液體噴頭和制造該液體噴頭的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及包括用于噴射液體的噴嘴的液體噴頭、以及用于制造該液體噴頭的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 噴墨頭（其作為液體噴頭）被配置成通過下述方式來噴射液滴：通過改變壓力腔 中的墨水壓力引起墨水流動，使得墨水從噴射口中噴射出。具體而言，按需噴墨類型的噴頭 應用最為廣泛。此外，用于給墨水施壓的系統(tǒng)大致被分成兩種系統(tǒng)。一種系統(tǒng)涉及到，通過 用發(fā)送給壓電元件的驅(qū)動信號改變壓力腔中的壓力來改變墨水壓力；另一種系統(tǒng)涉及到， 通過用發(fā)送給電阻器的驅(qū)動信號在壓力腔中產(chǎn)生氣泡來給墨水施壓。
[0003] 通過對大塊的壓電元件進行加工，可相對容易地制造使用壓電元件的噴墨頭。此 外，使用壓電元件的噴墨頭具有另一種優(yōu)點，即，對墨水的限制相對小，廣泛的墨水材料可 選擇性地應用到記錄介質(zhì)上。從前述觀點看，近年來，越來越多地嘗試將噴墨頭用于工業(yè)目 的，如，用于制造濾色器和形成配線。
[0004] 在工業(yè)用的壓電噴墨頭中，通常采用剪切模式系統(tǒng)。剪切模式系統(tǒng)涉及在正交方 向上將電場施加到極化的壓電材料上，以使壓電材料經(jīng)受剪切變形。待變形的壓電部分是 分隔壁部分，通過用劃片刀加工大塊的極化壓電材料以形成墨水槽或類似構(gòu)件來形成該分 隔壁部分。用于驅(qū)動壓電元件的電極形成在分隔壁的兩側(cè)上，并且其中形成有噴嘴的噴嘴 板和墨水供應系統(tǒng)被形成，從而形成噴墨頭。
[0005] 對于剪切模式類型的噴墨頭而言，具有由墨水槽和靠近墨水槽的空氣槽形成的噴 墨頭，墨水槽容納墨水，空氣槽不容納墨水，專利文獻1對此進行了描述。通過使墨水槽側(cè) 的電極接地并將信號電壓施加到空氣槽側(cè)的電極上，使得墨水槽和空氣槽之間的分隔壁變 形。在該系統(tǒng)中使接觸墨水的墨水槽接地，從而可使用導電性高的墨水（參見專利文獻1)。
[0006] 近年來，液體噴射裝置要求高分辨率模式。因此，需要使噴射液滴小型化。需要 的液滴量大致為亞皮升至幾皮升（PL)。通常，液滴尺寸大致為噴嘴直徑尺寸。因此，為了 形成比噴嘴直徑更小的液滴，已經(jīng)考慮到一種在高速下使用控制彎液面的彎液面驅(qū)動的方 法。例如，專利文獻2描述了一種方法，該方法控制彎液面以相對于φ20μιη以下的噴嘴直 徑形成lpL以下的液滴。具體而言，專利文獻2限定了電壓變化過程中的電壓變化量和電 壓變化時間，以控制彎液面的回縮量。
[0007] 如專利文獻1(其涉及剪切模式類型的液體噴射裝置中的液體噴頭和噴射量的參 數(shù)）中所述，根據(jù)使用液體腔的共振進行噴射的最簡單驅(qū)動（推動噴射）方法，噴射量如 下：噴射量=πX噴嘴直徑2X液滴速度/2/Fr(液體腔的共振頻率）。此外，當執(zhí)行用于 使液滴小型化的驅(qū)動方法時，噴射量如下：噴射量=πX噴嘴直徑2X液滴速度/4/Fr(液 體腔的共振頻率）。因此，能將液滴量減少至大致一半。此外，通過控制上述驅(qū)動波形中的 脈沖的施加，可將噴射量減少至約30%。因此，通過所述驅(qū)動方法，可在一定程度上以可控 的穩(wěn)定方式將噴射量減少至大致幾皮升。
[0008] 但是，難以在使用壓電驅(qū)動的液體噴射裝置中通過驅(qū)動方法利用大致φ〗〇μιη的 噴嘴直徑穩(wěn)定地噴射大致亞皮升至2皮升的液滴。例如，如專利文獻3中所述，當大量液滴 的速度被設(shè)定為一速度以上時，根據(jù)驅(qū)動波形，在噴射所述大量液滴之前少量液滴在高速 下分離，從而，難以控制噴射量。
[0009] 引證文獻列表
[0010] 專利文獻
[0011] PTL1 :日本專利申請公開Η05-318730號
[0012] PTL2 :日本專利申請公開2003-165220號
[0013] PTL3 :日本專利申請公開2007-38654號
[0014] 非專利文獻
[0015] NPL1 :"節(jié)能的剪切型噴墨頭的發(fā)展"，柯尼卡美能達技術(shù)中心公司，S.NISHI等， 第93屆日本影像協(xié)會年會，2004年6月3日

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 技術(shù)問題
