ГОЛОВКА ВЫВОДА ЖИДКОСТИ И СПОСОБ ВЫВОДА ЖИДКОСТИ Российский патент 2011 года по МПК B41J2/175 

Настоящее изобретение относится к головке для выбрасывания жидкости. Более конкретно, настоящее изобретение относится к головке для выбрасывания жидкости, которая выбрасывает жидкость, подаваемую из протока, через который циркулируют чернила, чтобы выводить на печать изображение.

Описание предшествующего уровня техники

Известно, что при выбрасывании жидкости из головки для выбрасывания жидкости возникают следующие проблемы, заключающиеся в том, что около канала выбрасывания происходит скопление чернил, если время покоя, при котором не распечатывается никакое изображение, является более долгим, чем заданное время, а именно:

(1) Неравномерность цвета изображения из-за изменения выбрасываемого количества.

(2) Ухудшение точности воздействия из-за изменения скорости выбрасывания.

(3) Отсутствие выбрасывания, при котором чернила не выбрасываются.

Причины этих проблем состоят в том, что поверхность мениска чернил, присутствующая около канала выбрасывания, соприкасается с внешним воздухом и летучие компоненты, содержащиеся в чернилах, испаряются, приводя к сгущению чернил.

В частности, если время покоя долгое, то вязкость заметно увеличивается, и твердые компоненты чернил прилипают к поверхности в области канала выбрасывания. Твердые компоненты увеличивают жидкостное сопротивление чернил. Если вязкость дополнительно увеличивается, происходит ошибка выбрасывания.

В качестве одной из мер против такого явления сгущения чернил, известен способ, заключающийся в том, что в нем чернила, подаваемые на записывающую головку, заставляют циркулировать через канал циркуляции, как обсуждается в заявке на патент Японии №2006-88493. Чернила вводят в канал выбрасывания из расположенной впереди по ходу части канала циркуляции, введенные чернила проходят к расположенной позади по ходу части канала циркуляции, и чернила выбрасываются, пока они циркулируют. Известна также следующая технология, которая обсуждается в заявке на патент Японии №7-164640. Согласно этой технологии обеспечены общие жидкостные камеры, независимые друг от друга, для того, чтобы подавать чернила с двух направлений, и создается перепад давлений между общими жидкостными камерами, таким образом, порождая циркулирующий поток.

Однако изобретатель обнаружил, что при этих обычных технологиях возникают следующие проблемы, если чернила выводятся во время циркуляции.

При конфигурациях, используемых в каждой их этих обычных технологий, если чернила выбрасываются во время циркуляции, направление выбрасывания наклоняется, изменяя место воздействия, и часто происходит ухудшение изображения. Кроме того, даже если основная капля, выброшенная из головки для выбрасывания жидкости, воздействует на заданное место, не принимая влияние циркуляции, направление выбрасывания дополнительных капель (сателлитных капель), сопровождающих основную каплю, наклоняется, и место воздействия сателлитных капель часто изменяется.

Причина этого явления будет описана со ссылкой на фиг.3А-3D. На фиг.3А-3D проток 11 жидкости выполнен симметричным относительно канала 12 выбрасывания и генерирующего энергию элемента 13. Поскольку циркулирующий поток 14 в протоке 11 жидкости является однонаправленным потоком, этот циркулирующий поток 14 асимметричен относительно канала 12 выбрасывания. Соответственно, создается перепад давлений между расположенной впереди по ходу потока стороной, в которую входит циркулирующий поток 14, и расположенной позади по ходу потока стороной, из которой циркулирующий поток 14 выбрасывается, около канала 12 выбрасывания. В результате поверхность 17 мениска, образованная на канале 12 выбрасывания, является асимметричной между расположенной впереди по ходу стороной и расположенной позади по ходу стороной, направление выбрасывания наклоняется, и место воздействия изменяется (см. фиг.3С и 3D). Это влияет на изображение, подлежащее распечатыванию.

