CN114929481B - 喷墨记录装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的喷墨记录装置(1)具备：至少一个喷墨头(10)，具有与喷嘴(N)连通的压力室(11)，从喷嘴排出与该压力室连通的墨水；第一压力源(21)；第二压力源(22)；以及控制部(30)，第一压力源、压力室以及第二压力源通过流路而依次连接。在将由于循环流量而从第一压力源到喷嘴所产生的压力损失设为ΔPa，将差压(P1－P2)与ΔPa的比例常数设为a，将在喷嘴开口附近产生的适当压力设为Pn时，控制部控制压力，以使得P2＝{Pn－(1－a)P1}/a的关系成立。

Description

喷墨记录装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及喷墨记录装置及其制造方法。
背景技术
以往，已知有通过喷墨头使墨水循环，从该喷墨头的喷嘴排出墨水的喷墨装置。
在专利文献1所记载的发明中，为了将喷嘴的开口附近的墨水的压力始终维持为适当压力，使用从墨水流路中的向喷嘴的分支点起上游侧与下游侧的流路阻力之比，根据提出的关系式保持上游侧的压力源(P1)、下游侧的压力源(P2)、喷嘴的开口附近的墨水的适当压力(Pn)的关系，使适当压力(Pn)为大气压以下。
专利文献1：日本专利第5728148号公报
但是，专利文献1所记载的P1、P2、Pn的关系式仅限于从上游侧的压力源(P1)到下游侧的压力源(P2)的墨水流路没有分支的图4所示那样的流路结构。
例如，如图5所示，在通过分支为通过喷嘴N的流路(流路阻力R4、R5)和不通过喷嘴N的流路(流路阻力R3)的墨水流路，而上游侧的压力源(P1)和下游侧的压力源(P2)相连的流路结构中，专利文献1所记载的P1、P2、Pn的关系式不成立。
若根据专利文献1所记载的方法，需要对如以上那样流路结构不同的每个喷墨头，求出P1、P2、Pn的关系式。
发明内容
本发明是鉴于以上的现有技术中的问题而完成的，其课题在于：在喷墨记录装置中，无论流路结构如何，都容易适当地维持喷嘴开口附近的墨水压力。
用于解决以上的课题的技术方案1所记载的发明是喷墨记录装置，具备：
至少一个喷墨头，具有与喷嘴连通的压力室，从喷嘴排出与该压力室连通的墨水；
第一压力源，调整墨水的每单位体积的能量，以使得由上述墨水产生以上述喷嘴的开口高度位置的大气压的静止墨水为基准的“每单位体积的能量”P1〔Pa〕；
第二压力源，调整墨水的每单位体积的能量，以使得由上述墨水产生以上述喷嘴的开口高度位置的大气压的静止墨水为基准的“每单位体积的能量”P2〔Pa〕；以及
控制部，
上述第一压力源、上述压力室以及上述第二压力源通过流路而依次连接，
在将由于循环流量而从上述第一压力源到上述喷嘴产生的压力损失设为ΔPa，将差压(P1－P2)与ΔPa的比例常数设为a，将在喷嘴开口附近产生的适当压力设为Pn时，上述控制部控制压力，以使得P2＝{Pn－(1―a)P1}/a的关系成立。
技术方案2所记载的发明是在技术方案1所记载的喷墨记录装置中，在将差压(P1－P2)为0〔Pa〕的非循环时墨水从上述喷嘴溢出的P1的极限值设为P11，将差压(P1－P2)为不是0的任意的值的循环时墨水从上述喷嘴溢出时的P1的极限值设为P12时，具有ΔPa＝|P12－P11|的关系。
技术方案3所记载的发明是在技术方案1或2所记载的喷墨记录装置中，在将从上述喷嘴排出墨水时所产生的压力损失设为ΔPb，将上述喷嘴的直径设为d，将墨水的表面张力设为σ时，Pn为小于0〔Pa〕且大于－(4σ/d－a(P1－P2)－ΔPb)的值。
技术方案4所记载的发明是在技术方案3所记载的喷墨记录装置中，在将在循环时且非排出时从上述喷嘴产生气泡卷入时的P1的极限值设为P13，将在循环时且排出时从上述喷嘴产生气泡卷入时的P1的极限值设为P14时，具有ΔPb＝|P14－P13|的关系。
技术方案5所记载的发明是喷墨记录装置的制造方法，上述喷墨记录装置具备：
