CN1600546A - 喷墨记录装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供在喷嘴板的喷嘴与主体的流路中不产生位移且能够进行稳定的墨水喷出的喷墨记录装置,喷墨头6具备:具有在墨水中提供振动的加振单元29的主体30;以及能够装卸到主体上的由单一金属构件构成的喷嘴板31,喷嘴板中的墨水流路具备将成为墨水喷出端的圆柱孔部分、圆锥孔部分和曲面孔部分的形状的喷嘴40以及连接到该喷嘴上的2个或2个以上内径不同的圆柱孔部分37~39连接起来的形状。
Description
技术领域
本发明涉及从喷嘴喷出墨水进行印字的喷墨记录装置。
背景技术
关于喷墨记录装置的喷嘴,有记载在特开平10-226070号公报中的喷嘴。这是在一片金属板上通过冲压加工形成多个喷嘴的情况。喷嘴是连接了圆柱孔部分,环形的曲面孔部分和圆锥孔部分的构造,从圆锥孔部分一侧向圆柱孔部分一侧的方向喷出墨水。而且,喷嘴板固定在具有流路的其它构件上。
在喷墨记录装置中,重要的是沿着相对于喷嘴板成直角的方向笔直地喷出墨水。为此,需要把喷嘴板和流路精密地加工组装,使得在墨水的流动过程中不会发生干扰。在上述以往技术中,需要通过粘接或者螺栓固定具有喷出墨水的喷嘴的喷嘴板和向喷嘴供给墨水的流路的主体。但是在这样的方法中,具有在喷嘴板从主体装卸时,由于喷嘴与流路的位移或者粘接剂的溢出,在喷嘴与主体的流路的接合部分中产生的台阶在墨水的流动过程中产生干扰,喷出的墨水粒子弯曲,不能够确保粒子形成的稳定性的问题。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供不会产生喷嘴与流路的位移,没有墨水弯曲的能够进行稳定的墨水喷出的喷墨装置。
为了达到上述目的,本发明的喷墨记录装置具备:具有对墨水施加振动的加振单元的主体;以及能够装卸到上述主体上且由单一金属构件构成的喷嘴板,其特征在于:上述喷嘴板具有喷嘴,该喷嘴的形状为将成为墨水喷出端的圆柱孔部分、与上述圆柱孔部分连接且沿着墨水喷出方向孔径减小的圆锥孔部分和与上述圆锥孔部分连接且沿着墨水喷出方向孔径减小的曲面孔部分连接起来的形状。喷嘴板的墨水流路最好还具备连接了喷嘴的曲面孔部分且沿着墨水喷出方向孔径减少的2个或2个以上内径不同的圆柱孔部分的形状。
如果依据本发明,则由于在一片喷嘴板上构成喷射墨水的喷嘴和向喷嘴供给墨水的流路,因此能够不引起喷嘴与流路的位移。从而,即使采用能够容易地装卸喷嘴板的螺栓固定,也能够进行没有墨水弯曲的稳定的墨水喷出。另外,由于容易地进行喷嘴的装卸,因此即使在墨水中有异物或者墨水凝固而墨水堵塞的情况下,也能够卸下喷嘴板通过超声波清洗等迅速地去除异物。
附图说明
图1是本发明一实施例的喷头的剖面图。
图2是本发明一实施例的喷嘴板的剖面图。
图3是本发明一实施例的喷嘴板的正面图。
图4是本发明一实施例的喷嘴的剖面图。
图5是制作了本发明一实施例的喷嘴的穿孔机的概观图。
图6是本发明一实施例的喷墨记录装置的概观图。
图7示出本发明一实施例的喷墨记录装置的主体内部。
图8是本发明一实施例的喷墨记录装置的墨水循环图。
图9是喷嘴板的加工工艺图。
图10是本发明另一实施例的喷嘴板的剖面图。
图11是本发明的分割了喷嘴的主体的连接部分的放大图。
图12是顶端一侧主体的放大剖面图。
图13是用于求另一实施例的轴方向以及流体谐振频率的说明图。
图14是另一实施例的压电元件部分的剖面的放大图。
具体实施方式
以下,根据附图说明本发明的第1实施例。
