液体喷头的制作方法

1.本发明的实施方式涉及液体喷头。


背景技术：

2.已知有向预定位置供给预定量的液体的液体喷头。液体喷头例如搭载于喷墨打印机、3d打印机、移液装置等。喷墨打印机从喷墨头喷出油墨的液滴，从而在记录介质的表面形成图像等。3d打印机从造型材料喷头喷出造型材料的液滴，并使其固化从而形成三维造型物。移液装置喷出试样的液滴并向多个容器等供给预定量。
3.液体喷头具有多个喷出多种液体的通道。各通道具备喷出液体的喷嘴、与喷嘴连通的压力室、以及致动器。各通道的压力室与共用液体室连通。液体喷头从多个通道中选择喷出液体的通道，并向致动器赋予驱动信号以进行驱动。当驱动致动器时，充满液体的压力室的容积变化，从喷嘴喷出液体。
4.当压力室的容积变化时，在压力室与共用液室之间有液体的出入，但是，期望液体出入时的共用液体室的压力变化尽可能小。这是因为：如果压力变化大，则驱动被选择为喷出液体的通道的致动器时的压力变化的影响会经由共用液体室向周围传播，会波及其它通道的喷出特性。


技术实现要素：

5.发明要解决的技术问题
6.本发明要解决的技术问题是提供一种可以抑制从通道喷出液体时的影响波及其它通道的喷出特性的液体喷头。
7.用于解决技术问题的方案
8.本发明的实施方式的液体喷头具备压力室、共用液体室、致动器以及喷嘴部。喷出液体的多个通道分别具备压力室。共用液体室与各压力室的长边方向上的至少一端连通。致动器使压力室的容积变化。喷嘴部具备液体喷出用喷嘴以及不喷出液体的喷嘴。液体喷出用喷嘴设置在由于驱动致动器时所产生的压力室内在长边方向上的液柱共振而该压力室内的压力变化变大的位置处。不喷出液体的喷嘴设置在与其它通道的所述压力室的连通路径上且为液柱共振的压力变化小的位置处。
附图说明
9.图1是具备实施方式所涉及的喷墨头的喷墨打印机的整体构成图。
10.图2是上述喷墨头的立体图。
11.图3是局部放大了上述喷墨头的喷嘴头部的立体图。
12.图4是局部放大了上述喷墨头的喷嘴头部的剖视图。
13.图5是赋予上述喷墨头的致动器的驱动波形。
14.图6是以上述驱动波形进行驱动致动器的动作说明图。
1.2kpa，以使不会从喷墨头100～103的喷出用喷嘴3及压力缓和喷嘴31(参照图2)泄漏油墨。在图像形成时，各墨罐315～318的油墨通过油墨供给压力调整装置321～324供给至各喷墨头100～103。
30.在图像形成后，从输送带14向下流输送路径15输送片材s。下流输送路径15由传送辊对151、152、153、154、以及规定片材s的输送路径的片材引导板155、156构成。片材s经由下流输送路径15从排出口157向排出托盘16输送。图中的箭头107表示片材s的输送路径。
31.接下来，对喷墨头100～103的构成进行说明。下面，参照图2～图4对喷墨头100进行说明，但是，喷墨头101～103也是与喷墨头100相同的结构。
32.如图2所示，喷墨头100具备作为液体喷出部的一例的喷嘴头部2。喷嘴头部2与柔性印刷布线板21连接。喷嘴头部2具备多个喷出油墨的通道。喷嘴头部2具备喷嘴板22、致动器基板23、作为液体供给部的一例的油墨供给部24。油墨供给部24经由油墨流路311与图1的油墨供给压力调整装置321连接。
33.柔性印刷布线板21搭载有作为驱动芯片的驱动用的ic(integrated circuit：集成电路)25(下面，称为驱动ic)。驱动ic25暂时地保存从喷墨打印机10的控制基板17发送来的打印数据，并向各通道赋予驱动信号，以使在预定的定时喷出油墨。
34.作为喷嘴部的一例的喷嘴板22例如是由聚酰亚胺等树脂或不锈钢等金属形成的矩形的板。喷出油墨的喷嘴(喷出用喷嘴)3在喷嘴板22的表面上沿喷嘴板22的长边方向(x方向)排列。喷嘴密度例如设定为在150～1200dpi的范围内。压力缓和喷嘴31是不喷出油墨的喷嘴。压力缓和喷嘴31在喷嘴板22的短边方向(y方向)上配置于喷出用喷嘴3的两侧。即、喷出油墨的各通道分别具备一个喷出用喷嘴3和两个压力缓和喷嘴31。需要指出，在图2中，在喷嘴板22的短边方向(y方向)上排列有两列喷出用喷嘴3，但是，并不限定于此。喷出用喷嘴3例如也可以是一列。
