CN1093039C - 喷液方法,喷液头部和喷液设备 - Google Patents
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Abstract
通过产生气泡喷液的喷液方法包括准备一个头部,它包括一喷液喷口,一个在液体中产生气泡的气泡产生区,一个面对气泡产生区设置且可在第一位置和比第一位置更远离气泡产生区的第二位置间位移的可移动件;通过在气泡产生区产生气泡形成的压力使可移动件从第一位置移至第二位置以便使气泡在更靠近喷口的下游侧比在上游侧更大地膨胀;其中,位移步骤包括通过在气泡产生区产生一气泡形成的压力使可移动件的自由端侧位移的第一气泡产生步骤和在气泡产生区产生至少另一气泡以通过喷口喷液的第二气泡产生步骤。
Description
本发明涉及喷液方法、喷液头部和喷液设备,其中,通过向液体加热产生气泡而喷出需要的液体。
更具体来说,本发明涉及具有可通过产生气泡而位移的可移动件的喷液头部、喷液方法和喷液设备。
本发明适用于打印机、复印机、具有通讯系统的传真机、具有打印部分或类似装置的文字处理机和装有各种处理设备(一种或多种)的工业记录装置,其中,记录是在纸、纤维、线、织物、皮革、金属、塑料、树脂材料、玻璃、木材、陶恣等上面进行的。本发明还适用于结合有各种文字处理设备的工业打印或记录设备。
在本说明书中,“记录”不仅是指形成字母、图等具有特殊意义的图象,而且也指形成没有特殊意义的图案的图象。
已经公知一种称为气泡喷墨式的喷墨记录方法,其中,通过施加能量如向油墨加热引起导致瞬态体积变化(产生气泡)的瞬态变化,从而依靠这种瞬态变化产生的力通过喷口喷墨,因此油墨被喷向并沉积在记录材料上以形成图象。如在美国专利第4,723,129号等公开的那样,一种采用气泡喷墨记录法的记录设备包括一个用于喷墨的喷口,一条与喷口流体连通的油墨流道和一个设置在油墨流道中作为产生能量装置的电热转换器。
这种记录方法的优点在于,高质量的图象可以高速、低噪音地记录下来,多个上述喷口可以高密度地设置,从而可以得到高分辨率的小型记录设备,能够容易地形成彩色图象。因此,气泡喷墨法广泛地应用于打印机、复印机、传真机或其它办公设备上,也适用于工业系统如纺织印刷机等。
由于对气泡喷墨法的日益增加的需求,最近,对于这种方法提出了各种要求。
例如,对改进能量使用效率的要求。为了满足这种要求,提出了调节保护膜厚度等对发热件的改进措施。这种方法有效地改善了所生成的热量向液体的传递效率。
为了提供高质量的图象,人们已提出增加喷墨速度和/或稳定气泡的生成以较好完成喷墨的各种驱动条件。作为另一个实例,从提高记录速度的观点来看,已有人提出流道结构的改进以增加向液体流道注入(再注)液体的速度。
例如,日本专利申请公开文本昭-63-197652号和日本专利申请公开文本昭-63-199972号提出了如图1(a)和(b)所示的流道结构。在该公开文本中公开的流道结构或头部制造方法一直存在一个按照气泡的产生而生成的向后的波(背离喷口的压力波,更具体地说是朝向液腔12的压力波)。
美国专利第5,278,585号公开了一种用于抑制向后的波本身的结构。另一方面,在气泡喷墨记录法中,用与油墨接触的发热件反复进行加热,因此,由于油墨烧过的沉积,烧过的物质沉积在发热件的表面上。然而,沉积量很大程度上取决于油墨的材料。如果出现上述情况,喷墨就会变得不稳定。另外,甚至当被喷射的液体是易于被热变劣的液体时,或者甚至当液体生成气泡不足的液体时,也需要液体在喷射时情况良好,无性质变化。
日本专利申请公开文本昭-61-69467,日本专利申请公开文本昭-55-81172和美国专利第4,480,259号公开了不同的,用于通过加热产生气泡的液体,及用作被喷射的液体。在上述文件中,作为喷射液体的油墨和气泡产生液体被硅橡胶或类似物的挠性膜完全分开,以防止在气泡产生液体的气泡产生引起的压力被挠性膜的变形传至喷射液体时喷射液体直接接触发热件。由于上述结构,因而防止了物质在发热件表面上的沉积,并增加了喷射液体选择的自由度。
然而,由于在上述结构中,喷射液体和气泡产生液体是完全分离的,气泡产生引起的压力是通过挠性膜的涨缩变形传至喷射液体的,因此,压力在很高的程度上被挠性膜吸收。另外,挠性膜的变形也不是那么大,因此,虽然由于在喷射液体和气泡产生液体之间的设施可取得一些效果,但是能量使用效率和喷射力却变差了。
因此,本发明的主要目的是提供一种喷液方法和一种喷液头部,其中,所产生的气泡是受控的,被有效地作用于可移动件,因此提高了喷射效率和喷射力。
本发明的另一个目的是提供一种喷液方法,一种喷液头或类似装置,其中,喷射效率和喷射功率被进一步改善,在发热件上的液体中的热积蓄显著减小,另外,由于减小了在发热件上的残留气泡,喷液情况良好。
本发明的另一个目的是提供一种喷液头部或类似装置,其中,由于向后的波,在背离供液方向的方向上的惯量被抑制,同时,由于可移动件的阀门作用,使弯月形收缩量减小,因此,再注频率提高,从而提高了打印速度。
本发明的另一个目的是提供一种喷液头部等,其中,在发热件上残留物的沉积被减少,可用液体的范围加宽,另外,喷射效率和喷射力显著增加。
本发明的另一个目的是提供一种喷液方法,一种喷液头部等,其中,被喷射的液体的可选择性变大。
按照本发明的一个方面,一种通过产生一气泡喷液的喷液方法包括:准备一个头部,它包括一个用于喷液的喷口,一个用于在液体中产生气泡的气泡产生区,一个面对所述气泡产生区设置且可在第一位置和比第一位置更远离所述气泡产生区的第二位置之间位移的可移动件;借助在所述气泡产生区产生气泡而形成的压力,使所述可移动件从所述第一位置移至所述第二位置,以便使气泡在更靠近喷口的下游侧比在上游侧更为膨胀;其中,所述位移步骤包括:第一气泡产生步骤,借助在所述气泡产生区产生一气泡而形成的压力,使所述可移动件的自由端侧移动;和第二气泡产生步骤,在所述气泡产生区中产生至少另一气泡,以便通过喷口喷液。
按照本发明的另一方面,一种通过产生一气泡喷液的喷液方法包括:沿一发热件供送液体,所述发热件沿一条始于发热件上游的流道设置;以及将发热件产生的热施加于所述供送的液体以产生一气泡,因此通过产生气泡而形成的压力,使具有邻近于喷口侧自由端的一个可移动件的自由端移动,所述可移动件面对所述发热件设置;其中,所述位移步骤包括:第一气泡产生步骤,借助在所述气泡产生区中产生一气泡而形成的压力移动所述可移动件的自由端侧;以及第二气泡产生步骤,在所述气泡产生区中产生至少另一气泡,以便通过喷口喷液。
按照本发明的另一方面,一种通过产生一气泡喷液的喷液方法包括:准备一个头部,它包括一条与液体喷口流体连通的第一液体流道,一条具有一气泡产生区的第二液体流道,以及一个设置在所述第一液体流道和所述气泡产生区之间且具有一个邻近于喷口侧的自由端的可移动件;以及在所述气泡产生区产生一气泡,借助产生气泡形成的压力,使可移动件的自由端移入所述第一液体流道,因此借助可移动件的移动将压力导向所述第一液体流道的喷口;其中,所述位移步骤包括:第一气泡产生步骤,通过在所述气泡产生区中产生一气泡而形成的压力,使所述可移动件的自由端位移;和第二气泡产生步骤,在所述气泡产生区中产生至少另一气泡,以便通过喷口喷液。
按照本发明的另一方面,一种喷液头部包括:一个用于喷液的喷口;一个用于在液体中产生一气泡的气泡产生区;一个面对所述气泡产生区设置且可在第一位置和比所述第一位置更远离所述气泡产生区的第二位置之间位移的可移动件;其中,所述可移动件借助产生气泡所形成的压力从所述第一位置移至所述第二位置,以便使气泡在更靠近喷口的下游侧比在上游侧更为膨胀;第二气泡产生装置,其用于借助在所述气泡产生区中产生一气泡而形成的压力,使所述可移动件的自由端侧位移;和第二气泡产生装置,其用于在所述气泡产生区中产生至少另一气泡,以便通过喷口喷液。
按照本发明的另一方面,一种喷液头部包括:一个用于喷液的喷口;一个用于在液体中产生气泡的气泡产生区;一个面对所述气泡产生区设置且具有一个下游的自由端的可移动件,其中,所述可移动件是通过在所述气泡产生区中的第一气泡产生步骤位移的,当所述可移动件仍处于位移后的位置时产生至少另一气泡以便喷液。
按照本发明的另一方面,一种用于喷液的喷液设备包括:一个喷液头部,它包括一个用于喷液的喷口;一个用于在液体中产生气泡的气泡产生区;一个面对所述气泡产生区设置且具有一个下游自由端的可移动件;其中,所述可移动件是通过在所述气泡产生区中的第一气泡产生步骤位移的,当所述可移动件仍处于位移后的位置时产生至少另一气泡以便喷液。
按照本发明,当产生用于喷液的气泡时,可移动件已经被移动,因此,在自由端侧气泡的长大可有效地朝向喷口侧,从而提高了喷液效率和/或喷射力。