图6是本发明的喷墨记录装置的概观图。该喷墨记录装置构成为具备收容了控制系统或者循环系统的主体600、具有喷出墨水而生成粒子的喷嘴的印字头610以及连接主体600和印字头610的循环系统与控制系统的电缆620。在主体600中,具有使用者能够进行印字内容或者印字标准等输入以及控制内容或者装置运转状况等显示的触摸屏式的液晶屏630。印字头610用圆柱形的不锈钢制的盖覆盖,在其内部收纳有生成墨水粒子并控制墨水粒子飞行的印字单元。设置在盖底面上的孔615用于通过墨水粒子。
其次,使用图7说明主体600的内部结构。在主体600的上部配置控制基板640等电系统部件。在主体下部680中,配置电磁阀650和泵单元655等循环系统控制部件并收容贮存了向喷嘴供给墨水的墨水容器1。门670可开闭,能够在门670一侧拉出墨水容器,容易地进行墨水的补给、废弃等的维护。
其次,使用图8说明喷墨记录装置的墨水循环系统和印字单元的概略结构。墨水供给路径21由预先贮存墨水的墨水容器1、压送墨水的供给泵2、调节墨水压力的调节阀3、显示供给墨水的压力的压力计4和过滤器5构成。在喷墨头6上以预定的压力供给墨水。在带电电极7上连接着记录信号源,通过在带电电极7上施加记录信号电压,使从喷墨头6规则地喷射出的墨水粒子8带电。在上部偏转电极9中连接高电压源,下部偏转电极10接地。由此,在上部偏转电极9与下部偏转电极10之间形成静电电场,由带电电极7带电了的墨水粒子8根据其带电量偏转飞行,附着在记录体上进行印字。墨水回收路径22由沟槽11、过滤器12和回收泵14构成,回收没有由带电电极7带电的对于记录没有贡献的墨水粒子8,返回到墨水容器1中再次利用该墨水。
其次,使用图1说明喷墨头6。喷墨头6由加振单元29、主体30和喷嘴板31构成。主体30和喷嘴板31的材质是SUS304。喷嘴板31用螺栓28固定在主体30上。在主体30与喷嘴板31之间形成墨水室,在墨水室中从一侧的墨水供给路径21导入墨水。在主体30与喷嘴板31之间设置O形环26,防止来自墨水室36的墨水泄漏。导入到墨水室36中的墨水通过设置在喷嘴板31内部的内径以及长度不同的3个圆柱孔部分(流路)37、38、39,从喷嘴孔40喷出。加振单元29由压电元件32和设置在主体30上的振动片35构成,通过振荡源27以预定周期使压电元件32振动,经过振动片35使墨水振动。
其次,使用图2的剖面图以及图3的正面图,说明喷嘴板31的详细情况。喷嘴板31的外部形状是3个带阶梯的形状,第1阶梯50、第2阶梯51是圆柱形,第3阶梯52如图3所示是矩形。在第3阶梯52中的4个角设置螺栓孔25。在喷嘴板31的内部,从墨水室36的一侧顺序设置内径互不相同的圆柱孔部分37(内径2mm)、圆柱孔部分38(内径1mm)、圆柱孔部分39(内径0.5mm),在顶端设置喷嘴孔40(内径0.065mm)。由于圆柱孔部分37、圆柱孔部分38和圆柱孔部分39用钻头开孔加工,因此圆柱孔部分37与圆柱孔部分38,圆柱孔部分38与圆柱孔部分39的接缝33、34成为钻头顶端角度120°的圆锥形。圆柱孔部分37、圆柱孔部分38、圆柱孔部分39在向喷嘴孔40供给墨水的墨水通路中,成为内径互不相同的带阶梯的构造。这是为了使得不发生在墨水流路中产生的流体共振。墨水流路的流体共振频率用下面的公式(1)求出。
fr=nVi/{4(l+k2)} (1)
这里,n是由共振模式决定的整数值,Vi是墨水中的音速,l是墨水流路的长度,k是修正系数。由于相对于圆柱孔部分39的孔径,喷嘴孔40的孔径充分小,因此得到一端闭一端开的边界条件,成为一次模式下n=1、二次模式下n=3和三次模式下n=5。另外,由于圆柱孔部分37、38成为两端开的边界条件,因此成为在一次模式下n=2、二次模式下n=4和三次模式下n=6。另外,虽然墨水中的音速在常温下一般是1200~1400m/s,但是根据温度墨水中的音速发生变化。在喷墨记录装置的工作温度范围为0~45℃中,墨水中的音速发生±10%左右的变化。因此,在本实施例中,为了粒子形成不受到流体共振的影响,调整流路长度l,使得流体谐振频率充分离开驱动频率70kHz。在本实施例中,在各个墨水流路中,将流体共振频率最低的一次模式设定成大于等于90kHz。在本实施例中,把圆柱孔部分37、圆柱孔部分38和圆柱孔部分39的墨水喷出方向的长度做成2~3mm,把喷嘴板31的长度L做成7mm。通过以上这样做,由于能够不受到对于温度变化大的流体共振的影响,使用利用了对于温度变化少的机械共振的振动放大,能够进行稳定的粒子形成。