35.尤其是如图3和图4所示，喷嘴板22隔着框状部件26而安装在致动器基板23上。致动器基板23例如是由绝缘性的陶瓷形成的矩形的基板。在被喷嘴板22、框状部件26及致动器基板23所包围的空间内，形成多个各通道的油墨的压力室4。在致动器基板23上沿基板长边方向排列多个压力室4。各通道的压力室4与各通道的喷出用喷嘴3及压力缓和喷嘴31连通。
36.压力室4通过在致动器基板23的表面将例如极化方向相反的方向(作为一例，为相对方向)上层叠的两片压电部件41切割为例如矩形的槽状而形成。即、压电部件41形成为其长边方向沿致动器基板23的短边方向延伸。压电部件41例如形成为侧视呈梯形，但是，侧视的形状并不限于梯形。
37.相邻的压力室4以压电部件41作为侧壁而被隔开。即、各压力室4具有竖立设置于其短边方向的两侧的压电部件41的侧壁，其长边方向的两端开口。压力室4端部的一方的开口与作为共用液体室的一例的中央的共用油墨室42连通，另一方的开口与作为共用液体室的一例的外侧的共用油墨室43连通。中央的共用油墨室42经由形成于致动器基板23的油墨供给孔44与油墨供给部24的油墨供给槽27连通。外侧的共用油墨室43经由形成于致动器基板23的油墨排出孔45与油墨供给部24的油墨排出路28连通。通过该构成，向各通道的压力室4循环供给油墨。但是，油墨的供给也可以不是循环方式。
38.电极46在压力室4的底面及两侧面一体地形成。各压力室4的电极46与布线电极47
连接。压电部件41及电极46构成改变压力室4的容积的致动器5。布线电极47引出至框部件26的外侧。电极46的表面、以及位于框部件26的内侧的布线电极47被保护膜(未图示)覆盖，以使其不与油墨接触。电极46及布线电极47例如由镍薄膜形成。布线电极47在致动器基板23端部与柔性布线板21连接，并与驱动ic25的驱动器(即、驱动回路)连接。各通道的驱动器向各通道的致动器5分别赋予例如驱动电压作为驱动信号。通过该构成，被赋予有驱动电压的致动器5在与压电部件41的极化轴交叉(优选正交)的方向上被施加电场，作为压力室4的两侧的侧壁的压电部件41通过切变模式而变形。
39.即、油墨的压力室4形成为被采用了压电部件41的柱状的一对致动器5所夹持。通过向该柱状的致动器5的两壁、即压力室4的内侧的壁和外侧的壁赋予电位差，对致动器5进行充电而使致动器5变形。由此，压力室4的容积产生变化，其结果是，压力室4内的油墨压产生变化。通过调整该变化的大小和定时，而从喷出用喷嘴3喷出油墨。
40.图5作为驱动致动器5的驱动波形的一例而示出驱动波形(drp波形)。在图5中，一并示出了驱动时的压力室4内的油墨的压力及油墨的流速的变化。驱动波形向致动器5依次在期间t1赋予负电位的电压(-v)、在期间t2赋予接地电位(gnd)、在期间t3赋予正电位的电压(+v)。期间t1例如被设定为喷嘴头2的压力振动周期的1/2的时间。压力振动周期例如为4.8[μs]时，期间t1为2.4[μs]。期间t2例如为3.25[μs]，期间t3为比期间t2短的0.9[μs]。
[0041]
致动器5的驱动例如可以是以每隔两个的方式将压力室4分成三组来进行分割驱动、即3分割驱动。图6的(a)示出了相互相邻的三个一组的压力室4的电极46的电位均为接地电位(gnd)的状态。在该状态下，作为压力室4之间的分隔壁的压电部件41未受到任何应变作用。图6的(b)示出了在图5的驱动波形的期间t1向中央的压力室4的电极46施加了负电位的电压(-v)的状态。在该状态下，在位于施加有电压(-v)的中央的压力室4的两侧的压电部件41，电场作用在与其极化方向正交的方向上，通过压电部件41分别向外侧变形，从而中央的压力室4的容积扩张。
[0042]