本发明的上述和其它目的,特征和优点通过下面对照附图对本发明推荐实施例的描述而得到进一步阐述。
在本说明书中,“上游”和“下游”是相对于液从液体供应源通过气泡产生区(可移动件)至喷口的一般流动而限定的。
至于气泡本身,“下游”定义为向着直接用于喷射液滴的气泡的喷口侧。更确切地说,它一般意味着相对于液体一般流向而言,从气泡的中心的下游。或者从发热件区域的中心的下游。
在本说明书中,“基本密封”一般是指一种密封状态,在这种状态中,当气泡长大时,在可移动件移动之前,气泡不会通过围绕可移动件的间隙(缝隙)逸出。
在本说明书中,“隔墙”是指用来分开与喷口直接流体连通的区域和气泡产生区的墙(包括可移动件),更具体地是指分开包括气泡产生区的流道和直接与喷口流体连通的液体流道,从而防止两流道中液体的混合的墙。
附图的简要说明:
图1表示普通的喷液头部的液体流道结构。
图2是按照本发明一实施例的喷液头部的一个实例的示意剖视图。
图3是按照本发明一实施例的喷液头部的局剖立体图。
图4是表示普通头部中从气泡压力传递的示意图。
图5是表示按照本发明一实施例的头部中从气泡压力传递的示意图。
图6是表示使用按照本发明一实施例的喷液头部的喷液方法的示意剖视图,其中(a)、(b)、(c)和(d)分别表示各步骤。
图7是一定时图,它表示在本发明一实施例中使用的第一发热件和第二发热件的驱动实例。
图8是表示在本发明一实施例中液体流动的示意图。
图9是表示喷液头部的第一液体流道的变化实例的示意剖视图。
图10是表示在本发明一实施例中喷液头部的可移动件、气泡和喷射液体之间关系的示意剖视图。
图11是在本发明的一实施例中喷液头部的部分分解立体图。
图12是说明本发明一实施例中一喷液头部的可移动件的制造方法的示意剖视图,其中(a)、(b)、(c)和(d)表示各步骤。
图13是一定时图,它表示本发明一实施例中第一发热件和第二发热件的驱动的实例。
图14是本发明一实施例中,沿喷液头部液流方向截取的示意剖视图。
图15是按照本发明一实施例的喷液头部的局部立体图。
图16是按照本发明一实施例的喷液头部的局部立体图。
图17是按照本发明一实施例的喷液头部的剖视图。
图18是按照本发明一实施例的喷液头部的(双流道)的剖视图。
图19表示可移动件的操作情况。
图20表示可移动件和液体流道的结构。
图21表示可移动件的另一种结构。
图22是按照本发明一实施例的喷液头部的纵剖图。
图23是表示驱动脉冲的示意图。
图24是表示按照本发明一实施例的喷液头部的供送流道的剖视图。
图25是按照本发明一实施例的头部的分解立体图。
图26是喷液头部卡盒的分解立体图。
图27是喷液设备的示意图。
图28是设备的框图。
图29是喷液记录系统的示意图。
现参阅附图描述本发明的实施例。
(实施例1)
在本实施例中将描述通过控制从产生喷液用的气泡而形成的压力的传递方向并通过控制气泡长大的方向而提高喷射力和/或喷射效率。图2是按照本实施例中沿液体流道截取的示意剖视图。图3是喷液头部的局部立体图。本实施例的喷液头部包括一个作为喷射能量产生件的发热件2(包括第一发热件2A和第二发热件2B,在本实施例中其总体尺寸为40μm×105μm),其用于向液体供应喷液的热能;一个发热件基底1,在其上设置所述发热件2;以及一条液体流道10,其对应于发热件2在基底上方形成。液体流道10与一共用液腔13流体连通,液腔13用于向多条这样的,分别与多个喷口18流体连通的液体流道供应液体。
在液体流道10中发热件基底的上方,面对发热件2设有一可移动件(或板)13,其呈弹性材料如金属的悬臂梁形式。可移动件的一端固定于基座(支承件)或类似物上,在发热件基底或液体流道10的壁上设有光敏树脂材料的图案。可移动件通过上述结构支承,形成一个支点(支点部分)33。
可移动件31的定位使其在上游侧(相对于喷射工作中液体从共用液腔13通过可移动件向喷口18的一般流动而言)具有一个支点(作为固定端的支点部分)33,因而在支点33的下游侧有一自由端(自由端部分)32。可移动件31以一个大约15μm的间隙而对发热件2,覆盖着发热件2。在发热件和可移动件之间形成一气泡产生区。发热件或可移动件的类型、结构或位置并不局限于上面所描述的情况,而是可以变化,只要气泡的长大和压力的传递可以受到控制即可。为了便于理解下面将要讲到的液体的流动,液体流道10被可移动件31分成直接与喷口18连通的第一液体流道14和具有气泡产生区11及供液口12的第二液体流道16。
发热件2产生热量,热量施加于可移动件31和发热件之间的气泡产生区11中的液体上,因而通过美国专利第4,723,129号所公开的那种薄膜式沸腾现象而产生一气泡。气泡和产生气泡所形成的压力主要作用在可移动件上,使可移动件31位移,绕支点33打开朝向喷口侧的通路。由于可移动件31的位移,即,由于位移后的状态,产生气泡而形成的压力的传递及气泡本身长大都指向喷口。
现在描述本发明的基本喷射原理之一。本发明的一个重要原理是,在气泡产生的压力或气泡本身的基础上,面对气泡设置的可移动件从正常的第一位置移至位移后的第二位置,位移中及位移后的可移动件31可将产生气泡而形成的压力和/或气泡本身的长大导向喷口18(下游)。
下面详细描述不使用可移动件的普通液体流道结构(图4)和本发明(图5)之间的比较。这里,向着喷口的压力传递方向标识为VA,而朝向上游的压力传递方向标识为VB。
在图4所示的普通头部中,设有可以有效调节产生气泡40而形成的压力的传递方向的任何构件。因此,压力传递的方向垂直于气泡的表面,如V1-V8所示,因此,广泛地指向流道中。在这些方向中,那些靠近喷口的基本一半部分的那些方向(V1-V4)具有VA方向的,对于喷液最有效的压力分量。上述部分由于其方向有利于喷液效率,喷液压力和喷液速度,因而是重要的。另外,分量V1最接近于喷液方向VA,因而该分量最有效,而V4则具有在方向VA上的较小的分量。
另一方面,在本发明的情形中,如图5所示,可移动件31有效地将气泡的压力传递方向V1-V4指向下游(喷口侧),否则它们将指向各个不同的方向。因此,气泡40的压力传递方向是集中的,使气泡40的压力在方向和效率上有利于喷液。气泡长大方向本身类似于压力传递方向V1-V4也指向下游,气泡在下游侧比在上游侧长得更大。因此,气泡长大本身也受到可移动件的控制,从气泡的压力传递方向受到控制,因而显著改善了喷射效率,提高了喷射力和喷射速度。
现参阅图6描述本实施例的喷液头部中的喷射工作。在本实施例中,驱动脉冲如图7所示。首先,第一发热件2A被供送预定大小的脉冲,以便产生足以使可移动件位移但不足以喷液的气泡。然后,与第一发热件2A关断的同时,向第二发热件2B供送一个脉冲,以产生一个比第一发热件2A产生的气泡大的,足以喷液的气泡。现参阅图6描述在这种驱动系统中的喷液。
图6(a)表示在能量如电能送至发热件2以前,因而尚未产生热量的状态。第一发热件2A设置在靠近可移动件31的自由端的位置上,第二发热件2B设置得邻近可移动件的固定端。应注意的是,可移动件31至少延伸至发热件2A在这种液体流道结构中的一部分。如图6所示,当可移动件覆盖发热件2A时,可移动件的工作效率较高。
图6(b)表示第一气泡产生过程,其中,向第一发热件2A供送电能或类似能量,第一发热件2A产生热量,在气泡产生区11中,邻近于可移动件31的自由端侧的一部分液体被加热,因而产生薄膜状沸腾,产生一气泡。
此时,可移动件31被产生气泡40而形成的压力从第一位置移至第二位置,从而将压力的传递导向喷口。应注意的是,如前所述,可移动件31的自由端32设置在下游侧(喷口侧),而支点33则设置在上游侧(共用液腔侧),因此,可移动件的至少一部分面对发热件2A的一部分。上述第一气泡的产生并不足以喷液,但是足以使可移动件31位移。
图6(c)表示一种状态,在这种状态中,向第二发热件2B供送电能或类似能量,第二发热件2B产生热量,在气泡产生区11中,邻近于可移动件31的固定端的一部分液体被加热,从而引起薄膜状沸腾,以便产生气泡。在本实施例中,第二发热件2B的面积大于第一发热件2A的面积,因此,第二发热件2B产生的气泡大于第一发热件产生的气泡。
当第二气泡41产生时,第一发热件2A产生的气泡减小。然而,可移动件31因产生气泡41而形成的压力继续位移。
图6(d)表示一种状态,在这种状态中,所产生的气泡41朝向下游侧比朝向超越可移动件的第一位置的上游长得更大。这里,由于可移动件已被第一发热件2A产生的气泡40的压力打开,因而第二发热件2B产生的气泡41的压力指向自由端侧。因此,从气泡41压力传递的方向和易于体积位移的方向,即,向着自由端的气泡生长方向被已经按照气泡40的长大而位移的可移动件31迫向喷口。因此提高了喷射效率。当可移动件将气泡和气泡产生的压力导向喷口时,它几乎不阻碍传递和长大,并可以有效地按照压力的大小控制压力的传递方向和气泡的生长方向。