[0017] 如上所述，在剪切型液體噴射裝置中的噴嘴直徑被設(shè)定成φ15μιη以下的情況 下，當液滴速度被設(shè)定為一速度以上時，少量液滴在噴射大量液滴之前在高速下分離。從 而，少量液滴在大量液滴被形成之前形成，此外，在高速的情況下，少量液滴在大量液滴到 達成像基板上之前粘附到成像基板上。大量液滴在少量液滴粘附到基板上之后到達基板 上，從而出現(xiàn)繪點扭曲的問題。可選地，在噴射大量液滴之前被分離的液滴非常小，從而，少 量液滴在到達基板之前由于空氣阻力而顯著減速并且由于干擾影響而漂浮的可能性高。從 而，會出現(xiàn)如下問題：當在形成大量液滴之前形成少量液滴時，不能形成高分辨率的圖像。 [0018] 上述現(xiàn)象以如下方式出現(xiàn)。當噴嘴直徑非常小，如φ15μηι以下時，噴嘴壁面和噴 嘴中心之間的距離小。因此，粘度阻力的影響變得更大，中心部分的流速變得更高。當噴嘴 中心部分中的流速相對于噴嘴壁面部分中的流速變得太高時，中心部分中的僅一部分在比 形成大量液滴的時間點更早的時間點分離。
[0019] 此外，中心部分中的液滴分離不會出現(xiàn)在液滴速度低的情況下，但會在液滴速度 增加時出現(xiàn)。
[0020] 另一方面，為了獲得通常模式，要求液滴速度為大致5m/s以上。
[0021] 因此，重要的是，通過在可獲得通常模式的實際流速范圍內(nèi)減小噴嘴壁面部分中 的流速和噴嘴中心部分中的流速之間的流速差來抑制中心部分中的液滴分離。即，需要將 發(fā)生液滴分離的速度閾值增加至實際速度范圍以上。
[0022] 本發(fā)明的目的是，提供一種包括用于噴射液體的噴嘴的液體噴頭，其能保證大致 5m/s的液滴速度；在噴嘴直徑小到φ5μιιι至φ15μιη:的情形下，通過降低噴嘴壁面中的流 速和噴嘴中心部分中的流速之間的流速差，該液體噴頭還能穩(wěn)定地噴射液滴，而不會在噴 射大量液滴之前分尚少量液體。
[0023] 技術(shù)問題的解決方案
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種包括用于噴射液體的噴嘴的液體噴頭，其 中，相對于噴嘴的噴嘴內(nèi)壁表面凹陷的凹陷部分被形成在噴嘴內(nèi)壁上、噴嘴內(nèi)徑等于或小 于15μm的區(qū)域中。
[0025] 本發(fā)明的有益效果
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在包括用于噴射液體的噴嘴的液體噴頭中，保證了實 際需要下的噴射速度，另外，可穩(wěn)定地控制少量液滴的噴射，不會在噴射大量液滴之前分離 少量液滴。
[0027] 通過下面參照附圖對典型實施例的詳細描述，將能明顯看出本發(fā)明的其他特征。
【附圖說明】
[0028] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的噴墨頭的示意圖。
[0029] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的噴墨頭的示意圖。
[0030] 圖3A是噴嘴截面的示意圖，該截面具有從進入側(cè)至出口側(cè)筆直地漸縮的筆直漸 縮部分、和其直徑與出口直徑相同的筆直部分。
[0031] 圖3B是噴嘴截面的示意圖，該截面具有位于圖3A的噴嘴的內(nèi)壁上的中空凹陷。
[0032] 圖4A是噴嘴截面的示意圖，該截面從進入側(cè)至出口側(cè)的內(nèi)徑恒定不變。
[0033] 圖4B是噴嘴截面的示意圖，該截面具有位于圖4A的噴嘴的內(nèi)壁上的中空凹陷。
[0034] 圖5A是噴嘴截面的示意圖，該截面具有從進入側(cè)至出口側(cè)設(shè)置的彎曲形狀。
[0035] 圖5B是噴嘴截面的示意圖，該截面具有位于圖5A的噴嘴內(nèi)壁上的中空凹陷。
[0036] 圖6A是噴嘴截面的示意圖，該截面具有從進入側(cè)至出口側(cè)筆直地漸縮的筆直漸 縮部分。
[0037] 圖6B是噴嘴截面的示意圖，該截面具有位于圖6A的噴嘴內(nèi)壁上的中空凹陷。
[0038] 圖7A是噴嘴截面的示意圖，該截面具有從進入側(cè)至出口側(cè)筆直地漸縮的筆直漸 縮部分、和其直徑與出口直徑相同的筆直部分。
[0039] 圖7B是噴嘴截面的示意圖，該截面具有位于圖7A的噴嘴的筆直部分的內(nèi)壁上的 槽形狀。
[0040] 圖7C是噴嘴孔模具的示意圖，該噴嘴孔模具用于通過電鍍方式等制造圖7B中的 噴嘴。
[0041] 圖8A是噴嘴截面的示意圖，該截面具有從進入側(cè)至出口側(cè)筆直地漸縮的筆直漸 縮部分、和其直徑與