Объектом настоящего изобретения является головка для выбрасывания жидкости и способ выбрасывания жидкости, при котором можно уменьшать наклон направления выбрасывания и, таким образом, уменьшать изменение места воздействия, даже когда чернила выбрасываются во время циркуляции.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения головка для выбрасывания жидкости включает в себя: канал выбрасывания, из которого жидкость выбрасывается; проток, который соединен с каналом выбрасывания; и генерирующий энергию элемент, который выполнен в протоке и генерирует энергию, используемую, чтобы выбрасывать жидкость из канала выбрасывания, при этом проток включает в себя первый впускной тракт, подающий жидкость к генерирующему энергию элементу; второй впускной тракт, подающий жидкость к генерирующему энергию элементу в направлении, противоположном направлению, в котором первый впускной тракт подает жидкость; и выпускной тракт, обеспечивающий вытекание жидкости, подаваемой к генерирующему энергию элементу.

Согласно настоящему изобретению можно уменьшать наклон направления выбрасывания и уменьшать изменение места воздействия, когда чернила выбрасываются при циркуляции. Таким образом, можно получить высококачественное изображение.

Дополнительные признаки и аспекты настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Сопроводительные чертежи, которые включены и составляют часть описания, иллюстрируют варианты осуществления, признаки и аспекты изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения.

Фиг.1A-1D - схематические изображения, иллюстрирующие конфигурацию первого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2A-2D - схематические изображения, иллюстрирующие конфигурацию первого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3А-3D - схематические изображения, иллюстрирующие проблемы, решаемые настоящим изобретением.

Фиг.4А и 4В - схематические изображения, иллюстрирующие конфигурацию второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.5А и 5В - схематические изображения, иллюстрирующие конфигурацию третьего варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6А и 6В - схематические изображения, иллюстрирующие конфигурацию четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7А и 7В - схематические изображения, иллюстрирующие конфигурацию первого варианта осуществления настоящего изобретения.

Различные варианты осуществления, признаки и аспекты изобретения будут описаны подробно ниже со ссылками на чертежи.

Настоящее изобретение будет описано, принимая способ или систему струйной записи в качестве примера, к которому применено настоящее изобретение. Однако применение настоящего изобретения не ограничено способом или системой струйной записи, а также применимо к производству биочипов, печати электронных схем или подобного.

Головку для выбрасывания жидкости можно устанавливать на таком устройстве, как принтер, копировальная машина, факс, включающий в себя систему связи, или текстовый процессор, включающий в себя печатающее устройство, или на промышленном записывающем устройстве, объединенном с различными типами устройств обработки многократным способом, для обеспечения многофункциональности. Например, головку вывода жидкости можно использовать для производства биочипов, для печати электронных схем или распыления аэрозольных лекарственных препаратов.

При использовании этой головки для выбрасывания жидкости с целью печати, например, изображение можно печатать на различных типах носителей записи, таких как бумага, волокно, древесное волокно, ткань, кожа, металл, пластмасса, стекло, древесина и керамика.

Термин "запись", используемый в описании настоящего изобретения, относится не только к применению изображения, имеющего значение, такое как символ или графический символ на носителе записи, но также и применению изображения, не имеющего значения, такого как рисунок на носителе записи.

Кроме того, поскольку варианты осуществления, которые будут описаны ниже, являются конкретными примерами настоящего изобретения, для них установлены различные ограничения, которые технически предпочтительны. Однако варианты осуществления не ограничены способами, раскрытыми в подробном описании настоящего изобретения, и другие способы, если они являются вариантами осуществления, соответствуют концепции настоящего изобретения.

Один вариант осуществления настоящего изобретения будет описан ниже со ссылкой на фиг.1А-1D и 2A-2D. Фиг.1А и 1В являются видом в поперечном разрезе и видом в продольном разрезе, обычно иллюстрирующими соседние области протока 11 жидкости головки для выбрасывания жидкости, которая включает в себя проток 11 жидкости, канал 12 выбрасывания, генерирующий энергию элемент 13, который генерирует энергию, используемую для выбрасывания жидкости, и циркулирующий поток 14. Фиг.1C и 1D представляют увеличенные виды части 1C, показанной на фиг.1В.