已被移至第二位置的可移动件由于可移动件本身的弹性而形成的复原力和气泡收缩形成的负压而返回初始位置(第一位置)。当气泡崩溃时,液体从共用液腔侧并从喷口流回以便补偿在气泡产生区11中气泡的体积减小并补偿喷出的液体的体积。
前面已描述了由于产生气泡,可移动件31的操作和喷液操作。现在描述本发明的喷液头部中的液体再注。在下面的描述中,发热件被认为是一个加热器,它产生一个气泡,这只是为了简化说明。
当气泡达到最大体积后进入气泡崩溃过程时,足以补偿崩溃气泡体积的液体从第一液体流道14的喷口18一侧和从第二液体流道16的共用液腔13一侧流入气泡产生区。在没有移动件31的普通液体流道结构中,从喷口侧至气泡崩溃位置的液体量和从共用液腔流入其中的液体量相应于比气泡产生区更靠近喷口的那一部分和更靠近于共用液腔那一部分的流动阻力(流道阻力和液体惯量)。
因此,当在喷口侧的流动阻力较小时,大量液体从喷口侧流入气泡崩溃位置,使弯月形收缩变大。如果为了增加喷射效率而减小喷口中的流动阻力,那么当气泡崩溃时,弯月形收缩增大,使再注时间延长,从而难于高速打印。
按照本实施例,由于设有可移动件31,气泡崩溃,可移动件返回初始位置时,弯月形收缩停止,然后,注入体积W2的供液是通过第二流道16完成的(W1是气泡体积W的超越可移动件31的上侧的体积,W2是气泡的气泡产生区11一侧的体积)。在现有技术中,气泡体积W的一半体积是弯月形收缩的体积,但是按照本实施例,只有大约一半(W1)是弯月形收缩的体积。
另外,为体积W2的供液主要是从沿着可移动件31的发热件侧的表面的第二液体流道的上游,利用气泡崩溃时的压力而被迫进行的,因此实现了更快的再注动作。
当在普通的头部中进行使用气泡崩溃时的压力的高速再注时,弯月形的振动加大,使图象质量变劣。然而,按照本实施例,在喷口侧和气泡产生区11的喷口侧;在第一液体流道14中的液体流受到抑制,从而减小了弯月形的振动。
因此,按照本实施例,高速再注是通过第二流道16的液体供应流道12的向气泡产生区的再注和通过对弯月形收缩和振动的抑制完成的,因此,可以实现喷射的稳定和高速反复的喷射,当在记录领域中应用本实施例时可以改善图象质量,提高记录速度。
本实施例也提供了以下有效的功能。它可抑制产生气泡而形成的压力向上游侧的传递(向后的波)。在发热件2上产生的气泡的共用液腔13一侧(上游侧)的压力大部产生将液体推回上游侧的力(向后的波)。由于在上游侧的压力,所导致的液体运动和惯性力,这种向后的波使液体向液体流道中的再注变差。在本实施例中,上述对上游侧的作用被可移动件31抑制,从而使再注性能进一步改善。
在本实施例中,两发热件是在液体向喷口流动的方向上布置的,但是它们也可以平行布置。
下面将进一步描述本发明的结构和效果。
由于这种结构,液体向发热件2的表面和气泡产生区11的供应是沿着可移动件31的表面,在靠近气泡产生区11的位置处进行的。因此,液体在发热件2表面上的滞流得到抑制,因而溶解在液体中的气体的析出受到抑制,而且没有消失的残留气泡被容易地除去,另外,在液体中的热积蓄不太多。因此,更稳定的气泡产生可以高速地反复进行。在本实施例中,供液流道12具有基本平的内壁,但是这并不是限制性的,只要供液流道所具有的内壁形状从发热件表面光滑延伸,使液体在发热件上出现滞流且在供液中不显著引起涡流,那么这种供液流道就是令人满意的。
液体向气泡产生区的供应可以通过在可移动件侧部的一个间隙(缝隙35)进行。为了使产生气泡时的压力更有效地导向喷口,如图2所示,可以使用较大的可移动件,使其覆盖整个气泡产生区(覆盖发热件的表面)。然后,通过可移动件向第一位置的恢复来增加在气泡产生区11和第一液体流道14靠近喷口的区域之间液体的流动阻力,从而可以抑制液体向气泡产生区11的流动。但是,按照本实施例的头部结构,存在一个有效地向气泡产生区供液的液流,液体的供应性能显著提高,因此,即使可移动件31为改善喷射效率而覆盖气泡产生区11,液体的供应性能也不会变劣。
如前所述,在表示本发明实施例的图2中可移动件31的延伸使其自由端32面对较靠近喷口设置的发热件2A的一部分。
如前所述,利用气泡的上游侧可提供进一步的有利效果。
在本实施例的结构中,可移动件31的自由端的瞬时机械位移被认为是有利于液体的喷射。
如前所术,在本实施例中,可移动件被第一发热件产生的气泡打开,而当可移动件打开时,由第二发热件又产生一个新的气泡,因此,使可移动件位移所需的气泡产生的压力的分量可以从气泡产生的早期阶段开始生成并指向喷口。因此,可以形成较高的喷射力和喷射效率。
图9表示本发明一实施例的头部的邻近于发热部分的结构,在该图中,标号1代表发热件基底,标号991代表基底的硅部分。在硅部分991上设有两层二氧化硅(SiO2),一层的标号为992(1.5μm厚),另一层的标号为993(1.4μm厚)。
在这两层上设置一个具有发热部分的发热电阻层994(HfB2,0.05μm)和一金属膜995(Ti,0.005μm)。在金属膜995上设有一分配电极层996(Al,0.55μm),一保护膜997(SiO2,1.0μm)和一保护膜998(Ta,0.23μm)。在本实施例中,具有上述邻近发热部分的结构且具有前述流道和可移动件结构的头部是由24V的驱动电压驱动的。通过向第一发热件施加5微秒脉冲宽度的一个脉冲并向第二发热件施加10微秒脉冲宽度的一个脉冲,当可移动件处于位移后的状态时,液体可被喷射。
为了使脉冲宽度较长,邻近发热部分的膜结构被改变以促进热积蓄,借以延长气泡产生状态。
在图6(b)和(d)中,可移动件31向第一液体流道14侧位移时,在第二液体流道16的气泡产生区中产生的气泡的一部分伸入第一液体流道14侧中。为了形成上述伸入,通过选择第二液体流道的高度,与没有上述气泡伸入的情形相比,进一步改善了喷6射力。为了形成上述的气泡向第一液体流道14中的伸入,第二液体流道的高度最好低于最大气泡高度,更具体来说,该高度例如最好为几μm至30μm。在本实施例中,该高度为5μm。
图10和11表示第一液体流道的一个变化实例,其中,邻近可移动件自由端的顶面较高,使可移动件31可有较大的移动角θ。可移动件的移动范围可在流道结构、可移动件的耐用性、气泡生成力和/或类似因素的基础上决定。该角度最好大得足以包括喷口的方向。
在上述实施例中,向第一液体流道和第二液体流道供应相同的油墨。但是,喷射液体和气泡产生液体也可以是不同的液体。然而,即使在连续产生气泡过程中,气泡产生液体混入喷射液体,这两种液体的混合物最好对记录也没有负面影响。
如前所述,按照本实施例的结构,气泡产生而形成的大部分压力可以被可移动件有效地直接传递向喷口侧,另外,在连续产生气泡和喷液中因可移动件闭合动作引起的时间损耗短。因此,液体可以高速喷射,喷射效率高,喷射力大。
由于在上述结构中,产生气泡的第二液体流道和喷墨的第一液体流道是分开的,因而在第二液体流道中产生的proccuro波可集中地被导向可移动件侧。由于压力可被可移动件连续地导向喷口,因此可进一步提高喷射效率和喷射力。由于这种结构,传至第一液体流道的许多压力波沿着喷射被引导,而且在第一液体流道中,向后的波本身很小,因此再注是很高效的。
(实施例2)
如图6和7所示,在实施例1中,所实施的控制使第一发热件2A的启动期间与第二发热件的启动时间不相重叠。因此,与第一气泡开始崩溃的同时,第二气泡产生。在第二气泡产生至其崩溃的期间,第一气泡不再产生。在第二实施例中,如较12和13所示,第二发热件2B,在第一发热件2A产生的气泡崩溃开始的同时,产生气泡,当第二气泡存在时,第一发热件2A重新启动,借助合并增大第二气泡的大小。以这种方式,在第一发热件2A使可移动件向上位移之后,第二发热件2B和第一加热件一起产生的气泡使液体喷出。因此,气泡压力的传递可更强地指向喷口,因而进一步提高了喷射力。
现参阅图12作详细说明。
图12(a)表示在能量如电能送至发热件2之前,尚无热量产生时的状态。与前述实施例相似,第一发热件2A设置在邻近可移动件31的自由端侧的位置上,第二发热件2B设置在邻近其固定端侧的位置上。应注意的是,在这种液体流道结构中,可移动件31至少延伸至第一发热件2A的一部分处。当可移动件覆盖发热件2A时,可移动件的工作效率较高。图12(B)表示第一气泡产生过程,其中,向第一发热件2A供送电能或类似能量,因而第一发热件2A产生热量,邻近于可移动件31的自由端侧的一部分液体在气泡产生区11中被加热,因而出现薄膜状沸腾以便产生一气泡。
