ГОЛОВКА ДЛЯ ВЫБРОСА ЖИДКОСТИ
FLUID EJECTION HEAD

Уровень техники изобретения
Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к головке для выброса жидкости. Более конкретно, настоящее изобретение относится к головке для выброса жидкости, которая может быть использована надлежащим образом в технологической области струйной записи.
Описание уровня техники
[0002] Записывающее устройство, оборудованное головкой для выброса жидкости, применялось до сих пор, а также применяется и в настоящее время не только в сферах домашней печати, но также и в сферах деловой печати, включающих в себя сферы коммерческой печати и сферы розничной печати фотографий. Одним словом, спрос на такое записывающее устройство растет. Головкам для выброса жидкости, подлежащим использованию в сферах деловой печати, требуются характеристики высокой скорости/высокого качества записи изображения. Для выполнения требований были предложены линейные головки, которые являются головками для выброса жидкости, имеющими ширину, превышающую ширину материалов для записи, подлежащих использованию с головкой для выброса жидкости, и набирают популярность. В линейной головке большое количество портов выброса, из которых выбрасывается жидкость, располагаются наиболее плотно, чем когда-либо. В целом, линейная головка формируется посредством расположения множества небольших подложек записывающих элементов на основной подложке, имеющей значительную длину.
[0003] Некоторые линейные головки формируются посредством использования множества подложек записывающих элементов, которые в качестве системы для выброса жидкости применяют термическую систему или пьезо-систему в режиме сдвига. По существу, линейная головка приводится в действие для выполнения операции высокоскоростной записи, при этом линейная головка вырабатывает тепло в значительной степени, чтобы температура подложек записывающих элементов подвергалась повышению. Поскольку температура подложек записывающих элементов повышается, температура содержащейся внутри жидкости также повышается для изменения вязкости жидкости, чтобы в результате изменить количество капель жидкости, которые линейная головка выбрасывает в течение вышеупомянутой операции записи изображения. Следовательно, на характеристики выброса линейной головки влияют температурные изменения. В дополнение к этому, среди подложек записывающих элементов могут возникать температурные перепады. В общем случае, жидкость подается на каждую из подложек записывающих элементов через общий канал потока, который формируется внутри головки. Затем жидкость, которая нагревается на стороне выше по потоку, стекает на сторону ниже по потоку, порождая температурные перепады среди подложек записывающих элементов. Такие температурные перепады в результате могут привести к формированию изображения, демонстрирующего неравномерности в направлении ширины. Если температура одной подложки записывающего элемента вынуждена колебаться с течением времени в значительной степени, то в то же время сформированное изображение может демонстрировать неравномерности в направлении подачи материала для записи. Сферы коммерческой печати требуют высокой скорости записи наряду с качеством изображения, превышающим определенный уровень качества. Исходя из вышесказанного, способ сокращения таких температурных перепадов жидкости является важной проблемой, которая подлежит разрешению.
[0004] В публикации патента Японии № 4729957 описывается линейная головка, включающая в себя разделительные элементы, расположенные на основной подложке таким образом, чтобы поддерживать соответствующие подложки записывающих элементов. Каждый из разделительных элементов имеет камеру для жидкости, сформированную в собственной внутренней части. Разделительные элементы обеспечиваются для повышения легкости замены дефектных подложек записывающих элементов и поглощения разности толщины среди некоторых составляющих элементов. При изучении структуры такой линейной головки с точки зрения выделения тепла, тепло, выделяемое каждой из подложек записывающих элементов, с меньшей легкостью проводится к основной подложке благодаря разделительному элементу, вставленному между подложкой записывающего элемента и основной подложкой. Вследствие этого устраняется термическое взаимное влияние среди подложек записывающих элементов через основную подложку. Следовательно, температура каждой из подложек записывающих элементов не зависит от позиции, в которой она располагается на основной подложке, при этом зависит от отношения количества вырабатываемого тепла к количеству выбрасываемой жидкости, продолжительности печати и средства регулировки температуры, которое зачастую может называться вспомогательными нагревателями. Кроме того, температурные перепады изредка возникают среди подложек записывающих элементов для эффективного устранения неравномерностей изображения в направлении ширины.