在接下来的期间t2中，通过使中央的压力室4的电极46的电位为接地电位(gnd)，从而已扩张的中央的压力室4的容积收缩至图6的(a)的状态。由此，通过在被设定为压力振动周期的1/2的时间的期间t1的终点使压力室4的容积收缩，从而如图5所示，压力室4内的油墨的压力升高，油墨的液滴从喷嘴3喷出。
[0043]
进而，在接下来的期间t3中，向中央的压力室4的电极46施加正电位的电压(+v)。在该状态下，如图6的(c)所示，针对位于中央的压力室4的两侧的压电部件41，电场作用在和图6的(b)时相反的方向上，通过压电部件41分别向内侧变形，从而中央的压力室4的容积收缩。在经过期间t3之后，通过使中央的压力室4的电极46的电位为接地电位(gnd)，从而已收缩的中央的压力室4的容积恢复至图6的(a)的状态。通过该收缩和恢复来消除余量振动。
[0044]
接下来，参照图7～图9对喷出喷嘴3和压力缓和喷嘴31的配置进行详细说明。如前所述，通过驱动改变压力室4的容积的致动器5，并控制压力室4内的压力来进行油墨的喷出。在长边方向的端部开口并与共用油墨室42(43)连通的压力室4的情况下，将驱动致动器5时产生的压力室长边方向的液柱共振用于油墨的喷出。在液柱共振的情况下，对上述的压力振动周期乘以压力室4内的油墨的音速所得的值为波长。另外，如图7的(a)所示，在长边方向的两端开口的压力室4的情况下，为该波长的1/2波长共振管。另一方面，如图7的(b)所示，在长边方向的一方的端部开口而另一方端部封闭的压力室4的情况下，为1/4波长共振
管。与利用亥姆霍兹共振的构成的喷墨头不同。
[0045]
在1/2波长共振管的情况下，压力室长边方向的中央部压力振幅最大且流速振幅最小。也就是说，如图8示意性所示，压力室长边方向的中央部相当于1/2波长的驻波w的波节的部分。另一方面，压力室长边方向的两端部压力振幅最小且流速振幅最大。也就是说，压力室长边方向的两端部相当于1/2波长的驻波w的波腹的部分。当考虑液柱共振的开口校正时，在比压力室4与共用油墨室42、43的边界更靠外侧处压力振幅开始。
[0046]
喷出用喷嘴3配置于液柱共振引起的压力变化变大的位置。在图7的(a)的1/2波长共振管的例子中，作为优选的一例，配置于压力振幅最大的长边方向的中央部。在图7的(b)的1/4波长共振管的例子中，作为优选的一例，配置于压力振幅最大的长边方向的深处。当然，并不严格限定于压力振幅最大的位置，也可以是在其附近。虽然并非特别的限定，但是，例如配置于1/10波长的范围内。喷出用喷嘴3形成为直径随着接近前端侧而变小的锥形。喷出用喷嘴3的基端侧的直径例如为40～55μm。喷出用喷嘴3的前端侧的直径例如为20～30μm。
[0047]
由此，喷嘴头部2在液柱共振引起的压力变化变大的位置处设置喷出用喷嘴3并在开口附近形成油墨的弯液面m(参照图9)，将驱动致动器5时产生的液柱共振引起的压力变化导入该喷出用喷嘴3，以喷出油墨。形成为锥形的喷出用喷嘴3通过将前端侧缩小为较窄的开口来提高油墨的流速，并通过基端侧的较宽的开口对压力室4施加负荷。需要指出，喷出用喷嘴3及压力缓和喷嘴31均对不喷出油墨的静止时的压力室4施加负压而将弯液面m保持为凹型(参照图9)。即、如前所述，通过油墨供给压力调整装置321将喷墨头100内调整为相对于大气压为负压。
[0048]
压力缓和喷嘴31配置于液柱共振的压力变化变小的位置处。在图7的(a)的1/2波长共振管的例子中，作为优选的一例，配置于压力振幅最小的位置处、即长边方向的两端部。在图7的(b)的1/4波长共振管的例子中，作为优选的一例，配置于压力振幅最小的位置处、即长边方向的开口侧的端部。如前所述，液柱共振的压力振幅最小的位置位于比压力室4与共用油墨室42(43)的边界更靠外侧，因此，将压力缓和喷嘴31配置于该位置。例如通过实际进行试验或模拟等来确认液柱共振的压力振幅最小的部位位于哪个位置。当然，并不严格限定于压力振幅最小的位置，也可以是在其附近。即、压力缓和喷嘴31也可以配置为不是比压力室4与共用油墨室42(43)的边界更靠外侧，而是比边界更靠内侧或者跨边界。作为一例，如图7的(c)所示，配置于从压力室4的端部起向1/10波长内侧的位置、或者比其更靠共用油墨室42(43)侧的位置。