此时,气泡40的产生所形成的压力使可移动件31从第一位置移至第二位置,以便将压力的传递导向喷口。应注意的是,如前所述,可移动件31的自由端32设置在下游侧(喷口侧),支点33设置在上游侧(共用液腔侧),使可移动件至少一部分面对气泡的下游部分,即,发热件的下游部分。第一气泡的产生不足以喷射液体,但是足以使可移动件位移。
图12(C)表示一种状态,在这种状态中,向第二发热件2B供送电能或类似能量,第二发热件2B产生热量,使邻近于可移动件31的固定端的一部分液体在气泡产生区被加热以引起薄膜状沸腾,从而产生一气泡。在本实施例中,第二发热件2B的面积大于第一发热件2A的面积,因此,第二发热件2B产生的气泡大于第一发热件产生的气泡。
当产生第二气泡41时,第一发热件2A产生的气泡40减小。然而,可移动件31因气泡41的产生而形成的压力而继续位移。
如图12(d)所示,当第二发热件2B产生的气泡41仍在长大时,第一发热件2A被再次启动以产生气泡。两气泡合并成一个,其向着下游比向着上游长得更大。由于可移动件已被第一发热件2A产生的气泡40打开,因而第二发热件2B和第一发热件2A产生的气泡的压力被指向可移动件31的自由端。喷射效率比第一实施例更高。
(实施例3)
在实施例1和2中,在上游设置的第二发热件2B的尺寸大于在下游设置的第一发热件2A的尺寸,喷液的气泡本身是由第二发热件2B产生的,在实施例3中,设在上游的第二发热件2B小于设在下游的第一发热件2A,用于喷液的气泡40本身是由第一发热件2A产生的。因此,在本实施例中,第二发热件2B产生的气泡41用作一个所谓的缓冲气泡。因此,由第一发热件2A产生的气泡40向着上游的生长被第二发热件2B产生的气泡的压力所抑制,并被该压力推向下游侧(可移动件31的自由端侧),因而第一发热件2A产生的气泡本身被指向自由端。
(实施例4)
图15表示本发明第四实施例的装置。在图15中,A表示一种状态,在这种状态中,可移动件被位移(未画出气泡),B表示一种状态,在这种状态中,可移动件占据初始位置(第一位置),该状态被称为“基本密封状态”,使气泡发生区11密封于喷口18(虽然在图中并未画出,但是,一流道壁设在A和B之间以分开流道)。在实施例4中,第一发热件和第二发热件构成一个类似于实施例1-3的发热件装置,为了简化描述和图示,它们被认为是一个发热件2。
在图15中的可移动件31设置在两个横向底座34上,一供液流道12设在其间。由于这种结构,液体可以从具有与发热件表面基本齐平的表面的,即与其基本连续的供液流道,沿着可移动件的面对发热件侧的表面被供送。
当可移动件31处于初始位置(第一位置)时,可移动件31与设在发热件2下游的下游壁36和设在发热件两侧的发热件侧壁37紧密接触,因此,气泡产生区11的喷口18一侧被基本密封。因此,在气泡产生的气泡形成的压力,特别是气泡下游的压力可集中于可移动件的自由端侧,不会释放压力。
在气泡崩溃时,可移动件31返回第一位置,气泡产生区11的喷口侧被基本密封,因此,弯月形收缩被抑制,向发热件供液中的优点在上文中已经描述。关于再注,可以获得已前述实施例相同的优点。
在本实施例中,支承和固定可移动件31的底座34设置在离开发热件2的上游位置上,底座34的宽度小于向供液流道12供液的液体流道10。底座34的结构并不局限于上述结构,只要可右利完成再注即可。
在本实施例中,在可移动件31和发热件2之间的间隙大约为15μm,但是也可变化,只要在产生气泡基础上的压力可充分传递至可移动件即可。
(实施例5)
图16表示第五实施例的装置。更具体来说,图16表示气泡产生区和在一流道中的可移动件之间的位置关系。在实施例5中,第一发热件和第二发热件构成一个与实施例1-4类似的发热件装置,为了简化描述和图示,它们被认为是一个发热件2。
在大多数前述实施例中,产生气泡而形成的压力集中向着可移动件的自由端,借此使气泡的运动集中向喷射侧,同时进行可移动件的突然运动。在本实施例中,产生的气泡有一定灵活性,气泡的直接影响液滴喷射的下游部分(在气泡的喷口侧)被可移动件的自由端侧调节。
与图2(第一实施例)相比较,图16的头部不包括一个作为在图2的基座1上的气泡产生区的下游端的障碍的突起(加细线条部分)。换言之,在本实施例中,可移动件的自由端区域和两相对的侧向端区域敞开于喷口区域,气泡产生区没有基本的密封。
直接有助于液滴喷射的气泡的下游部分的下游端部可使气泡长大,因此,其压力分量有效地用于喷射。另外,至少在下游部分中的向上的压力(图3中的VB分力)使可移动件的自由端部分有助于气泡在下游端部分的长大。因此,与前述实施例一样,喷射效率得以提高。与前述各实施例相比,本实施例的结构在发热件驱动的反应性方面更好。
另外,简单的结构使制造更为容易。
在本实施例中的可移动件31的支点部分固定于一个底座34,该底座的宽度小于可移动件的表面部分。因此,在气泡崩溃时向气泡产生区11的供液是沿底座而侧进行的(如箭头所示)。底座可以为其它形式的,只要保证供液性能即可。
在本实施例的情形中,可移动件的设置有利地控制了当气泡崩溃时从上部向气泡产生区的流入,供液的再注优于只有发热件的普通的气泡产生结构,因而也减小了弯月形收缩。
在第三实施例的一个优选的改进变型中,两横向侧(或只是一个横向侧)基本为气泡产生区11而密封。由于这种结构,朝向可移动件的横向的压力也被导向喷口侧的端部,因而进一步提高了喷射效率。
(实施例6)
在本实施例中,机械位移产生的液体喷射力得到进一步提高。图17是这种头部结构的剖视图。在图17中,可移动件31的延伸使其自由端部分的定位更朝向发热件喷口侧端部的下游。因此,可移动件在自由端位置的位移速度可被提高,因此,通过可移动件的位移产生的喷射力可进一步提高。
另外,与前述实施例相比,自由端更靠近喷口侧,因此,气泡的长大可集中朝向稳定的方向,从而保证了更好的喷射。
响应于在气泡压力中心部分的气泡生长速度,可移动件31以位移速度R1位移。自由端32处于更远离支点33的位置,因而以更高的速度R2位移。因此,自由端32以机械方式以更高的速度作用在液体上,从而增加了喷射效率。
与图16相同,自由端的结构使边缘垂直于液流,因而气泡的压力和可移动件的机械作用更有效地有助于喷射。
(实施例7)
下面描述另一实施例。
在本实施例中使用相同的喷射原理,产生气泡的液体和主要被喷射的液体是分开的。
图18是按照本实施例的喷液头部的沿液流方向的剖视图。
在这种喷液头部中设有在基座1上的气泡产生液体的第二液体流道17,在基座1上设有发热件2,其用于产生热能以便在液体中产生气泡,在该头部中在第二液体流道17上还设有喷射液体的第一液体流道14,其与喷口18直接连通。
第一液体流道的上游侧与第一共用液腔15流体连通,液腔15用于向多条第一液体流道供应喷射液体。第二液体流道的上游侧与第二共用液腔流体连通,第二共用液腔用于向多条第二液体流道供应气泡产生液体。
在气泡产生液体和喷射液体相同的情形中,共用液腔的数目可以为一个。
在第一和第二液体流道之间设有一弹性材料如金属的隔壁30,使两流道分开。在气泡产生液体和喷射液体的混合应为最少的情形中,第一液体流道14和第二液体流道16最好由隔壁隔开。然而,当允许一定程度的混合时,完全的分隔并不是不可避免的。
可移动件31呈悬臂梁形式,其中,隔壁的在发热件表面的向上的空间(喷射压力产生区、区域A和图18中区域B的气泡产生区11)中的一部分,通过在喷口侧(相对于液体流动的下游)设置缝隙35而构成自由端,其共用液腔(15,17)侧是支点33,即,固定的部分。可移动件31面对气泡产生区11(B)设置,因此,其作用是当气泡产生液体中产生气泡时(在图中箭头所示方向上)打开以便通往第一液体流道的喷口侧。在图2的实施例中也设有一隔壁30在设有作为发热件2的发热电阻器和用于向发热电阻部分提供电信号的线电极5的基座1上方形成一个构成第二液体流道的空间。
支点33、可移动件31的自由端32和发热件之间的位置关系与前一实施例相同。
在前一实例中已描述了在供液流道12和发热件2的结构之间的关系。在本实施例中,第二液体流道16和发热件2之间的关系是相同的。
现参阅图19描述本实施例的喷液头部的工作。在本实施例中,与前述各实施例相似,第一发热件和第二发热件构成一个发热件装置,为了简化描述和图示,它们被认为是一个发热件2。
在第一液体流道14中所用的喷射液体和在第二液体流道16中所用的气泡产生液体是相同的水基油墨。
在第二液体流道中,在气泡产生区中的气泡产生液体由于发热件2产生的热量而发生前述(US-4,723,129)的薄膜状沸腾现象,产生一个气泡。