图9是喷嘴板31的加工工艺图。首先,在步骤11中加工外形。接着,在步骤12到14中,按照内径大小的顺序,用钻头加工圆柱孔部分37、38、39。在步骤15中,通过冲压加工来加工喷嘴40。最后,在步骤16中,通过研磨或者腐蚀去除残留在喷嘴板40中的SUS部件或者毛边,形成真空度高而且在内表面没有伤痕或者异物附着的喷嘴40。
其次,使用图4说明喷嘴40的详细情况。喷嘴40由具有墨水喷出一侧的开口部分(流出口)41的圆柱孔部分42、沿着墨水喷出方向孔径减少的圆锥孔部分43和以喇叭形状沿着墨水喷出方向孔径减小的曲面孔部分44构成。从圆柱孔部分39一侧插入图5所示的穿孔机60,通过冲压加工形成喷嘴40。穿孔机60的轴64由于通过圆柱孔部分39,因此直径为0.4mm,很细而且易于折断。因此,穿孔机60的轴64作为进入到圆柱孔部分39中的部分,而进入到圆柱孔37、38的部分使穿孔机60的轴65加粗到直径为0.9mm。由此,能够延长穿孔机的寿命。穿孔机60的顶端部分62是直径0.065mm,长度0.06mm的圆柱形,圆锥孔部分61的角度θ是40°。阻塞喷嘴孔40的SUS残余材料或者毛边通过开口部分41一侧的表面研磨或者腐蚀去除。圆柱孔部分42和圆锥孔部分43的形状复制穿孔机60的形状。
圆柱孔部分42的孔径是0.065mm,墨水喷射方向的长度是0.05mm。圆锥孔部分43与圆柱孔部分42的接缝46成为曲率小于等于0.001mm的刀口。圆锥孔部分43的圆锥孔角度ψ是40±5°,圆锥孔部分43与曲面孔部分44的接缝中的孔径是大约0.17mm。另外,圆锥孔部分43的墨水喷射方向的长度是大约0.14mm。其次,曲面孔部分44以比圆锥孔部分43的圆锥角ψ更平缓地倾斜,朝向圆柱孔部分39内径逐渐增大,连接到圆柱孔部分39上。曲面孔部分44当压入穿孔机60时被拉拽而塑性变形,其形状或曲率能够根据材料硬度或者冲压时的板厚调整。
其次,使用图10说明由本发明另一实施例构成的喷嘴6。图10是另一实施例的喷嘴6的剖面图。与前面的实施例的最大不同部分是构成为沿着一个方向制作供给墨水的墨水流路,因此加振单元直接向墨水流路加振。另外,代替喷嘴板31,构成为使得主体30分为2个。即,喷嘴板6由主体30、配置在其外周部分的压电元件32和保护罩72以及配置在主体30一端的接头21a构成。另外,主体30能够分割为主体30a、30b。接头21a用粘接剂粘接到主体30上。另外,保护罩72用螺栓28a固定在主体30上。设置在保护罩72上的孔73是用于向压电元件32供给信号的引线的引出口。
从接头21a向主体30供给墨水,通过在主体30内部的3个阶梯中直径逐渐减小的墨水流路37、38、39,从前面的流出口(顶端开口部分)41喷出。主体31的材质是不锈钢,在3个阶段之间直径逐渐减小的墨水流路通过钻头加工制作。其前面的流出口41通过冲压加工制作。另外,设置在3个阶段直径减小的流路37、38、39的理由在后面叙述。
这里使用图12说明流出口31的制作方法。