至少一个喷墨头，具有与喷嘴连通的压力室，从喷嘴排出与该压力室连通的墨水；
第一压力源，调整墨水的每单位体积的能量，以使得由上述墨水产生以上述喷嘴的开口高度位置的大气压的静止墨水为基准的“每单位体积的能量”P1〔Pa〕；以及
第二压力源，调整墨水的每单位体积的能量，以使得由上述墨水产生以上述喷嘴的开口高度位置的大气压的静止墨水为基准的“每单位体积的能量”P2〔Pa〕，
上述第一压力源、上述压力室以及上述第二压力源通过流路而依次连接，
其中，在制造上述喷墨记录装置时，
将由于循环流量而从上述第一压力源到上述喷嘴产生的压力损失设为ΔPa，求出差压(P1－P2)与ΔPa的比例常数a，
将在喷嘴开口附近产生的适当压力设为Pn，而设计为P2＝{Pn－(1―a)P1}/a的关系成立。
技术方案6所记载的发明是在技术方案5所记载的喷墨记录装置的制造方法中，将差压(P1－P2)为0〔Pa〕的非循环时墨水从上述喷嘴溢出的P1的极限值设为P11，将差压(P1－P2)为不是0的任意的值的循环时墨水从上述喷嘴溢出时的P1的极限值设为P12，
通过将差压(P1－P2)保持为任意的值并使P1和P2的值变化，来求出P11及P12，
根据ΔPa＝|P12－P11|的关系来计算ΔPa，进而根据差压(P1－P2)与ΔPa的相关关系来求出a。
技术方案7所记载的发明是在技术方案5或6所记载的喷墨记录装置的制造方法中，将从上述喷嘴排出墨水时所产生的压力损失设为ΔPb，将上述喷嘴的直径设为d，将墨水的表面张力设为σ，Pn为小于0〔Pa〕且大于－(4σ/d－a(P1－P2)－ΔPb)的值。
技术方案8所记载的发明是在技术方案7所记载的喷墨记录装置的制造方法中，将在循环时且非排出时从上述喷嘴产生气泡卷入时的P1的极限值设为P13，将在循环时且排出时从上述喷嘴产生气泡卷入时的P1的极限值设为P14，
通过将差压(P1－P2)保持为不是0的任意的值并使P1和P2的值变化，来求出P13及P14，
根据ΔPb＝|P14－P13|的关系，求出ΔPb。
根据本发明，在喷墨记录装置中，无论流路结构如何，都能够容易适当地维持喷嘴开口附近的墨水压力。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的喷墨记录装置的主要结构的示意图。
图2是本发明的一个实施方式所涉及、表示第一压力源与第二压力源之间的差压与由于循环流量而从第一压力源到喷嘴产生的压力损失的比例关系的图表。
图3是本发明的一个实施方式所涉及的压力图。
图4是表示现有的一个例子的喷墨的流路结构的示意图。
图5是表示现有的另一个例子的喷墨的流路结构的示意图。
具体实施方式
在以下，参照附图对本发明的一个实施方式进行说明。以下是本发明的一个实施方式，并不限定本发明。
如图1所示，本实施方式的喷墨记录装置1具备：喷墨头10、墨水供给部20、控制部30以及输送驱动部40。
喷墨头10具有喷嘴N和与喷嘴N连通的压力室11，进行通过压电元件等驱动元件的作用从喷嘴N排出与该压力室11连通的墨水，来对记录介质记录图像等的记录动作等。关于喷墨头10，具备至少一个，也可以具备多个。将在喷嘴N的开口附近产生的压力设为Pn。
输送驱动部40使由喷墨头10记录图像的对象的记录介质相对于该喷墨头10的喷嘴N相对移动。
墨水供给部20具有第一压力源21和第二压力源22。
第一压力源21是与第一流路12连通，调整墨水的每单位体积的能量以使得由墨水产生以喷嘴N的开口高度位置的大气压的静止墨水为基准的“每单位体积的能量”P1〔Pa〕的部分。
第二压力源22是与第二流路13连通，调整墨水的每单位体积的能量以使得由墨水产生以喷嘴N的开口高度位置的大气压的静止墨水为基准的“每单位体积的能量”P2〔Pa〕的部分。
作为第一压力源21及第二压力源22的具体结构，能够列举出相当于以喷嘴N的开口高度位置为基准而放置在规定的高度的墨水室，并具有用于进行墨水相对于该墨水室的流入或流出的控制、施加于墨水室内的液面的气压的控制的墨罐、泵、控制阀、传感器等的结构。