在本实施例中,除了在气泡产生区的上游侧,在三个方向上并不释放气泡产生的压力,因此,气泡产生而形成的压力在喷射压力产生部分中集中地传递在可移动件6侧,因此随着气泡的长大,可移动件6从图19(a)所示位置移向第一流道侧,如图19(b)所示。由于可移动件的工作,第一液体流道14和第二液体流道16相互有很宽的流体连通,气泡产生而形成的压力主要地传向第一液体流道的喷口(方向A)。通过压力的传递和可移动件的机械位移,液体通过喷口喷射。
然后,随着气泡的收缩,可移动件31返回图19(a)所示位置,因此,相应于喷出液体的液体量从上游输入第一液体流道14。在本实施例中,供液的方向,与前述各实施例中一样,与可移动件的闭合同向,液体的再注不受可移动件的阻碍。
与气泡产生而形成的压力随可移动件的位置而传递、气泡长大的方向、向后的波的防止等有关的,本实施例的作用和效果与第一实施例相同,但是双流道结构在以下各方面更具优越性。
喷射液体和气泡产生液体可以被分开,喷射液体是由在气泡产生液体中产生的压力喷射的。因此,可以喷射高粘度的液体如聚乙二醇等,对其用加热是不足以产生气泡,因而喷射力也是不够的,它们的喷射情况一直不佳。例如,这种液体被送入第一供液流道,而可以很好地产生气泡的液体被送入第二流道作为气泡产生液体。气泡产生液体的一个实例是乙醇和水(4∶6)的混合液(大约1-2cP)。这样就可以适当地喷射出喷射液体。
另外,通过选择一种即使加热时沉积如烧过的沉积物也不会留在发热件表面上的液体来作为气泡产生液体,可以稳定地产生气泡以保证适当的喷射。
在本实施例中也可以获得在前述各实施例中描述的效果,高粘度液体或类似物能够以高的喷射效率和高的喷射压力喷射。
另外,不能耐受热的液体也可喷射。在这种情形中,将这种液体作为喷射液体送入第一液体流道,而将一种加热不易改变性质,可很好地产生气泡的液体送入第二液体流道。这样就可以无热损害地、高效地、高压力地喷液。
(其它实施例)
下面描述附加实施例,在下面的描述中可以采用单流道式,也可以采用双流道式,任何实例除另有说明外适用于上述两种形式。在该实施例中,第一发热件和第二发热件,与前述各实施例类似,构成一个发热件装置,为了简化描述和图示,它们被看作是一个发热件2。
(第二液体流道和可移动件间的关系)
图20表示上述可移动件31和第二液体流道16之间的位置关系,(a)是从上方看去隔壁30的可移动件31位置的视图,(b)是从上方看去,没有隔壁30的第二液体流道16的视图。图19(c)是可移动件6和第二液体流道16之间位置关系的视图,其中,各构件是被覆盖着的。在这些图中,底部是具有喷口的前侧。
本实施例的第二液体流道16具有一个相对于液体从第二共用液腔通过发热件位置至喷口的总体流向来说位于发热件2上游的喉部19,可移动件位置沿着第一液体流道,从而是形成一个腔(气泡产生腔),其可有效抑制当在第二液体流道16中产生气泡时所形成的压力向着上游侧的释放。
在普通头部中产生气泡的流道和喷液的流道是同一流道,在这种情形中,可设置一个喉部以防止发热件产生的压力向着液腔释放。在这种情形中,考虑到液体的充分再注,喉部的横截面积不应太小。
然而,在本实施例的情形中,许多或大部分喷液体是来自第一液体流道的,在具有发热件的第二液体流道中的气泡产生液体消耗不多,因此,气泡产生液体向气泡产生区11中的再注量可以较小。因此,喉部19处的间隙可以制得很小,例如,小至几微米至十几微米,因此,在第二液体流道中产生的压力的释放进一步得到抑制,使其进一步集中至可移动件侧。压力通过可移动件31可以用作喷射压力,因此,可实现高的喷射能量使用效率和喷射压力。第一液体流道16的结构并不局限于上面的描述,而是可以任意变化,只要气泡产生而形成的压力可有效地传至可移动件侧即可。
如图20(c)所示,可移动件31的两个横向侧分别覆盖构成第二液体流道的两个壁部,因此可防止可移动件31落入第二液体流道。这样就进一步改善了喷射液体和气泡产生液体之间的上述分隔。另外还可抑制气泡通过缝隙的释放,因而可进一步提高喷射压力和喷射效率。另外还可进一步提高借助气泡崩溃时压力以上游侧再铸的上述效果。
在图23(B)和图21中在第2液体流道气泡产生区中产生的气泡的一部分随着可移动件向第一液体流道14侧的位移,申入第一液体流道14侧中,通过选择第2液体流道的高度以便可使气泡进行上述的申入,与没有上述申入的气泡相比,进一步提高了喷射力,为了防止气泡申入第一液体流道14,第二液体流道12的高度最好低于最大气泡高度,更具体来说,该高度最好为几微米至30微米。在本实施例中,该高度为15微米。
(可移动件和隔壁)
图21表示可移动件31的另一实例,其中,标号35代表隔壁上形成的缝隙,该缝隙可以形成可移动件31。在图21(A)中,可移动件为矩形结构,在图21(B)中,它在支点侧较窄,以便增加可移动件的可移动性,在图21(C)中,它有一个较宽的支点侧,以便增加可移动件的耐用度,在支点侧变窄且成弧形的结构是理想的,如图20(A)所示,这是由于可满足容易运动和耐用性两方面的要求的缘故。然而,可移动件的结构并不局限于上面的描述,而是可以任意变化,只要它不进入第二液体流道侧,且易于运动、耐用度高,即可。
在前述各实施例中,板状或膜状的可移动件31和具有这种可移动件的隔壁5是由镍制成,厚度为5μm,但是并不局限于此,而是可以任意变化,只要它具有对于气泡产生液体和喷射液体的不溶性而且弹性足以允许可移动件的操作,而且可以形成所需要的细缝隙即可。
可移动件材料的优选实例包括耐用材料如金属如银、镍、金、铁、钛、铝、铂、钽、不锈钢、磷青铜等及其合金,或者具有nytril基的树脂材料。如丙烯腈、丁二烯、苯乙烯等,具有酰胺单元的树脂材料如酰胺等,具有羧基的树脂材料如聚碳酸酯等,具有醛基的树脂材料如聚缩醛等,具有砜单元(sulfon group)的树脂材料如聚砜等,树脂材料如液晶聚合物等或其化合物;或者对油墨具有耐用度的材料,如金、钨、钽、镍、不锈钢、钛及其合金等金属,镀有这些金属的材料,具有amide group的树脂材料如酰胺等,具有醛基的树脂材料如聚缩醛等,具有酮基的树脂材料如聚醚醚酮,具有亚氨基的树脂材料如聚酰亚胺,具有羧基的树脂材料如酚醛树脂,具有乙基的树脂材料如聚乙烯,具有烷基的树脂如聚丙烯,具有环氧基的树脂材料如环氧树脂,具有氨基的树脂材料如蜜胺树脂,具有甲基的树脂材料如二甲苯树脂材料,其化合物,陶瓷材料如二氧化硅及其化合物。
隔壁材料的优选实例包括具有高耐热性、高耐溶性和高模塑性的树脂材料,更具体来说最新的工程塑性树脂材料如聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙醇酯、密胺树脂材料、酚醛树脂、环氧树脂材料、聚丁二烯、聚氨酯、聚醚醚酮、聚醚砜、聚烯丙酯、聚酰亚胺、聚砜、液晶聚合物(LCP),或其化合物,或者金属如二氧化硅、氮化硅、镍、金、不锈钢、其合金、其化合物或镀有钛或金的材料。
隔壁的厚度是根据所用材料及从壁的足够强度和可移动件的充分的可操作性角度考虑的结构来确定的,一般大约0。5至10μm较为理想。
形成可移动件31的缝隙35的宽度在上述实施例中为2μm。当气泡产生液体和喷射液体是不同物质且应避免两种液体的混合时,该缝隙的确定要能在两液体之间形成弯月形,从而避免两种液体的混合。例如,当气泡产生液体的粘度约为2cP,喷射液体的粘度不小于100cP时,大约5μm的缝隙足以避免液体的混合,但是最好不大于3μm。
形成“基本密封”的缝隙,由于要确保防止液体混合,最好具有几微米的宽度。
(发热件基底)
下面将描述设有用于加热液体的发热件的基底的结构。
图22是按照本发明一实施例的喷液头部的纵剖图。
一开槽件50安装在基底1上,件50具有第二液体流道16、隔壁30、第一液体流道14和构成第一液体流道的槽。
如图12所示,基底1具有铝或类似物的图案线电极(0.2-10μm厚)和HfB2,TaAl或为似物的,构成发热件的图案电阻层105(0.01-0.2μm厚),它们设在二氧化硅膜或氧化硅膜106上以便绝缘和蓄热,膜106又设在硅或类似物的基底107上。将电压通过两个线电极104施加在电阻层105上,使电流通过电阻层以产生热量。在线电极之间,在电阻层上设置0.1-2.0μm厚的二氧化硅、氮化硅或类似物的保护层,另外,在其上形成(0.1-0.6μm厚)钽或类似物的防气蚀层,以保护电阻层105,使其不受各种液体如油墨的影响。
在气泡产生和崩溃时产生的压力和冲击波很强,较脆的气化物膜的耐用度会变劣。因此,使有钽或类似金属材料作为防气蚀层。
根据液体,液体流道结构和电阻材料综合考虑,可以不设保护层。这样的一个实例表示在图22(b)中。不需要保护层的电阻层材料例如包括铱-钽-铝合金或类似材料。因此,在前述各实施例中发热件的结构可以只包括电阻层(发热部分)或者可以包括一个用于保护电阻层的保护层。