[0005] Однако, при использовании компоновки, описанной в публикации патента Японии № 4729957, когда подложка записывающего элемента подвергается операции регулировки температуры при помощи собственного средства регулировки температуры, которое, как правило, может являться вспомогательными нагревателями, в состоянии ожидания записи, например, температура подложки записывающего элемента неустойчиво повышается в момент начала операции записи изображения. Затем, в итоге, сразу после начала операции записи возникают неравномерности изображения. Причина состоит в том, что температура жидкости в камере для жидкости в соответствующем разделительном элементе повышается из-за тепла, вырабатываемого при помощи средства регулировки температуры в состоянии ожидания записи в ходе операции регулировки температуры таким образом, чтобы вследствие этого нагретая жидкость подавалась на подложку записывающего элемента после начала операции записи. Такого неустойчивого повышения температуры не происходит, если в состоянии ожидания записи не проводится никакой операции регулировки температуры. Однако, в отношении термических систем и пьезосистем в режиме сдвига, температура подложки записывающего элемента может повышаться до 50°C при высокопроизводительной непрерывной операции записи изображения. Исходя из вышесказанного, регулировка температуры в состоянии ожидания записи является необходимой в связи с тем, что в ином случае повышение температуры в момент начала операции записи изображения будет настолько сильным, что он приведет к возникновению неравномерностей изображения сразу после начала операции записи.
Сущность изобретения
[0006] Ввиду идентифицированных выше проблем уровня техники, задача настоящего изобретения заключается в обеспечении головки для выброса жидкости, которая может устранить неравномерности изображения, которое записывается после состояния ожидания записи, в течение которого проводится операция регулировки температуры, посредством эффективного перемешивания жидкости в камерах для жидкости.
[0007] В соответствии с настоящим изобретением, вышеупомянутая задача успешно решается посредством обеспечения головки для выброса жидкости, включающей в себя множество элементов выброса, каждый из которых имеет порт выброса для выброса жидкости, элемент генерирования энергии для генерирования энергии, которая подлежит использованию для выброса жидкости из порта выброса, камеру для жидкости для хранения жидкости, которая подлежит подаче на порт выброса, и нагреватель; и основную подложку, несущую множество расположенных на ней элементов выброса и имеющую общий канал потока для подачи жидкости во множество камер для жидкости, причем общий канал потока сообщается с камерами для жидкости посредством соответствующих портов ответвления, и каждый из портов ответвления обеспечивается первой углубленной частью на собственной стороне выше по потоку, при наблюдении в направлении потока жидкости, текущей по общему каналу потока.
[0008] Кроме того, дополнительные признаки настоящего изобретения явствуют из следующего описания примерных вариантов осуществления, представленного со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
[0009] Фиг. 1 изображает схематический общий вид варианта осуществления головки для выброса жидкости в соответствии с настоящим изобретением.
[0010] Фиг. 2А, 2B и 2C изображают покомпонентные схематические общие виды головки для выброса жидкости, показанной на Фиг. 1.
[0011] Фиг. 3А и 3B изображают схематические виды поперечного сечения части головки для выброса жидкости, показанной на Фиг. 1, выполненного по линии 3-3, показанной на Фиг. 1.
[0012] Фиг. 4 изображает схематический общий вид подложки записывающего элемента, которая может быть использована для варианта осуществления, показанного на Фиг. 1.
[0013] Фиг. 5 изображает схематический вид поперечного сечения, выполненного по линии 5-5, показанной на Фиг. 4.
[0014] Фиг. 6 изображает схематическую иллюстрацию примерной системы циркуляции жидкости, которая может быть использована для реализации настоящего изобретения.
[0015] Фиг. 7А, 7B, 7C, 7D, 7E и 7F изображают схематические виды примерных портов ввода, которые могут быть использованы для реализации настоящего изобретения.
[0016] Фиг. 8А, 8B, 8C и 8D изображают схематические виды других примерных портов ввода, которые могут также быть использованы для реализации настоящего изобретения.
[0017] Фиг. 9А и 9B изображают схематические виды еще одних примерных портов ввода, которые могут быть использованы для реализации настоящего изобретения.
[0018] Фиг. 10 изображает схематическую иллюстрацию потока жидкости в камере для жидкости.
[0019] Фиг. 11А и 11B изображают схематические общие виды одного из опорных элементов сравнительного примера 1.
[0020] Фиг. 12 изображает график, иллюстрирующий изменение с течением времени максимальной температуры в порту выброса подложки записывающего элемента, расположенной на концевой стороне ниже по потоку общего канала потока, который являлся предметом наблюдения в примере 1, а также в сравнительном примере 1.
