至所述压力室的方向和所述第一部分的切线彼此平行的部分。
6.一种液体喷出头，其包括：
排出孔，其构造为喷出液体；
元件，其构造为产生喷出液体所使用的能量；
压力室，其被壁分隔开，所述压力室容纳所述元件并且与所述排出孔连通；以及
流路，其构造为将液体供给至所述压力室，
其特征在于，所述排出孔具有从所述排出孔的缘部沿着所述流路的中心线在所述流路的延伸方向上朝向中央部突出的第一突起和第二突起，并且
所述第一突起的基部和所述第二突起的基部之间的在所述流路的延伸方向上的间隔大于所述排出孔的缘部之间的在与所述延伸方向垂直的方向上的最大间隔。
7.根据权利要求6所述的液体喷出头，其中，
从所述排出孔喷出液体的方向观察时，所述排出孔的重心和所述能量产生元件的重心相对于所述垂直方向彼此偏离。
8.根据权利要求6所述的液体喷出头，其中，
从所述排出孔喷出液体的方向观察时，所述排出孔的重心和所述能量产生元件的重心相对于所述流路的延伸方向彼此错开。
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