在实施例中,发热件具有一个热量产生部分,该部分具有响应于电信号产生热量的电阻层。这并不是限制性的,只要可在气泡产生液体中可产生足以喷液的气泡即可。例如,热量产生部分可以是光热转换器形式的,当接受光线如激光时它可以产生热量,或者是当接受高频波时产生热量。
除了构成热量产生部分的电阻层105和由向电阻层输送电信号的线电极104构成的电热转换器之外,在基底1上还可以整体式包括各种功能件如晶体管、二极管、寄存器(latch)等,以便选择性地驱动电热转换器。
为了通过驱动在上述基底1上的电热转换器的热量产生部分来喷液,通过线电极104向电阻层104输送图23所示矩形脉冲,以便使线电极之间的电阻层105瞬时发热。在前述各实施例的头部的情形中,对第一发热件施加的能量为24V电压,5微秒脉冲宽度,对第二发热件为10微秒脉冲宽度,其定时关系前文已述,以便驱动发热件,因此,通过前面描述的过程,通过喷口喷出液体油墨。然而,驱动信号条件并局限于此,而是可任意变化,只要气泡产生液体可以适当地产生气泡即可。
(两流道的头部结构)
下面将描述喷液头部的结构,其中,不同的液体分开地容纳在第一和第二共用液腔中,部件的数目可以减少以降低制造成本。
图24是这种喷液头部的示意图,图25是分解立体图。在图25中,孔板已被卸去。在前述实施例中相同的标号用于具有相应功能的构件,为简单起见对其不再详述。
在本实施例中,开槽件50具有一个带喷口18的孔板15,多条构成多条第一液体流道14的槽,以及一个构成第一共用液腔15的凹槽,液15和于向多条第一液体流道14供应液体(喷射液体)。
一隔壁30安装在开槽件50的底部以形成多条第一液体流道14。这种开槽件50具有从上部位置伸向第一共用液腔15的第一供液流道20。开槽件50也具有从上部位置通过隔壁30伸至第二共用液腔17的第二供液流道21。
如图24中箭头C所示,第一液体(喷射液体)通过第一供液流道20和第一共用液腔15送至第一液体流道14,第二液体(气泡产生液体)如图22中箭头D所示,通过第二供液流道21和第二共用液腔17送至第二液体流道16。
在上述实施例中,第二供液流道21与第一供液流道20平行地延伸,但是并不局限于此,而是可以任意变化,只要液体可在第一共用液腔15之外,穿过隔壁30送至第二共用液腔17即可。
确定第二供液流道21(的直径)时要考虑到第二液体的供送量。第二供液流道21的形状并不局限于圆形,而也可以为矩形等。
第二共用液腔17也可以通过用隔壁30划分开槽件的方式形成。关于形成它的方式,如图26的分解立体图所示,一共用液腔框架和一第二液体流道由一干膜形成,一个固定有隔壁的开槽件50和发热件基底上粘合起来,从而形成第二共用液腔17和第二液体流道16。
在这个实例中,发热件基底1是通过下述方式构成的,即,在金属如铝的支承件70上设置多个作为发热件的电热转换器,其用于产生热量以便通过薄膜状沸腾从气泡产生液体产生气泡。
在基座1上方设有多条槽其构成第二液体流道的壁形成的液体流道16,还设有用于构成第二共用液腔17的凹槽,液腔17与多条气泡产生液体流道流体连通,以便将气泡产生液体送至气泡产生液体流道,隔壁30具有可移动件31。
标号50代表开槽件。开槽件设有多条槽,将隔壁30安装其上而形成第一液体流道(喷射液体流道)14;一个用于构成第一共用液腔(共用喷射液体液腔)15的凹槽,液腔15用于向喷射液体流道供送喷射液体;用于向第一共用液腔供送喷射液体的第一供液流道(喷射液体供送供送流道)20;以及用于向第二共用液腔17供送气泡产生液体的第二供液流道(气泡产生液体供送流道)21。第二供液通道21连通于一条流体通道,其与第二共用液腔17连通,穿过设在第一共用液腔15之外的隔壁30。通过设置上述流体通道,气泡产生液体能够不与喷射液体混合地送至第二共用液腔。
基底1、隔壁30、开槽顶板50之间的位置关系使得可移动件31是相应于基底1上的发热件布置的,而喷射液体流道14是相应于可移动件31布置的。在这个实例中,开槽件设有一条第二供液流道,但是,根据供液量也可设置多条。喷射液体的供液流道20和气泡产生液的供液流道21的横截面积是与供液量成正比地确定的。
通过使流道横截面积最佳化可以减小构成开槽件50的零件的尺寸。
如前所述,按照本实施例,将第二液体送至第二液体流道的第二供液流道和将第一液体送至第一液体流道的第一供液流道可借助一块开槽顶板形成,从而可以减少零件数目,因此,可减少制造步骤、降低生产成本。
另外,向与第二液体流道流体连通的第二共用液腔供送第二液体是通过穿过隔壁的第二液体流道实现的,以便分开第一液体和第二液体,因此隔壁、开槽件和发热件基底的粘合只要一个粘合步骤就够了,因此简化了制造、改善了粘合精度。
由于是穿过隔壁向第二共用液腔供应第二液体的,因而保证了第二液体向第二液体流道的供送,因此供液量是充分的,从而实现了稳定的喷射。
(喷射液体和气泡产生液体)
如前面实施例所述,按照本发明,由于具有上述可移动的结构,液体的喷射可具有比普通喷液头部更高的喷射力或喷射效率。当气泡产生液体和喷射液体使用相同的液体时,液体不会变劣,并可以减少由于加热而形成的在发热件上的沉积。因此,通过反复气化和凝结,可以实现可逆状态变化。因此,可以使用各种液体,只要液体不会使液体流道,可移动件或隔壁等变劣。
在这种液体中,具有普通喷墨记录装置中所用成分的液体可以用作记录液。
当使用喷射液体和气泡产生液体不同的本发明的双流道结构时,使用具有上述性质的气泡产生液体,更具体来说,其实施例包括:甲醇、乙醇、n-丙醇、异丙醇、n-n-己烷、n-庚烷、n-辛烷、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、三氯乙烯、氟利昂TF、氟利昂BF、乙醚、二噁烷、环己烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酮、甲基·乙基酮、水等,以及其混合物。
至于喷射液体,可以使用各种液体,而无需考虑其气泡产生性质或热学性质。过去因气泡产生性质低和/或受热易于改变性质而不曾使用的液体现在也可以使用了。
但是,喷射液体本身或与气泡产生液体反应后应不妨碍喷射、气泡产生或可移动件等的工作。
至于记录喷射液体,可以使用高粘度油墨。至于其它喷射液体,可以使用具有受热易于变劣的性质的化学药品或香水等。下述成分的油墨用作记录液体,可用作喷射液体和气泡产生液体,并进行记录工作。由于提高了喷墨速度,改善了液滴喷射精度,因而记录了要求严格的图象。
2cP的染料油墨
(C.I.食品墨2)染料 3wt%
二甘醇 10wt%
硫二甘醇 5wt%
乙醇 5wt%
水 77wt%
记录工作是使用下述气泡产生液体和喷射液体的组合进行的结果,粘度为十几cps的,过去可作于喷射的液体喷射正常,甚至150cps的液体也喷射正常,形成高质量图象。
气泡产生液体1
乙醇 40wt%
水 60wt%
气泡产生液体2
水 100wt%
气泡产生液体3
异丙醇 10wt%
水 90wt%
(颜料油墨大约15cP)
碳黑 5wt%
苯乙烯-丙烯酸酯-丙烯酸乙酯
共聚物树脂材料 1wt%
弥散材料(氧化物140平均分子量)
单乙醇酰胺 0.25wt%
Glyceline 69wt%
硫二甘醇 5wt%
乙醇 3wt%
水 16.75wt%
喷射液体2(55cP):
聚乙二醇200 100wt%
喷射液体3(150cP)
聚乙二醇600 100wt%
在一直不易喷射的液体的情形中,喷射速度低,因此,喷射方向的变化在记录纸上膨胀,形成不良的喷射精度。另外,由于喷射不稳定,喷射量改变,因而影响了高质量图象的记录。然而,按照本发明各实施例,由于使用了气泡产生液体,使气泡充分且稳定地产生,从而实现了喷射精度的改善和喷墨量的稳定,因此显著提高了图象记录质量。
(喷液头部卡盒)
现在描述具有按照本发明一实施例的喷液头部的一种喷液头部卡盒。
图26是包括上述喷液头部的喷液头部卡盒的示意分解立体图,这种喷液头部卡盒基本包括一个喷液头部部分200和一个液体容器80。
喷液头部部分200包括一发热件基底1,一隔壁30,一个开槽件50,一个限制弹簧78,一个供液体90和一个支承件70。如上所述,基底1设有多个发热电阻,其用于向气泡产生液体供热。在基底1和具有可移动件31的隔壁30之间形成一条气泡产生液体流道。通过隔壁30和开槽顶板50之间的连接形成一条喷射流道(未画出),其与喷射液体连通。
限制弹簧78的作用是将开槽件50压向基底1,并将基底1、隔壁30、开槽件50和支承件适当地形成整体,这还将在下文中描述。
支承件70的作用是支承基底1等,支承件70上具有连接于基底1,向其供送电信号的电路板71,以及当卡盒装在设备上时用于电信号传输的接触垫。