[0021] Фиг. 13 изображает график, иллюстрирующий изменение с течением времени максимальной температуры в порту выброса подложки записывающего элемента, расположенной на концевой стороне ниже по потоку общего канала потока, который являлся предметом наблюдения в примере 2, а также в сравнительном примере 2.
Описание вариантов осуществления
[0022] Ниже, со ссылкой на сопроводительные чертежи, будет описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения. Однако следует отметить, что объем настоящего изобретения определяется только посредством приложенной формулы изобретения. Другими словами, следующее описание варианта осуществления ни в коем случае не ограничивает объем настоящего изобретения. Например, формы, позиционные компоновки и т.д., которые будут описываться ниже, никоим образом не ограничивают объем настоящего изобретения. Аналогично этому, наряду с тем, что в нижеописанном варианте осуществления используются подложки записывающих элементов, которые основаны на термической системе, средство выброса жидкости, которое является применимым к настоящему изобретению, не ограничивается термической системой, и для реализации настоящего изобретения также могут быть использованы подложки записывающих элементов, которые основаны на пьезосистеме.
[0023] Фиг. 1 изображает схематический общий вид варианта осуществления головки для выброса жидкости, в соответствии с настоящим изобретением, которая является линейной головкой, в которой подложки записывающих элементов располагаются зигзагообразным способом. Головка 5 для выброса жидкости включает в себя множество элементов 41 выброса и основную подложку 2. В соответствии с этим вариантом осуществления, элемент 41 выброса формируется посредством подложки 1 записывающего элемента и опорного элемента 4. Следовательно, подложки 1 записывающих элементов располагаются индивидуально на соответствующих опорных элементах 4. Элементы 41 выброса располагаются на основной подложке 2 зигзагообразным способом. Следует отметить, что в головке 5 для выброса жидкости данного варианта осуществления множество подложек 1 записывающих элементов располагаются в продольном направлении головки 5 для выброса жидкости, и позиции подложек записывающих элементов в ином случае смещены в поперечном направлении головки для выброса жидкости таким образом, чтобы подложки записывающих элементов располагались зигзагообразным способом, при наблюдении в продольном направлении головки 5 для выброса жидкости. Однако подложки 1 записывающих элементов не должны в обязательном порядке располагаться зигзагообразным способом. Например, может быть использована позиционная компоновка, в которой подложки записывающих элементов, имеющие профиль параллелограмма или трапециевидный профиль, располагаются линейно, или в альтернативном варианте может быть использована позиционная компоновка, в которой подложки записывающих элементов располагаются с наклоном под определенным углом относительно продольного направления основной подложки 2.
[0024] Фиг. 2А изображает покомпонентный схематический общий вид головки 5 для выброса жидкости, показанной на Фиг. 1, при наблюдении со стороны подложек 1 записывающих элементов, а также демонстрирует внутреннюю структуру основной подложки 2. Фиг. 2B изображает покомпонентный схематический общий вид головки для выброса жидкости, показанной на Фиг. 1, при наблюдении со стороны основной подложки 2. Фиг. 3А изображает схематический вид поперечного сечения части головки для выброса жидкости, показанной на Фиг. 1, выполненного по линии 3-3, показанной на Фиг. 1.
[0025] В основной подложке 2 формируется общий канал 3 потока, через который протекает жидкость, порт 7 впуска для предоставления жидкости возможности затечь в общий канал 3 потока, и порт 8 выпуска для предоставления жидкости возможности вытечь из общего канала 3 потока. В каждом из опорных элементов 4 формируется камера 6 для жидкости для хранения жидкости, которая подлежит подаче на порт 14 подачи жидкости (см. Фиг. 5) соответствующей подложки 1 записывающего элемента. Общий канал 3 потока сообщается с камерой 6 для жидкости каждого из опорных элементов 4 посредством порта 31 ответвления. В каждом из портов 31 ответвления первая углубленная часть 51 порта ответвления формируется на стороне выше по потоку, при наблюдении в направлении потока жидкости, которая течет через общий канал 3 потока, тогда как вторая углубленная часть 52 порта ответвления, которая является отдельной от первой углубленной части 51 порта ответвления, формируется на стороне ниже по потоку.