На фиг.1А записывающая головка включает в себя проток 11 жидкости, в котором течет жидкость, такая как чернила, канал 12 выбрасывания, связанный с протоком 11 жидкости и образованный в пластине 20 с отверстиями, и генерирующий энергию элемент 13, прикладывающий энергию выбрасывания к чернилам в протоке 11 жидкости. Проток 11 жидкости образует часть тракта циркуляции чернил. Циркулирующий поток 14 чернил возникает в протоке 11 жидкости. Впускной тракт 15, в который вводят чернила, образован параллельно подложке 19 и обеспечен для генерирующего энергию элемента 13. Кроме того, выпускной тракт 16, из которого выводятся чернила, образован как сквозное отверстие, пронизывающее подложку 19. Впускной тракт 15 включает в себя первый впускной тракт, в котором чернила текут слева к генерирующему энергию элементу 13, и второй впускной тракт, в котором чернила текут в направлении, противоположном первому впускному тракту, к генерирующему энергию элементу 13. В настоящем варианте осуществления множество впускных трактов 15 и множество выпускных трактов 16 выполнены так, чтобы являться точкой симметрии относительно канала 12 выбрасывания.

На фиг.1C показано, что в неподвижном состоянии на канале 12 выбрасывания образована поверхность 17 мениска. Чернила выводятся из канала 12 выбрасывания посредством возбуждения генерирующего энергию элемента 13а (то есть электротермического конверсионного элемента) в неподвижном состоянии и генерирования пузырька 18 в чернилах.

Как показано на фиг.1А и 1В, в горизонтальном направлении образованы два протока 11 жидкости к подложке 19, которые являются точкой симметрии относительно выпускного канала 12. Протоки 11 жидкости также служат впускными трактами 15 циркулирующих чернил. Генерирующий энергию элемент 13 образован в положении, противоположном каналу 12 выбрасывания. Два выпускных тракта 16 чернил, пронизывающих переднюю поверхность и заднюю поверхность подложки 19, присутствуют с обеих сторон генерирующего энергию элемента 13, становясь точкой симметрии относительно канала 12 выбрасывания. Если давление выпускных трактов 16 уменьшают, приводя в действие насос или подобное устройство (не показано), выполненное, например, снаружи головки для выбрасывания жидкости, циркулирующий поток 14 чернил, введенный из впускного тракта 15, проходит справа под каналом 12 выбрасывания. Циркулирующий поток 14 чернил, проходящий справа под выпускным каналом 12, выходит из каждого выпускного тракта 16 за пределы головки для выбрасывания жидкости.

На фиг.1А-1D циркулирующий поток 14 введенных чернил является точкой симметрии относительно канала 12 выбрасывания. Поэтому, как показано на фиг.1C, поверхность 17 мениска, образованная на канале 12 выбрасывания, является почти точкой симметрии относительно выпускного канала 12 даже в то время, когда чернила циркулируют.

Настоящий вариант осуществления имеет следующие преимущества, поскольку циркулирующий поток 14 является точкой симметрии относительно канала 12 выбрасывания. Среди множества потоков жидкости, сформированных для канала 12 выбрасывания, не создается почти никакой перепад давления. Соответственно, как показано на фиг.1C, поверхность 17 мениска, образованная на канале 12 выбрасывания, является по существу точкой симметрии относительно канала 12 выбрасывания. Кроме того, если генерирующий энергию элемент 13 является электротермическим конверсионным элементом, пузырек 18, образованный в чернилах, является по существу точкой симметрии относительно канала 12 выбрасывания. В результате, если генерирующий энергию элемент 13 прикладывает энергию к чернилам и чернила выбрасываются из канала 12 выбрасывания, наклон направления вывода уменьшается, и изменение положения воздействия уменьшается.

