JP2020023150A - 液体吐出ヘッド、液体吐出モジュールおよび液体吐出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(液体吐出ヘッドの構成)
図1は、本実施形態における液体吐出ヘッド1の斜視図である。本実施形態の液体吐出ヘッド1は、液体吐出モジュール100がx方向に複数配列(複数個が配列)されて構成される。個々の液体吐出モジュール100は、複数の吐出素子が配列された素子基板10と、個々の吐出素子に電力と吐出信号を供給するためのフレキシブル配線基板40と、を有している。フレキシブル配線基板40のそれぞれは、電力供給端子と吐出信号入力端子が配された電気配線基板90に共通して接続されている。液体吐出モジュール100は、液体吐出ヘッド1に対し簡易的に着脱することができる。よって、液体吐出ヘッド1には、これを分解することなく、任意の液体吐出モジュール100を外部から容易に取りつけたり取り外したりすることができる。
図2は、本発明に使用可能な液体吐出装置2の制御構成を示すブロック図である。CPU500は、ROM501に記憶されているプログラムに従い、RAM502をワークエリアとして使用しながら、液体吐出装置2の全体を制御する。CPU500は、例えば、外部に接続されたホスト装置600より受信した吐出データに、ROM501に記憶されているプログラム及びパラメータに従って所定のデータ処理を施し、液体吐出ヘッド1が液体を吐出するための吐出信号を生成する。この吐出信号に従って液体吐出ヘッド1を駆動しながら、搬送モータ503を駆動して液体の付与対象媒体を所定の方向に搬送することにより、液体吐出ヘッド1から吐出された液体を液体の付与対象媒体に付着させる。液体吐出装置2がインクジェット記録装置を構成する場合、インクジェット記録ヘッドとしての液体吐出ヘッド1がインクを吐出し、液体吐出ヘッド1と記録媒体とを相対移動させるために搬送モータ503が記録媒体を搬送する。
図3は、個々の液体吐出モジュール100に備えられた素子基板10の断面斜視図である。素子基板10は、シリコン(Si)基板15上にオリフィスプレート(吐出口形成部材)14が積層されて構成されている。オリフィスプレート14には、液体を吐出するための吐出口11がx方向に複数配列されている。図3では、x方向に配列された吐出口11は、同種類の液体(例えば、共通のサブタンクや供給口から供給される液体)を吐出する。ここでは、オリフィスプレート14が液流路13も形成した例を示しているが、液流路13を別の部材(流路壁部材)で形成し、その上に吐出口11が形成されたオリフィスプレート14を設けた構成であってもよい。
図4及び図5は、素子基板10に形成された1つの液流路13及び圧力室18の構成を詳しく説明するための図である。図4(a)は、吐出口11の側(+z方向側)から見た透視図、図4(b)は、図4(a)のIVb−IVb線に沿う断面図である。図5(a)は、図4(a)における液流路13の斜視図である。図5(b)は、図4(b)における吐出口11の近傍部分の拡大図である。図5(c)は、図4(b)における第1の流出口25の近傍部分(図4(b)のVcの部分)の拡大図である。
まず、管内において液体が層流となる条件について説明する。一般に、流れを評価する指標として、粘性力と界面張力の比を表すレイノルズ数Reが知られている。
Re=ρud/η ・・・(式1)
次に、図5(b)を参照しながら、液流路13及び圧力室18の中で2種類の液体の界面が安定している平行流を形成する条件について説明する。シリコン基板15と、オリフィスプレート14の吐出口11の開口面(吐出口面)と、の間の距離、すなわち圧力室18の高さをH[μm]とする。また、第1の液体31と第2の液体32の界面(液液界面)と、吐出口面と、の間の距離(第2の液体の相厚)をh2[μm]とし、その界面とシリコン基板15との間の距離(第1の液体の相厚)をh1[μm]とする。したがって、H=h1+h2となる。
状態A:粘度比ηr=1、流量比Qr=1、水相厚比hr=0.50
状態B:粘度比ηr=10、流量比Qr=1、水相厚比hr=0.39
状態C:粘度比ηr=10、流量比Qr=10、水相厚比hr=0.12
第1の液体と第2の液体がそれぞれ流れることにより、それらの粘度比ηrと流量比Qrに応じた位置(水相厚比hrに対応)に液面(液液界面)が形成される。その界面の位置を維持したまま、吐出口11から液体を吐出することができれば、安定した吐出動作を実現することができる。このような安定した吐出動作を実現するための構成として、以下の2つが挙げられる。
構成1:第1の液体と第2の液体が流れている状態で液体を吐出する構成
構成2:第1の液体と第2の液体が静止している状態で液体を吐出する構成
界面の位置(水相厚比hrに対応)を変化させることによって、吐出口から吐出される液滴(吐出液滴)に含まれる第1の液体の割合を変化させることができる。液体の吐出モードは、吐出液滴の種類に応じて2つに大きく分けることができる。
モード1:第2の液体のみを吐出するモード
モード2:第2の液体に第1の液体を含めて吐出するモード
次に、第1の流出口25による第1の液体31の回収、及び第2の流出口26による第2の液体32の回収について説明する。
流出形態1:第1の流出口25から、第1の液体31のみが流出する形態(図14(c)参照)
流出形態2:第1の流出口25から、第1の液体31と第2の液体32が混在して流出する形態(図15(b)参照)