[0026] Каждый из портов 31 ответвления включает в себя порт 18 распределения, который является отверстием, образованным в основной подложке 2, и порт 9 ввода, который является отверстием, образованным в соответствующем опорном элементе 4, и сообщается с портом 18 распределения. В порту 18 распределения первая углубленная часть 53 порта распределения, которая выполняет функцию фрагмента первой углубленной части 51 порта ответвления, формируется на стороне выше по потоку его отверстия, при наблюдении в направлении потока жидкости, которая протекает по общему маршруту 3 потока жидкости, тогда как вторая углубленная часть 54 порта распределения, которая выполняет функцию фрагмента второй углубленной части 52 порта ответвления, формируется на стороне ниже по потоку его отверстия. Подобным образом, в порту 9 ввода первая углубленная часть 55 порта ввода, которая выполняет функцию фрагмента первой углубленной части 51 порта ответвления, формируется на стороне выше по потоку, при наблюдении в направлении потока жидкости, которая протекает по общему маршруту 3 потока жидкости, тогда как вторая углубленная часть 56 порта ввода, которая выполняет функцию фрагмента второй углубленной части 52 порта ответвления, формируется на стороне ниже по потоку. Каждая из углубленных частей имеет фрагмент, снабженный наклонной частью, благодаря чему профиль стороны выше по потоку или профиль стороны ниже по потоку отверстия не является ни параллельным, ни перпендикулярным относительно направления потока жидкости.
[0027] В случае, изображенном на Фиг. 2А и 2B, порты 9 ввода и порты 18 распределения располагаются таким образом, чтобы они располагались соответствующим образом в центральных позициях соответствующих камер 6 для жидкости, при наблюдении в продольном направлении камер 6 для жидкости, как показано на Фиг. 3А. Однако в альтернативном варианте порты 9 ввода и порты 18 распределения могут быть расположены в соответствующих позициях, которые смещены в направлении стороны выше по потоку камер 6 для жидкости, как показано на Фиг. 3B, если посредством расположения этих портов на стороне выше по потоку могут быть получены желаемые полезные эффекты. Когда головка для выброса жидкости заполняется чернилами, пузыри имеют склонность оставаться на стороне выше по потоку в каждой из камер 6 для жидкости, нежели как на стороне ниже по потоку. Однако, при использовании компоновки, показанной на Фиг. 3B, количество остаточных пузырей на стороне выше по потоку будет сокращено.
[0028] Что же касается каждой из подложек 1 записывающих элементов и соответствующего опорного элемента 4, камера 6 для жидкости и порт 9 ввода формируются таким образом, чтобы ширина камеры 6 для жидкости и ширина порта 9 ввода практически совпадали в поперечном направлении подложки 1 записывающего элемента. Наряду с тем, что контур порта 9 ввода и контур порта 18 распределения не должны в обязательном порядке являться одинаковыми или подобными друг другу, предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, углубленные части 55 и 56 порта 9 ввода и углубленные части 53 и 54 порта 18 распределения, соответственно, располагались близко друг к другу, и, более предпочтительно, в перекрывающихся позициях.
[0029] Каждая из подложек 1 записывающих элементов обеспечивается тепловыми генераторами 13 (см. Фиг. 5), которые являются элементами генерирования энергии для генерирования энергии, которая подлежит использованию для выброса жидкости. Более подробно это будет описано в настоящем документе ниже. Опорные элементы 4 имеют функцию затруднения проведения тепла, вырабатываемого в подложках 1 записывающих элементов, к основной подложке 2 и жидкости в общем канале 3 потока. Исходя из вышесказанного, температурный перепад жидкости в общем канале 3 потока минимизируется между концом выше по потоку и концом ниже по потоку. Другими словами, линейная головка изготавливается для обеспечения впоследствии равномерной температуры в целом, вследствие чего можно записывать высококачественные изображения, которые фактически лишены неоднородностей. С этой точки зрения, предпочтительно, чтобы опорные элементы 4 изготавливались из материала, имеющего низкую теплопроводность, такого как смола, и, в то же время, каждый из портов 9 ввода не изготавливается в виде большого отверстия относительно контактной области соответствующей камеры 6 для жидкости и основной подложки 2. Если порт 9 ввода изготавливается в виде большого отверстия, то количество тепла, которое проводится от соответствующей подложки 1 записывающего элемента к общему каналу 3 потока посредством жидкости, увеличивается. В конечном итоге температурный перепад между подложками 1 записывающих элементов, расположенными на стороне ниже по потоку общего канала 3 потока, и подложками 1 записывающих элементов, расположенными на стороне выше по потоку, увеличивается.