控制部30具备CPU31(Central Processing Unit：中央处理器)和存储部32，统一控制喷墨记录装置1的各种动作。在控制对象的喷墨记录装置1的动作中，包括墨水的供给及循环、图像记录动作以及喷墨头10的维护动作等。CPU31进行各种运算来执行控制处理。存储部32例如包括RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)和非易失性存储器。RAM向CPU31提供作业用的存储空间，存储临时数据。非易失性存储器存储并保持各种控制程序以及设定数据。非易失性存储器例如是闪存，也可以包括HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)等。
图1所示的流路结构是一个例子，如以下所示那样构成。
第一压力源21经由第一流路12、第四流路15与压力室11连接。压力室11经由第五流路16、第二流路13与第二压力源22连接。第一流路12与第四流路15的连接点和第二流路13与第五流路16的连接点通过第三流路14不通过压力室11地连接。
若将第三流路14的流量设为Q1，将第四流路15及第五流路16的流量设为Q2，则第一流路12的流量及第二流路13的流量成为(Q1+Q2)。图示第一流路～第五流路的流路阻力R1～R5。此外，在第一流路12及第二流路13中也包括将头10和压力源相连的头外流路(在图4、5中相同)。
然而，在本发明中，为了将Pn保持为适当压力，不使用这些流路阻力R1～R5，以上说明的流路结构也并不限定于此，例如，除了图4所示的流路结构，也能够应用于各种流路结构。
控制部30为了将Pn保持为适当压力，如以下那样控制压力P1、P2。
即，在将由于循环流量而从第一压力源21到喷嘴N产生的压力损失设为ΔPa，将差压(P1－P2)与ΔPa的比例常数设为a，将在喷嘴N的开口附近产生的适当压力设为Pn时，控制部30控制压力，以使得P2＝{Pn－(1－a)P1}/a···(3)的关系成立。控制部30在将P1、P2的值可变控制为不同的值的情况下，应用式(3)进行控制。控制部30在Pn处于适当范围，并且在满足式(3)的关系的P1、P2的值中的、差压(P1－P2)大因而流速大的P1、P2的值与差压(P1－P2)小因而流速小的P1、P2的值之间，进行可变控制。
Pn具有来自P1的压力损失ΔPa，因此式(1)成立。
Pn＝P1－ΔPa···(1)
若用算式表示将差压(P1－P2)与ΔPa的比例常数设为a的定义，则成为式(2)。
ΔPa＝a(P1－P2)···(2)
将式(2)代入式(1)，
Pn＝P1－a(P1－P2)＝(1－a)P1+aP2
进一步变形，P2＝{Pn－(1－a)P1}/a···(3)
ΔPa具有以下的关系。
即，在将差压(P1－P2)为0〔Pa〕的非循环时墨水从喷嘴N溢出的P1的极限值设为P11，将差压(P1－P2)为不是0的任意的值的循环时墨水从喷嘴N溢出时的P1的极限值设为P12时，
具有ΔPa＝|P12－P11|···(4)的关系。
利用该关系，通过基于实验等的试验，求出差压(P1－P2)与ΔPa的比例常数a。图2表示示出了差压(P1－P2)与压力损失ΔPa的比例关系的图表。
通过将差压(P1－P2)保持为任意的值并使P1和P2的值变化，来求出P11及P12。
在将差压(P1－P2)保持为0并提高P1时(P2也以相同的值提高时)，趋向墨水从喷嘴N溢出的极限，因此将此时的P1的值设为P11。
在将差压(P1－P2)保持为不是0的多个任意的值并提高P1时，趋向墨水从喷嘴N溢出的极限，因此将此时的P1的值设为P12。
通过式(4)，分别计算与多个差压(P1－P2)对应的ΔPa，根据这些多组的差压(P1－P2)与ΔPa的相关关系来求出比例常数a。
在记录动作中，在差压(P1－P2)为不是0的任意的值的循环时，进行从喷嘴N的墨水的排出。