図9及び図10は、本発明の第2の実施形態の説明図である。図9(a)は、液流路13の断面図、図9(b)は、その液流路13の斜視図、図9(c)は、図9(a)のIXc部分の拡大図である。図9と図10は、第1の液体31の水相厚h1のみが異なる。
本実施形態における分離壁41には、図9および図10のように、液体が流れる方向(y方向)の上流側に向かって突出する突出部43が設けられている。
図12(a),(b),(c)は、分離壁41の突出部43の突出量(第1の流出口25の上方からy方向の上流側に突出する長さ)Lが異なる場合の説明図である。突出量Lが異なる図12(a),(b),(c)のいずれの場合においても、図9(c)の場合と同様に、第1および第2の液体の界面が突出部43に衝突する。図12(a)の突出部43は、第1の流出口25の上方全体を覆う位置から、さらにy方向の上流側に突出量Lだけ突出する。図12(b)の突出部43の吐出量Lはゼロであり、その突出部43が第1の流出口25の上方全体を丁度覆う位置にある。図12(c)の突出部43は、第1の流出口25の上方全体は覆わず、第1の液体31の水相厚h1に相当するL´分だけ、第1の流出口25の液体が流れる方向の上流側の端部から後退した位置にある。
本実施形態においても、図1〜図3に示した液体吐出ヘッド1および液体吐出装置を使用する。
圧力室の中を流れる第1の液体や第2の液体は、圧力室の外部との間で循環してもよい。循環を行わない場合には、液流路及び圧力室の中で平行流を形成した第1の液体及び第2の液体のうち、吐出されなかった液体が多く発生してしまう。このため、第1の液体や第2の液体を外部との間で循環させると、吐出されなかった液体を再び平行流を形成するために使用することができる。
12 圧力発生素子
13 液流路
15A 表面(液流路の内面)
25 第1の流出口
26 第2の流出口
31 第1の液体
32 第2の液体
41 分離壁
Claims (12)
- 基板と、
第1の液体と第2の液体が流動するように前記基板上に形成され、圧力室を有する液流路と、
前記圧力室内の前記第1の液体を加圧する圧力発生素子と、
前記第2の液体を吐出する吐出口と、
を備える液体吐出ヘッドにおいて、
前記第2の液体が吐出される方向を下方から上方としたときに、前記圧力室において、前記第1の液体の上方に前記第2の液体が流動し、
前記基板は、前記圧力室よりも前記第1の液体が流れる方向の下流側に、前記液流路から前記第1の液体を流出させるための第1の流出口を有し、
前記液流路内の、第1の流出口を介して圧力室がある側と反対側の前記基板にある壁であって、前記第1の流出口を挟んで前記圧力室がある側の前記基板の表面よりも高い位置にある部分を含む壁を有することを特徴とする液体吐出ヘッド。 - 前記第1の液体および前記第2の液体の前記圧力室における流れは層流である請求項1に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記第1の液体および前記第2の液体の前記圧力室における流れは平行流である請求項1または請求項2に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記基板は、前記第1の流出口よりも前記第2の液体が流れる方向の下流側に、前記液流路から前記第2の液体を流出させるための第2の流出口を有する請求項3に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記壁は、前記第1の液体と前記第2の液体とが接触する界面が当たる位置に設けられている請求項1から4のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記壁は、前記基板の表面から突出する壁である請求項1から5のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記壁は、前記第1の流出口の少なくとも一部の上方に位置するように、前記第1の液体が流れる方向の上流側に向かって突出する突出部を含む請求項6に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記突出部は、前記第1の液体と前記第2の液体との界面が当たる位置に設けられることを特徴とする請求項7に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記基板は、前記第1の流出口の前記第1の液体が流れる方向の上流側に、前記基板の表面が掘り込まれた掘り込み部を有する請求項1から8のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 前記圧力室の中を流れる第1の液体は、前記圧力室の外部との間で循環される請求項1から9のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッド。
- 請求項1から10のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドを構成するための液体吐出モジュールであって、
複数配列されることによって前記液体吐出ヘッドが構成されることを特徴とする液体吐出モジュール。 - 請求項1から10のいずれか1項に記載の液体吐出ヘッドを有することを特徴とする液体吐出装置。
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