基本上与前面叙述过的实施例的情况相同制作。但是,在本实施例的情况下,由于在被分割的主体中可以加工顶端一侧的主体部分,因此如前面的实施例那样,在形成了喷嘴板的3个阶梯的带阶梯流路以后,与通过由穿孔机打开开口部分(流出口)41的情况相比较可以缩短工具,加工容易,还能够提高加工精度。即,在用钻头加工制作了圆柱形的墨水流路39以后,形成圆锥部分80、82。该圆锥角度与钻头顶端角度相同,是大约120°。然后,使用做成为与流出口顶端部分相同形状的穿孔机,通过进行冲压加工,形成没有圆锥部分80,沿着冲压机顶端形状的圆锥部分81和直径65μm左右的流出口41。
其次,使用图14详细地说明压电元件32。压电元件32是圆柱形,在内外面上设置电极。压电元件32的内面电极55设置在圆柱部分的内面的整个面上和端面上。另外,在外部电极56与内面电极55之间为了保持电绝缘,在压电元件32的外面上有无电极部分54。压电元件32的内面电极55的部分与主体30粘接接合,使得能够向主体30有效地传递压电元件32的振动。压电元件32的内面电极55由于接触主体30,因此能够可靠地确保主体30与内面电极55导通。由此,通过把外面电极56与在主体30上发生正弦波电信号的发射机连接,能够把压电元件32加振。
图13是主体30的详细图。主体30a与30b是两者合在一起的长度为L0的筒形形状,在内部形成长度L2、L3的墨水流路38、39。
这里,说明在压电元件32上施加高频电压使主体30(主体30a与主体30b的接合体)振动的情况下,其振动传递到沿着主体内流过的墨水的状况。在能够加入到压电元件32的电压范围中的振动下,是用于进行粒子形成的非常小的不充分的量。从而,构成为用主体30放大振动使得主体30的轴方向的共振频率fb(机械共振)成为喷嘴驱动频率fn附近。轴方向的共振频率fb能够用以下公式求出。
fb=nVb/{4(L+k1)}
这里,n是根据共振模式决定的整数值,L是主体30的长度,Vb是主体30中的音速,k1是修正系数根据实验决定。在本实施例中,材质是不锈钢,Vb=5000m/s。喷嘴的驱动频率fn根据流出口直径(在本实施例中的孔径是ψ0.065mm)大致决定其最佳值,在本实施例中fn=70kHz。计算上的第1次共振频率fb(n=1)成为fn的L的长度是大约22mm,而实际上由于第1次共振频率根据接头的形状改变,因此适宜的L的长度是大约22~26mm的范围。由此,由于压电元件32的振动用主体30放大,使墨水振动,因此能够进行有效的粒子形成。
其次,说明主体30的墨水流路。在主体30的一端加工用于喷出墨水的流出口41(孔径ψ0.065mm)。
墨水流路37、38、39成为内径分别不同的带阶梯的构造。即,构成为随着向流出口41一侧行进内径减小。这是为了通过提高在墨水流路中发生的流体共振频率而不发生接近驱动频率的流体共振。墨水流路的流体共振频率与前面的实施例相同,能够用以下的公式求出。
fr=nVi/{4(l+k2)}
由于流出口的孔径相对于墨水流路39的孔径充分小,因此得到一端闭一端开的边界条件,成为在一次模式下n=1、在二次模式下n=3和在三次模式下n=5。另外,墨水流路37、38由于成为两端开的边界条件,因此成为在一次模式下n=2、在二次模式下n=4和在三次模式下n=6。另外,一般墨水中音速在常温是1200~1400m/s,但是墨水中的音速根据温度发生变化。其变化量在喷墨记录装置的工作温度范围的0~45℃中是±10%左右。从而,在本实施例中,为了使得粒子形成不受流体共振的影响,设定流路长度l使得流体共振频率从驱动频率成为充分高的频率。具体地讲,把流路的路径划分为3个阶梯以上,设定成使得各个流路长度l比流路长度L的1/2短。该流路长度l成为图13中的L1、L2、L3。通过这样设定,能够使流过各个流路的墨水的流体共振频率比驱动频率高。这里,使墨水流路39的长度比墨水流路37、38的长度短,使得与其它的墨水流路37、38相比较,流体共振频率升高。这是因为最接近流出口31的墨水流路39的流体共振特性对粒子形成产生影响。