液体容器90分别装有送往喷液头部的喷射液体,如油墨和用于产生气泡的气泡产生液体。液体容器外侧设有一个用于安装一连接件的定位部分94,连接件将喷液头部与液体容器连接起来,还设有用于固定连接部分的一根固定轴95。喷射液体从液体容器的喷射液体供液流道92通过连接件的供液流道84送往供液件80的喷射液体供液流道81,并通过构件的供液流道83,71和21送往第一共用液腔。与此类似,气泡产生液体从液体容器的供液流道93通过连接件的供液流道送往供液件80的气泡产生液体供液流道82,并通过构件的气泡产生液体供液流道84,71,22送往第二液腔。
在这种喷液头部卡盒中,即使气泡产生液体和喷射液体是不同的液体,液体也可很好地被供送。在喷射液体和气泡产生液体相同的情形中,气泡产生液体和喷射液体的供液流道是不必分开的。
当液体用完后,可向液体容器供应有关液体。为了方便这种供应,液体容器需设置一注液口。喷液头部和液体容器可相互连为整体,也可相互分开。
(喷液装置)
图27是使用上述喷液头部的喷液装置的示意图。在这个实例中,喷射液体是油墨。这种设备是喷墨记录设备。喷液装置包括一个可安装头部卡盒的滑架HC,所述头部卡盒包括一可相互可卸式连接的一液体容器90和一喷液头部部分201。滑架HC在记录材料150如记录纸等的宽度方向上往复移动,记录材料是由记录材料输送装置输送的。
当驱动信号从未画出的驱动信号供送装置送至滑架上的喷液装置时,响应于该信号,记录液体从喷液头部喷向记录材料。
本实施例的喷液设备包括作为用于驱动记录材料输送装置和滑架的驱动源的电机111;用于将动力从驱动源传至滑架的齿轮112,113,以及滑架轴115等。借助这种记录设备和使用这种记录设备的喷液方法,将液体喷向各种记录材料,可以形成良好的打印件。
图28是整个设备的框图,该设备使用本发明的喷液头部和喷液方法进行喷墨记录。
这种记录设备从主计算机300接受控制信号形式的打印数据。打印数据暂时存储在打印设备的输入界面301中,同时被转换成可处理的数据以便输入中央处理器302,其也用作供送头部驱动信号的装置。中央处理器302将前述输入的数据处理成可打印的数据(图象数据),这是根据存储在只读存储器303中的控制程序,使用周边设备如随机存取存储器304等进行处理的。
另外,为了向记录纸上的适当点记录图象数据,中央处理器302产生一个用于驱动一驱动电机的驱动数据,所述驱动电机与图象数据同步地移动记录纸和记录头部。图象数据和电机驱动数据分别通过头部驱动器307和电机驱动器305传至头部部分200和驱动电机306,它们受到适当的定时控制以形成图象。
在上面附着液体如油墨,且用于记录设备如上述的那种记录设备的记录媒介可以包括:各种纸张;OHP纸;用于形成光盘,装饰板等的塑料;织物;金属材料如铝、铜等;皮革材料如牛皮、猪皮、人造革等;木材如实心木、胶合板等;以及具有三维结构的海绵等材料。
上述记录设备包括各种纸或OHP纸的打印设备,塑料如用于形成光盘等的塑料的记录设备,金属板等的记录设备,皮革的记录设备,木材的记录设备,陶恣材料的记录设备,三维记录媒介如海绵的记录设备,在织物上记录图象的纺织印刷设备,以及类似的记录设备。
至于这些喷液设备使用的液体,只要与所用的记录媒介和记录条件相容,可以使用任何液体。
(记录系统)
下面描述一个喷墨记录系统的实例,这种喷墨记录系统使用按照本发明的喷液头部作为记录头,在记录媒介上记录图象。
图29是采用前述的按照本发明的喷液头部201的喷墨记录系统的示意立体图,表示其总体结构。在本实施例中的喷液头部是实线型头部,它包括多个喷孔,与360dpi的密度对准,以便覆盖记录媒介150的整个可记录范围。它包括四个头部,它们对应于四种颜色:黄色(Y)、品红(M)、青蓝(C)和黑色(BK)。这四个头部相互平行且以预定间隔地由座1202固定地支承着。
这些头部响应于来自头部驱动器307的信号被驱动,头部驱动器307构成向每个头部供送驱动信号的装置。
四种颜色的油墨(Y,M,C和BK)的每一种从油墨容器204a,204b,204c或204d送往相应的头部。标号204e代表气泡产生液体容器,气泡产生液体从该容器送往每个头部。
在每个头部下面设置,头部帽203a,203b,203c或203d,其内装有由海绵或类似物构成的吸墨体。这些头部帽在非记录期间覆盖相应头部的喷孔,保护头部,并保持头部的性能。
标号206代表输送带,它构成输送如上所述各种记录媒介的装置。输送带206借助各个辊通过预定的路径,并由连接于电机驱动器305的驱动辊驱动。
在本实施例中的喷墨记录系统包括一个打印前处理设备251和一个打印后处理设备252,它们沿着记录媒介输送路径分设在喷墨记录设备的上、下游侧。处理设备251和252分别以各种方式在记录前或后处理记录媒介。
根据记录媒介的种类或油墨的种类,打印前处理和打印后处理是不同的。例如,当采用金属材料,塑料,陶瓷等材料构成的记录媒介时,记录媒介要暴露于紫外线和臭氧,以激活其表面。
在易于带电荷的记录媒介如塑料表面上易于因静电而沉积灰尘。灰尘妨碍记录。在这种情况下,要使用离子剂(ionizer)以去除记录材料的静电荷,从而去除记录材料上的灰尘。当记录材料是纺织品时,从防止起毛和改善颜色固定的观点出发,要进行预处理,在纺织品上施加碱性物质、水溶性物质、组分聚合物(composition polymeric)、水溶性金属盐、尿素或硫脲。预处理并不局限于此,它也可以是使记录材料具有适当温度的预处理。
另一方面,后处理是一种对已接受油墨的记录材料进行热处理,紫外线辐射的促进油墨的固定的处理,或者是一种清浇以除去预处理使用的,因未反应而留下的处理物质。
在本实施例中,头部是实线型头部,但是本发明显然适用于串行式头部,其中,头部是沿记录材料的宽度移动的。
当采用使用可移动件的喷射原理时,由于产生气泡而形成的大部分压力可由可移动件导向式地和有效地传递,因此可实现高的喷射效率和喷射力。
即使在低温、低湿条件下长期不使用之后,也可避免喷射故障,而且即使出现喷射故障,通过小规模的恢复处理如预喷射或抽吸复原也可以恢复到正常状态。按照本发明,可以缩短恢复所需的时间并减少恢复操作的液体消耗,从而减少运转成本。
在改善再注性能方面,可实现响应率、气泡的稳定生长和在连续喷射过程中液滴的稳定性,从而可进行高速记录。
由于使用双流道结构的头部,气泡产生液体可以是易于产生气泡的,易于形成沉积物(烧过沉积等)的液体,因而喷射液体的选择范围加大。因此,通过普通气泡喷射法一直不易喷射的液体,如难于产生气泡,易于在加热器上形成沉积的高粘度液体也可以很好地进行喷射。
另外,易于受热影响的液体也可以不受负面影响地喷射。
按照本发明,喷液头部可以高精度地制造,而且由于零件数目少,可以低成本地制造。
当本发明的喷液头部用作喷液记录头部时,可实现高图象质量的记录。
在按照本发明的喷液设备或喷液系统中,喷液效率等得到进一步提高。
当使用本发明的头部卡盒时,利用本发明可以容易地重复使用头部。
虽然已结合上述结构对本发明作了说明,但是本发明并不局限于所述细节,本申请的目的是覆盖为改进权利要求书所限定范围而作出的各种修改和变化。
Claims (49)
1.一种通过产生气泡喷液的喷液方法,包括:
准备一个头部,它包括一个用于喷液的喷口,一个用于在液体中产生气泡的气泡产生区,一个面对所述气泡产生区设置且可在一个第一位置和一个比第一位置更远离所述气泡产生区的第二位置之间位移的可移动件;
通过在所述气泡产生区产生气泡而形成的压力使所述可移动件从所述第一位置移至所述第二位置,从而使气泡在靠近喷口的下游侧比在上游侧更多地膨胀;以及
其中,所述位移步骤包括:
第一气泡产生步骤,通过在所述气泡产生区中产生一个气泡而形成的压力使所述可移动件的自由端侧位移;以及
第二汽泡产生步骤,在所述气泡产生区产生至少另一个气泡,以便通过喷口喷液。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于:气泡是通过一发热件装置产生的,所述发热件装置在液体中引起薄膜状沸腾现象以产生气泡。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于:所述发热件装置具有一个第一发热件和一个第二发热件。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于:所述第一发热件和第二发热件是在朝着喷口的方向上布置的。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于:所述第一发热件和第二发热件是在朝着喷口的方向上平行布置的。