[0049]
压力缓和喷嘴31配置于液柱共振的压力振幅较小的位置，因此，即便是驱动致动器5也不会喷出油墨。即、压力缓和喷嘴31是不喷出油墨的喷嘴。压力缓和喷嘴31优选形成为锥角比喷嘴3小的形状。这是因为压力缓和喷嘴31不以喷出为目的，因此，无需形成喷出用喷嘴3那样的锥形。压力缓和喷嘴31的优选的形状例如为20～30μm的圆柱形状。当形成为圆柱形状时，难以引起来自压力缓和喷嘴31的不必要的误喷出，并且，可以抑制空气从压力缓和喷嘴31混入。
[0050]
在液柱共振管的动作原理上，优选在开放端位置处没有压力变化。如前所述，压力室4与共用油墨室42、43在液柱共振的压力变化最小且流速变化最大的位置连通，但是，在现实中，当驱动致动器5时，由于在共用油墨室42、43与压力室4之间出入的油墨的流动，在
压力室4的两端部也会产生压力变化。这会给喷出特性带来坏影响。该压力变化也会经由连通路径而传播至周围的其它通道的压力室4。于是，设置压力缓和喷嘴31。压力缓和喷嘴31即使不喷出油墨喷嘴内的弯液面m(参照图9)的位置、形状也发生变化，由此可以抑制压力变化。如图10所示，压力缓和喷嘴31设置于通道和与其相邻的通道的连通路径300上，但是，如果其位置离压力室4的端部过远，则会在从该部位到压力室4的端部之间产生压力差，因此，优选在压力室4的端部附近。
[0051]
压力缓和喷嘴31吸收该处的压力变化，因此，具有减少经由连通路径300的压力传播的作用。该作用具有防止一个通道的动作会影响另一个通道的动作即所谓串扰导致的印字品质的降低的效果。如果压力缓和喷嘴31位于某压力室4和该压力室4所相邻的其它压力室4的连通路径上的共用油墨室42(43)内，则可以获得串扰的降低效果。基于该目的，压力缓和喷嘴31无需如图7那样设置于每个通道，例如图11所示，即便是压力缓和喷嘴31配置于共用油墨室42(43)内的各压电部件41的端部侧附近，也可以期待串扰的降低效果。或者，例如图12所示，即便是在每隔一个的压电部件41的端部侧配置压力缓和喷嘴31，也具有串扰的降低效果。需要指出，图中的箭头300和图10同样是通过箭头示意性地示出了沿着通道间的连通路径的压力传播。
[0052]
根据上述的实施方式，在具备利用长边方向的液柱共振的压力室4的喷墨头100中，在压力变化变大的部位配置喷出用喷嘴3，在压力室端部侧且为液柱共振的压力变化变小的位置设置压力缓和喷嘴31，从而可以抑制由于经由共用油墨室42、43的压力传播导致其它通道的喷出特性不稳定的串扰的问题。其结果是，可以使各通道的喷出特性稳定，可以提高印字品质。
[0053]
而且，在上述构成的情况下，共用油墨室43侧的压力缓和喷嘴31也可以获得防止流路的死角、油墨易于填充于共用油墨室43内的效果。
[0054]
优选喷出用喷嘴3和压力缓和喷嘴31设置于喷嘴板22的同一面上。由此，容易进行油墨的清除、清除后的清洁。此外，压力缓和喷嘴31也可以无须俯视下是圆形。
[0055]
需要指出，上述的实施方式是在共用油墨室42侧和共用油墨室侧的双方设置有压力缓和喷嘴31，但是，并不限定于设置于双方的构成。此外，上述的实施方式是侧射型的构成，但是，也可以是端射型的构成。
[0056]
喷墨头100并不限定于配置有多个压力室4的切变模式型的致动器5。也可以是按需微量压电式的致动器等。
[0057]
在上述的实施方式中，作为液体喷头的一例对喷墨打印机10的喷墨头100进行了说明，但是，液体喷头也可以是3d打印机的造型材料喷头、移液装置的试样喷头。
[0058]
本发明的实施方式仅为示例，并非意图限定发明的范围。这些新的实施方式可以通过其它的各种方式来实施，在不脱离发明的宗旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含于发明的范围、宗旨中，且包含于和权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。