通过以上那样做,由于不受到对于温度变化大的流体共振的影响,可以得到利用了对于温度变化少的机械共振的振动放大,因此能够进行稳定的粒子形成。
然而,如果使用图10那样的喷嘴进行印字,则由于墨水中的溶剂的挥发性高,因此有时堵塞流出口41。另外,有时在墨水循环路径中的过滤器内没有去除的微小粒子而发生阻塞。这样的情况下,把喷嘴板从喷墨记录装置卸下,浸泡在溶剂中使用超声波清洗的方法清洗。在喷嘴的长度长的情况下,由超声波清洗进行的喷嘴内部清洗大都需要一些时间。另外,在制作图13形状的主体的情况下,在流路39的顶端用冲压加工制作流出口41时所需要的加工用的穿孔机的长度成为在主体长度L0上加入安装到冲压加工机上的部分的长度之和的长度。其长度成为大约35mm,穿孔机自身的制作精度降低是一个问题。另外,由于在长的穿孔机的顶端存在微小的钻孔部分,因此还具有穿孔机易于破损的问题。为此,如图11所示,把主体30做成能够分离为主体30a和30b的构造,能够容易清洗的同时,能够达到提高流出口41的加工精度和延长冲压加工用穿孔机的寿命。使用图11说明分离部分的构造。
图11是放大了图10的喷嘴顶端部分的图。主体30a与主体30b是不同的构件,分别拧入雄螺栓和雌螺栓,成为通过该螺栓50接合的构造。在流路38与流路39的边界,安装作为墨水泄露防止构件的橡胶板70,使得防止从流路38向流路39流动的墨水泄露。
通过采用以上的结构,与以往的实施例相比较,可以谋求喷嘴的小型化,而且能够实现维护特性出色,即使对于温度变化也可以谋求稳定的墨水粒子化的喷嘴。
Claims (9)
1.一种从喷嘴喷出墨水来进行印字的喷墨记录装置,该喷墨记录装置具备:
具有对墨水施加振动的加振单元的主体;以及能够装卸到上述主体上且由单一金属构件构成的喷嘴板,其特征在于:
上述喷嘴板具有喷嘴,该喷嘴的形状为将成为墨水喷出端的圆柱孔部分、与上述圆柱孔部分连接且沿着墨水喷出方向孔径减小的圆锥孔部分和与上述圆锥孔部分连接且沿着墨水喷出方向孔径减小的曲面孔部分连接起来的形状。
2.根据权利要求1所述的喷墨记录装置,其特征在于:
上述喷嘴板具备墨水流路,该墨水流路的形状为将连接于上述喷嘴的曲面孔部分且沿着墨水喷出方向孔径减小的2个或2个以上的内径不同的圆柱孔部分连接起来的形状。
3.根据权利要求1或2所述的喷墨记录装置,其特征在于具备:使从上述喷嘴板的喷嘴喷出的墨水粒子带电的带电电极和用于使带电后的墨水粒子偏转的偏转电极。
4.一种喷嘴板的制造方法,该制造方法制造权利要求2所述的喷墨记录装置的喷嘴板,其特征在于包括:
用钻头在上述喷嘴板中开孔以加工成为流路的圆柱孔部分的步骤;以及
从上述开孔加工后的圆柱孔部分一侧插入采用由2个或2个以上的外径构成的轴构造的穿孔机,冲压加工成为上述墨水喷出端的圆柱孔部分的步骤。
5.根据权利要求1所述的喷墨记录装置,其特征在于:
在上述墨水流路的外周部分配置上述加振单元,代替上述喷嘴板,构成为在上述主体部分中把墨水流路做成连接了3个或3个以上内径不同的圆柱孔的带阶梯的构造以及在上述墨水流路内径不同的带阶梯的部分的位置处可分割上述主体的结构。
6.根据权利要求5所述的喷墨记录装置,其特征在于:
可以在与流出口连接的墨水流路与内径不同于上述墨水流路的流路之间的边界处进行分割。
7.根据权利要求5所述的喷墨记录装置,其特征在于:
上述墨水流路的直径,随着接近流出口其直径减小。
8.根据权利要求5所述的喷墨记录装置,其特征在于:
构成为通过螺栓来接合被分割的上述主体。
9.根据权利要求8所述的喷墨记录装置,其特征在于:
在上述被分割的主体的墨水流路接合部分的边界处设置墨水泄露防止构件。
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