С другой стороны, в настоящем варианте осуществления чернила выбрасываются из канала 12 выбрасывания посредством возбуждения генерирующего энергию элемента 13 в состоянии, в котором чернила циркулируют в протоках 11 жидкости. Если циркулирующий поток 14 постоянно возникает и действует на канал 12 выбрасывания, настоящий вариант осуществления представляет следующие преимущества.

Во-первых, возможность подачи чернил может увеличивать не только действие капиллярного усилия поверхности 17 мениска вблизи канала 12 выбрасывания, но также и введение циркулирующего потока 14 в канал 12 выбрасывания. Это ускоряет повторное наполнение чернилами генерирующего энергию элемента 13 после выбрасывания чернил, приводя к увеличению частоты пополнения.

Во-вторых, так как циркулирующий поток 14 вводят в канал 12 выбрасывания, сопротивление жидкости протоков 11 жидкости, присутствующей позади генерирующего энергию элемента 13, увеличивается в направлении потока чернил. Соответственно, давление, созданное генерирующим энергию элементом 13, распространяется к каналу 12 выбрасывания более эффективно, таким образом, улучшая эффективность выбрасывания.

Кроме того, циркулирующий поток 14 может предпочтительно выбрасывать пузырек 18, созданный или проникающий в головку вывода жидкости, за пределы головки вывода жидкости, уменьшать повышение температуры, вызванное теплотой, созданной в генерирующем энергию элементе 13, служащем в качестве электротермического конверсионного элемента, и уменьшать сгущение чернил.

Далее, записывающая головка, в которой образовано множество каналов 12 выбрасывания и подобных каналов, будет описана со ссылкой на фиг.7А и 7В. Фиг.7А и 7В являются видом в поперечном разрезе и видом в продольном разрезе, иллюстрирующими обычную записывающую головку, использующими конфигурацию, которая показана на фиг.1А-1D.

Протоки 11 жидкости соединяют впускные тракты 15, вводящие чернила в генерирующие энергию элементы 13, с выпускными трактами 16, из которых чернила выходят, и также соединяют впускные тракты 15 с выпускными каналами 12. Впускные тракты 15, образованные отверстиями, пронизывающими переднюю поверхность и заднюю поверхность подложки 19, выполнены с обеих сторон каждого протока 11 жидкости независимо друг от друга. Выпускные тракты 16, образованные отверстиями, пронизывающими переднюю поверхность и заднюю поверхность подложки 19, выполнены внутри каждого протока 11 жидкости. В настоящем варианте осуществления два выпускных тракта 16 образованы в виде точки симметрии относительно одного канала 12 выбрасывания и выполнены в направлении, проходящем поперек впускных трактов 15. Каждый генерирующий энергию элемент 13 выполнен в положении, противоположном одному каналу 12 выбрасывания.

На конфигурации, показанной на фиг.7А и 7В, циркулирующий поток 14 можно вводить из впускных трактов 15, чтобы он проходил через протоки 11 жидкости, вводить поток 14 в генерирующие энергию элементы 13 справа под каналами 12 выбрасывания и выбрасывать поток 14 из выпускных трактов 16.

В настоящем варианте осуществления направление потока чернил не ограничено описанным выше. Более конкретно, как показано на чертежах, настоящее изобретение также можно применять к чернилам, которые текут в противоположном направлении.

На фиг.2А-2D впускной тракт 15 и выпускной тракт 16 отличают от трактов на фиг.1А-1D. В результате этого направление циркулирующего потока 14 является противоположным направлению, показанному на фиг.1А-1D. Однако в конфигурации, которая показана на фиг.2A-2D, циркулирующий поток 14 также является точкой симметрии относительно канала 12 выбрасывания подобно конфигурации, которая показана на фиг.1А-1D. Соответственно, подобно конфигурации, которая показана на фиг.1А-1D, фактически можно уменьшать наклон направления выбрасывания и уменьшать изменение места воздействия даже в конфигурации, которая показана на фиг.2A-2D. Кроме того, подобно конфигурации, которая показана на фиг.1А-1D, циркулирующий поток 14, показанный на фиг.2A-2D, может фактически выбрасывать пузырек 18, созданный или приникающий в головку для выбрасывания жидкости, за пределы головки для выбрасывания жидкости, уменьшать повышение температуры, вызванное теплотой, созданной в генерирующем энергию элементе 13, служащем в качестве электротермического конверсионного элемента, и уменьшать сгущение чернил.