6.如权利要求3、4或5所述的方法,其特征在于:所述第一气泡产生步骤是通过驱动第一发热件进行的,所述第二气泡产生步骤是通过驱动所述第二发热件进行的。
7.如权利要求3、4或5所述的方法,其特征在于:所述第一气泡产生步骤是通过驱动所述第一发热件进行的,所述第二气泡产生步骤是通过驱动所述第一发热件和第二发热件进行的。
8.如权利要求3、4或5所述的方法,其特征在于:所述第一气泡产生步骤是通过驱动所述第二发热件进行的,所述第二气泡产生装置是通过驱动所述第一发热件进行的。
9.如权利要求3、4或5所述的方法,其特征在于:所述第一气泡产生步骤是通过驱动所述第二发热件进行的,所述第二气泡产生步骤是通过驱动所述第一发热件和第二发热件进行的。
10.一种通过产生气泡喷液的喷液方法,包括:
沿一发热件供送液体,所述发热件沿着一条始于发热件上游的流道布置;以及
将发热件产生的热作用于所供送的液体上以产生一气泡,通过产生气泡形成的压力移动一个可移动件的自由端,所述可移动件的自由端邻近于喷口侧,所述可移动件面对所述发热件设置;
其中,所述位移步骤包括:
第一气泡产生步骤,通过在气泡产生区中产生一气泡而形成的压力,使所述可移动件的自由端侧位移;以及
第二气泡产生步骤,在气泡产生区中产生至少另一个气泡,以便通过喷口喷射液体。
11.如权利要求10所述的方法,其特征在于:气泡是通过一个发热件装置产生的,所述发热件装置在液体中引起薄膜状沸腾现象以产生气泡。
12.如权利要求11所述的方法,其特征在于:所述发热件装置具有第一发热件和第二发热件。
13.如权利要求12所述的方法,其特征在于:所述第一发热件和第二发热件是在朝向喷口的方向上布置的。
14.如权利要求12所述的方法,其特征在于:所述第一发热件和第二发热件是在朝向喷口的方向上平行布置的。
15.如权利要求12、13或14所述的方法,其特征在于:所述第一气泡产生步骤是通过驱动第一发热件进行的,所述第二气泡产生步骤是通过驱动所述第二发热件进行的。
16.如权利要求12、13或14所述的方法,其特征在于:所述第一气泡产生步骤是通过驱动所述第一发热件进行的,所述第二气泡产生步骤是通过驱动所述第一发热件和第二发热件进行的。
17.如权利要求12、13或14所述的方法,其特征在于:所述第一气泡产生步骤是通过骤动第二发热件进行的,所述第二气泡产生步骤是通过驱动第一发热件进行的。
18.如权利要求12、13或14所述的方法,其特征在于:所述第一气泡产生步骤是通过驱动第二发热件进行的,所述第二气泡产生步骤是通过驱动所述第一发热件和第二发热件进行的。
19.一种通过产生气泡的喷液方法,包括:
准备一个头部,它包括一条与液体喷口流体连通的第一液体流道,一条具有气泡产生区的第二液体流道,以及一个在所述第一液体流道和所述气泡产生区之间设置的且具有一个邻近于喷口侧的自由端的可移动件;以及
在所述气泡产生区产生一气泡,以便通过产生气泡形成的压力使可移动件移入所述第一液体流道,因而通过可移动件的移动将压力引向所述第一液体流道的喷口以便喷液;
其中,所述位移步骤包括:
第一气泡产生步骤,通过在所述气泡产生区中产生一气泡而形成的压力使所述可移动件的自由端侧位移;以及
第二气泡产生步骤,在所述气泡产生区中产生至少另一个气泡,以便通过喷口喷液。
20.如权利要求19所述的方法,其特征在于:气泡是通过发热件装置产生的,所述发热件装置在液体中引起薄膜状沸腾现象以产生气泡。
21.如权利要求20所述的方法,其特征在于:所述发热件装置具有第一发热件和第二发热件。
22.如权利要求21所述的方法,其特征在于:所述第一发热件和第二发热件是在朝向喷口的方向上布置的。
23.如权利要求21所述的方法,其特征在于:所述第一发热件和第二发热件是在朝向喷口的方向上平行布置的。
24.如权利要求21、22或23所述的方法,其特征在于:所述第一气泡产生步骤是通过驱动第一发热件进行的,所述第二气泡产生步骤是通过驱动第二发热件进行的。
25.如权利要求21所述的方法,其特征在于:所述第一气泡产生步骤是通过驱动第一发热件进行的,所述第二气泡产生步骤是通过驱动第一发热件和第二发热件进行的。
26.如权利要求21、22或23所述的方法,其特征在于:所述第一气泡产生步骤是通过驱动所述第一发热件进行的,所述第二气泡产生步骤是通过驱动所述第一发热件进行的。
27.如权利要求21、22或23所述的方法,其特征在于:所述第一气泡产生步骤是通过驱动第二发热件进行的,所述第二气泡产生步骤是通过驱动第一发热件和第二发热件进行的。
28.如权利要求19所述的方法,其特征在于:供送至所述第一液体流道的液体和供送至所述第二液体流道的液体是相同的。
29.如权利要求19至23中任一项所述的方法,其特征在于,供送至所述第一液体流道的液体和供送至所述第二液体流道的液体是不同的。
30.如权利要求19至23中任一项所述的方法,其特征在于:供送至所述第二液体流道的液体具备下述性质的至少一种:比供送至所述第一液体流道的液体较低的粘度、较高的气泡形成性质和较高的热稳定性。
31.一种喷液头部,包括:
一个用于喷液的喷口;
一个用于在液体中产生气泡的气泡产生区;
一个面对所述气泡产生区设置且可在一个第一位置和一个比所述第一位置更远离所述气泡产生区的第二位置之间位移的可移动件;
其中,所述可移动件通过产生气泡而形成的压力从所述第一位置移至所述第二位置,从而使气泡更靠近喷口的下游侧比在上游侧更多地膨胀;
第一气泡产生装置,其用于通过在所述气泡产生区中产生一气泡而形成的压力而使所述可移动件的自由端侧位移;以及
第二气泡产生装置,其用于在所述气泡产生区中产生至少另一气泡,以便通过喷口喷液。
32.如权利要求31所述的头部,其特征在于:气泡是通过发热件装置产生的,所述发热件装置在液体中引起薄膜状沸腾现象以产生气泡。
33.如权利要求32所述的头部,其特征在于:所述发热件装置具有第一发热件和第二发热件。
34.如权利要求33所述的头部,其特征在于:所述第一发热件和第二发热件是沿着朝向喷口的方向布置的。
35.如权利要求33所述的头部,其特征在于:所述第一发热件和第二发热件是沿着朝向喷口的方向平行布置的.
36.如权利要求33至35中任一项所述的头部,其特征在于:所述第一气泡发生装置驱动第一发热件,所述第二气泡发生装置驱动第二发热件。
37.如权利要求33至35中任一项所述的头部,其特征在于:所述第一气泡产生装置驱动第一发热件,所述第二气泡产生装置驱动第一发热件和第二发热件。
38.如权利要求33至35中任一项所述的头部,其特征在于:所述第一气泡产生装置驱动第二发热件,所述第二气泡产生装置驱动第一发热件。
39.如权利要求33至35中任一项所述的头部,其特征在于:所述第一气泡产生装置驱动第二发热件,所述第二气泡产生装置驱动第一发热件和第二发热件。
40.如权利要求31所述的头部,其特征在于:所述喷液头部包括一条与所述喷口流体连通的第一流道和一条具有气泡产生区的第二流道。
41.一种用于喷液的喷液设备,包括:
一个喷液头部,它包括一个用于喷液的喷口;一个用于在液体中产生气泡的气泡产生区;一个面对所述气泡产生区设置且具有一下游自由端的可移动件;
第一气泡产生装置,其用于通过在所述气泡产生区中产生一气泡而形成的压力而使所述可移动件的自由端侧位移;以及
第二气泡产生装置,其用于在所述气泡产生区中产生至少另一气泡,以便通过喷口喷液。
42.如权利要求41所述的设备,其特征在于:所述气泡产生装置具有第一和第二发热件,气泡是由发热件装置产生的,所述发热件产生装置在液体中引起薄膜状沸腾现象以便产生气泡。
43.如权利要求42所述的设备,其特征在于:所述第一气泡产生步骤是通过驱动第一发热件进行的,所述第二气泡产生步骤是通过驱动第二发热件进行的。
44.如权利要求42所述的设备,其特征在于:所述第一气泡产生步骤是通过驱动第一发热件进行的,所述第二气泡产生步骤是通过驱动第一发热件和第二发热件进行的。
45.如权利要求41所述的设备,其特征在于:还包括记录材料输送装置,其用于输送记录材料,所述记录材料接受从所述喷液头部喷射的液体。
46.如权利要求41所述的设备,其特征在于:所述液体是油墨,油墨从所述喷口喷出,以便实施在记录材料上的记录。
47.如权利要求41所述的设备,其特征在于:所述液体是记录液体,其从所述喷口喷出,以便实施在记录材料上的记录。
48.如权利要求41所述的设备,其特征在于:不同颜色的液体被喷出,以便进行彩色记录。
49.如权利要求41所述的设备,其特征在于:在记录材料的可记录区域的宽度上设置多个所述喷口。
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