在将从喷嘴N排出墨水时所产生的压力损失设为ΔPb，将喷嘴N的直径设为d，将墨水的表面张力设为σ时，适当压力Pn是小于0〔Pa〕且大于－(4σ/d－a(P1－P2)－ΔPb)···(5)的值。
另外，在将在循环时且非排出时从喷嘴N产生气泡卷入时的P1的极限值设为P13，将在循环时且排出时从喷嘴N产生气泡卷入时的P1的极限值设为P14时，具有ΔPb＝|P14－P13|···(6)的关系。
利用该关系，通过基于实验等的试验来求出ΔPb。
通过将差压(P1－P2)保持为不是0的任意的值并使P1和P2的值变化，来求出P13及P14。
首先，在不进行从喷嘴N的排出时，通过将差压(P1－P2)保持为不是0的任意的值并使P1和P2的值变化，从而在从喷嘴N引入外部空气的程度提高时，趋向从喷嘴N产生气泡卷入的极限。将此时的P1的值设为P13。
另外，在进行从喷嘴N的排出时，通过将差压(P1－P2)保持为不是0的任意的值并使P1和P2的值变化，从而在还存在排出动作的反作用而从喷嘴N引入外部空气的程度提高时，趋向从喷嘴N产生气泡卷入的极限。将此时的P1的值设为P14。
通过式(6)，求出ΔPb。
由于求出了ΔPb，因此确定式(5)的值，确定适当压力Pn的范围。
控制部30根据如以上那样确定的适当压力Pn的范围和式(3)来控制压力。由此，在喷嘴N的开口形成的弯液面被良好地保持。
再参照图3的压力图进行说明。
图3所示的纵轴表示P1的大小。将P1设为墨水供给侧。其右邻的纵带B1表示差压(P1－P2)为0〔kPa〕时的各状态的压力范围和其边界(极限值)。最右侧的纵带B2表示差压(P1－P2)为ΔPd〔kPa〕时的各状态的压力范围和其边界(极限值)。其中，ΔPd≠0。
在带B1中，在比压力值P11靠上的范围内墨水从喷嘴N溢出。在带B2中，在比压力值P12靠上的范围内墨水从喷嘴N溢出。从P12到P11的落差相当于由于循环流量而从第一压力源21到喷嘴N产生的压力损失ΔPa。
在差压(P1－P2)为0〔kPa〕的带B1中，P1＝P2＝Pn＝0〔kPa〕，即，在喷嘴N的开口高度位置的大气压下产生从喷嘴N的墨水溢出。
在差压(P1－P2)为ΔPd〔kPa〕的带B2中，墨水流动，因此从P1到Pn存在压力损失ΔPa。
在带B1和带B2中，能够根据来自喷嘴N的墨水溢出这样的相同的现象时的压力P11、P12之差来求出压力损失ΔPa。
在带B2中，压力值P13相当于即使没有墨水排出，若低于该值，则也会产生气泡卷入的极限值(静态弯液面破裂压)。
在带B2中，压力值P14相当于若低于该值，则在墨水排出时产生气泡卷入的极限值(动态弯液面破裂压)。
因此，P14与P13之差相当于从喷嘴N排出墨水时所产生的压力损失ΔPb。
在图像记录动作时，为了使墨水不从喷嘴N溢出，即使排出墨水，也不产生气泡卷入，则需要设为P12～P14之间的范围。在该范围内，即使存在压力损失ΔPa及压力损失ΔPb，在喷嘴N的开口形成的弯液面也能够通过基于表面张力的压力4σ/d来保持。
因此，适当压力Pn是小于0〔Pa〕且大于式(5)的值的值。
在制造喷墨记录装置时，如以上那样求出比例常数a及适当压力Pn之后，应用式(3)，设计为式(3)的关系成立。对于比例常数a，如果流路结构相同，则不依赖于墨水的物理性质。因此，对于流路结构相同的同种喷墨头，至少调查一次比例常数a即可。
图3所示的压力图根据图像记录动作时的差压(P1－P2)的设定、墨水的物理性质而不同，因此分别求出适当压力Pn。
也可以制造具备控制部的喷墨记录装置，该控制部具有在保持式(3)的关系的同时对P1、P2、Pn进行可变控制的控制功能，也可以制造具有以在运转时使式(3)关系成立的方式进行动作的墨水供给部的喷墨记录装置。
如以上说明那样，根据本实施方式，在喷墨记录装置中，无论流路结构如何，都能够容易适当地维持喷嘴开口附近的墨水压力。
产业上的可利用性
本发明能够用于喷墨记录装置。