Головка для выбрасывания жидкости согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения будет описана со ссылкой на фиг.4А и 4В.

Подобно тому, как на фиг.1A-1D и 2A-2D согласно первому варианту осуществления циркулирующий поток 14 течет в канал 12 выбрасывания и из него, на фиг.4А и 4В показана конфигурация головки для выбрасывания жидкости согласно второму варианту осуществления.

Настоящий вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления тем, что генерирующий энергию элемент 13 является тонкопленочным элементом, при этом передняя поверхность и задняя поверхность генерирующего энергию элемента 13 соприкасаются с чернилами. Обращаясь теперь к конфигурации, которая показана на фиг.4А и 4В, отметим, что можно не только уменьшать наклон направления выбрасывания и изменить место воздействия, но также можно увеличивать и плотность форсунки.

Головка для выбрасывания жидкости согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения будет описана со ссылкой на фиг.5А и 5В.

Конфигурация третьего варианта осуществления отличается от первого и второго вариантов осуществления конфигурацией генерирующего энергию элемента 13 и тем, что выпускной тракт 16 всего один.

В настоящем варианте осуществления головка для выбрасывания жидкости является так называемой головкой обратного заряда, в которой генерирующие энергию элементы 13 образованы на задней поверхности подложки, на которой образован канал 12 выбрасывания. Два генерирующие энергию элемента 13 выполнены так, что являются точкой симметрии относительно канала 12 выбрасывания. Дополнительно, один выпускной тракт 16 образован в положении напротив канала 12 выбрасывания.

Обращаясь теперь к конфигурации, которая показана на фиг.5А и 5В, отметим, что можно не только уменьшать наклон направления выбрасывания и изменение места воздействия, но можно увеличивать также и плотность форсунки. Обращаясь теперь к конфигурации, которая показана на фиг.5А и 5В, отметим, что фактически застой циркулирующего потока 14 нелегко создается, поскольку выпускной тракт 16 выполнен на расширении впускных трактов 15.

Головка для выбрасывания жидкости согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения будет описана со ссылкой на фиг.6А и 6В.

Конфигурация четвертого варианта осуществления отличается от первого - третьего вариантов осуществления тем, что генерирующий энергию элемент 13 образован в положении напротив канала 12 выбрасывания, и тем, что выпускной тракт 16 образован на генерирующем энергию элементе 13. Обращаясь теперь к конфигурации, которая показана на фиг.6А и 6В, отметим, что можно не только уменьшать наклон направления выбрасывания и изменение места воздействия, но также можно увеличивать и плотность форсунки. Обращаясь теперь к конфигурации, которая показана на фиг.6А и 6В, отметим, что фактически застой циркулирующего потока 14 нелегко создается, поскольку выпускной тракт 16 выполнен на расширении впускных трактов 15.

До сих пор были описаны иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения. Настоящее изобретение можно также применять к соответствующим комбинациям конфигураций этих иллюстративных вариантов осуществления.

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на иллюстративные варианты осуществления, должно быть понятно, что изобретение не ограничено раскрытыми иллюстративные вариантами осуществления. Объем следующей формулы изобретения соответствует самой широкой интерпретации для того, чтобы охватывать все модификации, эквивалентные конструкции и функции.

Заявлена головка вывода жидкости для печати на бумажных носителях. Головка вывода жидкости включает в себя: выпускной канал, из которого выводится жидкость; канал, который соединен с выпускным каналом; и генерирующий энергию элемент, который выполнен в канале и генерирует энергию, используемую для вывода жидкости из выпускного канала. Причем канал включает в себя первый впускной тракт, подающий жидкость в генерирующий энергию элемент; второй впускной тракт, подающий жидкость в генерирующий энергию элемент в направлении, противоположном направлению, в котором первый впускной тракт подает жидкость; и выпускной тракт, обеспечивающий вывод жидкости, подаваемой в генерирующий энергию элемент. Технический результат заключается в том, что головка вывода жидкости имеет возможность уменьшать наклон направления вывода жидкости и, таким образом, уменьшать изменение положения воздействия, даже когда чернила выбрасываются при циркуляции. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Головка для выбрасывания жидкости, содержащая
канал выбрасывания, выполненный с возможностью выбрасывания жидкости,
проток, выполненный с возможностью сообщения с каналом выбрасывания, и
генерирующий энергию элемент, выполненный в протоке с возможностью генерировать энергию, используемую для выбрасывания жидкости из канала выбрасывания,
причем проток включает в себя
первый впускной тракт, подающий жидкость к генерирующему энергию элементу,
второй впускной тракт, подающий жидкость к генерирующему энергию элементу в направлении, противоположном направлению, в котором подает жидкость первый впускной тракт, и
выпускной тракт, обеспечивающий вытекание жидкости, подаваемой к генерирующему энергию элементу.

2. Головка для выбрасывания жидкости по п.1, в которой проток образует часть циркулирующего тракта, обеспечивающего циркулирующий поток, через который жидкость, выходящая из выпускного тракта, подается к генерирующему энергию элементу через первый и второй впускные тракты.

3. Головка для выбрасывания жидкости по п.1 или 2, в которой или впускной тракт, или выпускной тракт образован сквозным отверстием, пронизывающим подложку.

4. Головка для выбрасывания жидкости по п.3, в которой множество первых и вторых впускных трактов образовано с обеих сторон генерирующих энергию элементов вдоль поверхности подложки, а выпускной тракт образован сквозным отверстием.

5. Головка для выбрасывания жидкости по п.4, в которой множество выпускных трактов образовано с обеих сторон генерирующего энергию элемента в направлении, пересекающем множество впускных трактов.

6. Головка для выбрасывания жидкости по п.4, в которой выпускной тракт выполнен напротив канала выбрасывания.

7. Головка для выбрасывания жидкости по п.4, в которой генерирующий энергию элемент является тонкопленочным элементом, причем и передняя поверхность, и задняя поверхность тонкопленочного элемента соприкасаются с чернилами.

8. Головка для выбрасывания жидкости по п.6, в которой генерирующий энергию элемент образован на пластине с отверстиями, образующей канал выбрасывания.

9. Головка для выбрасывания жидкости по п.3, в которой первые и вторые впускные тракты образованы сквозным отверстием, а множество выпускных трактов образовано с обеих сторон генерирующего энергию элемента вдоль поверхности подложки.

10. Способ выбрасывания жидкости для выполнения записи с помощью головки для выбрасывания жидкости, включающей в себя канал выбрасывания, выполненный с возможностью выбрасывания жидкости, проток, выполненный с возможностью сообщения с каналом выбрасывания, и генерирующий энергию элемент, предусмотренный в протоке и выполненный с возможностью генерировать энергию, используемую для выбрасывания жидкости из канала выбрасывания, включающий этапы, на которых:
выбрасывают жидкость путем возбуждения генерирующего энергию элемента в состоянии, в котором создается циркулирующий поток, в котором жидкость, выбрасываемую из канала выбрасывания, подают к генерирующему энергию элементу через впускные тракты с использованием головки для выбрасывания жидкости, включающей в себя первый впускной тракт, подающий жидкость к генерирующему энергию элементу, второй впускной тракт, подающий жидкость к генерирующему энергию элементу в направлении, противоположном направлению, в котором первый впускной тракт подает жидкость, и выпускной тракт, обеспечивающий вытекание жидкости, подаваемой к генерирующему энергию элементу.