附图标记说明：1…喷墨记录装置；10…喷墨头；20…墨水供给部；21…第一压力源；22…第二压力源；30…控制部；40…输送驱动部；N…喷嘴。

Claims (8)

1.一种喷墨记录装置，具备：
至少一个喷墨头，具有与喷嘴连通的压力室，从喷嘴排出与所述压力室连通的墨水；
第一压力源，调整墨水的每单位体积的能量，以使得由所述墨水产生以所述喷嘴的开口高度位置的大气压的静止墨水为基准的每单位体积的能量P1〔Pa〕；
第二压力源，调整墨水的每单位体积的能量，以使得由所述墨水产生以所述喷嘴的开口高度位置的大气压的静止墨水为基准的每单位体积的能量P2〔Pa〕；以及
控制部，
所述第一压力源、所述压力室以及所述第二压力源通过流路而依次连接，
在将由于循环流量而从所述第一压力源到所述喷嘴产生的压力损失设为ΔPa，将P1与P2的差压与ΔPa的比例常数设为a，将在喷嘴开口附近产生的适当压力设为Pn时，所述控制部控制P1、P2，以使得P2＝{Pn－(1―a)P1}/a的关系成立。
2.根据权利要求1所述的喷墨记录装置，其中，
在将P1与P2的差压为0〔Pa〕的非循环时墨水从所述喷嘴溢出的P1的极限值设为P11，将P1与P2的差压为不是0的任意的值的循环时墨水从所述喷嘴溢出时的P1的极限值设为P12时，具有ΔPa＝|P12－P11|的关系。
3.根据权利要求1或2所述的喷墨记录装置，其中，
在将从所述喷嘴排出墨水时所产生的压力损失设为ΔPb，将所述喷嘴的直径设为d，将墨水的表面张力设为σ时，Pn为小于0〔Pa〕且大于－(4σ/d－a(P1－P2)－ΔPb)的值。
4.根据权利要求3所述的喷墨记录装置，其中，
在将在循环时且非排出时从所述喷嘴产生气泡卷入时的P1的极限值设为P13，将在循环时且排出时从所述喷嘴产生气泡卷入时的P1的极限值设为P14时，具有ΔPb＝|P14－P13|的关系。
5.一种喷墨记录装置的制造方法，所述喷墨记录装置具备：
至少一个喷墨头，具有与喷嘴连通的压力室，从喷嘴排出与所述压力室连通的墨水；
第一压力源，调整墨水的每单位体积的能量，以使得由所述墨水产生以所述喷嘴的开口高度位置的大气压的静止墨水为基准的每单位体积的能量P1〔Pa〕；以及
第二压力源，调整墨水的每单位体积的能量，以使得由所述墨水产生以所述喷嘴的开口高度位置的大气压的静止墨水为基准的每单位体积的能量P2〔Pa〕，
所述第一压力源、所述压力室以及所述第二压力源通过流路而依次连接，
其中，在制造所述喷墨记录装置时，
将由于循环流量而从所述第一压力源到所述喷嘴产生的压力损失设为ΔPa，求出P1与P2的差压与ΔPa的比例常数a，
将在喷嘴开口附近产生的适当压力设为Pn，而设计为P2＝{Pn－(1―a)P1}/a的关系成立。
6.根据权利要求5所述的喷墨记录装置的制造方法，其中，
将P1与P2的差压为0〔Pa〕的非循环时墨水从所述喷嘴溢出的P1的极限值设为P11，将P1与P2的差压为不是0的任意的值的循环时墨水从所述喷嘴溢出时的P1的极限值设为P12，
通过将P1与P2的差压保持为任意的值并使P1和P2的值变化，来求出P11及P12，
根据ΔPa＝|P12－P11|的关系来计算ΔPa，进而根据P1与P2的差压与ΔPa的相关关系来求出a。
7.根据权利要求5或6所述的喷墨记录装置的制造方法，其中，
将从所述喷嘴排出墨水时所产生的压力损失设为ΔPb，将所述喷嘴的直径设为d，将墨水的表面张力设为σ，Pn为小于0〔Pa〕且大于－(4σ/d－a(P1－P2)－ΔPb)的值。
8.根据权利要求7所述的喷墨记录装置的制造方法，其中，
将在循环时且非排出时从所述喷嘴产生气泡卷入时的P1的极限值设为P13，将在循环时且排出时从所述喷嘴产生气泡卷入时的P1的极限值设为P14，
通过将P1与P2的差压保持为不是0的任意的值并使P1和P2的值变化，来求出P13及P14，
根据ΔPb＝|P14－P13|的关系，求出ΔPb。
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