[0030] Если имеется возможность понизить теплопроводность в направлениях, проходящих параллельно основной поверхности каждого опорного элемента 4, то в альтернативном варианте может быть использован один или более подходящих опорных элементов 4, каждый из которых обычно поддерживает множество подложек 1 записывающих элементов, как показано на Фиг. 2C. В таком случае количество компонентов может быть сокращено, что является выгодным фактором.
[0031] Предпочтительно, чтобы термическое сопротивление опорных элементов 4 между подложками 1 записывающих элементов и общим каналом 3 потока составляло не менее 2,5 (K/Вт). При использовании такой компоновки, поскольку подложки 1 записывающих элементов вырабатывают тепло в значительной степени в ходе высокоскоростной высокопроизводительной операции записи изображения, отношение количества тепла, которое проводится к жидкости в общем канале 3 потока, к полному количеству вырабатываемого тепла уменьшается. Следовательно, количество тепла, которое проводится от подложек 1 записывающих элементов к основной подложке 2 посредством опорных элементов 4, удовлетворительно уменьшается, когда термическое сопротивление опорных элементов 4 становится равным не менее 2,5 (K/Вт). Затем большая часть тепла, выработанного подложками 1 записывающих элементов, передается жидкости в подложках 1 записывающих элементов и рассеивается наружу в то время, как жидкость выбрасывается из подложек 1 записывающих элементов. В вышеописанной компоновке эффективность теплопередачи между подложками 1 записывающих элементов и выброшенной из них жидкостью увеличивается в ходе высокоскоростной высокопроизводительной операции записи изображения в связи с тем, что количество выбрасываемой жидкости возрастает. Исходя из вышесказанного, если количество тепла, вырабатываемого подложками 1 записывающих элементов, увеличивается, то одновременно с этим ускоряется рассеивание тепла посредством выбрасываемой жидкости. Конечный результат заключается в том, что количество тепла, которое передается от подложек 1 записывающих элементов к основной подложке 2, остается постоянным или сокращается. Линейные головки, в общем случае, вырабатывают тепло в значительной степени в связи с тем, что они включают в себя большое количество портов выброса для выброса жидкости. Однако, при использовании вышеописанной компоновки, если головка 5 для выброса жидкости вырабатывает тепло в значительной степени в ходе высокоскоростной высокопроизводительной операции, то количество тепла, которое передается жидкости, циркулирующей по общему каналу 3 потока, уменьшается до низкого уровня передачи. Затем, поскольку циркулирующая жидкость демонстрирует малые температурные изменения, эта структура обеспечивает преимущества, заключающиеся в отсутствии потребности того, чтобы резервуар регулировки температуры и охлаждающее устройство основной части записывающего устройства имели высокую теплообменную способность и предоставляли возможность высокой интенсивности потребления электроэнергии.
[0032] Если подложки 1 записывающих элементов и основная подложка 2 демонстрируют значительные различия возможностей линейного расширения, то опорные элементы 4 могут оторваться и привести к возникновению мест утечки жидкости при их нагреве на этапе адгезивной установки процесса изготовления линейной головки, в частности, когда линейная головка имеет большую длину. Исходя из вышесказанного, предпочтительно, чтобы опорные элементы 4 изготавливались из материала, который демонстрирует низкую теплопроводность, а различия возможностей линейного расширения от подложек 1 записывающих элементов и основной подложки 2 являлись незначительными. Примеры предпочтительных материалов, подлежащих использованию для изготовления опорных элементов 4, включают в себя материалы на основе смолы, в частности композитные материалы с незначительным линейным расширением, предварительно обработанные посредством использования в качестве основного материала PPS (полифенилсульфида) или PSF (полисульфона) с добавлением в основной материал неорганического наполнителя, такого как мелкие кварцевые частицы.
[0033] Предпочтительно, чтобы основная подложка 2 изготавливалась из материала, демонстрирующего относительно низкий коэффициент термического расширения. В дополнение к этому, желательно, чтобы основная подложка 2 имела жесткость, которая не позволяет головке 5 для выброса жидкости, которая является линейной головкой, деформироваться, и демонстрирует достаточную степень устойчивости к коррозии от жидкости. Подходящим примером такого материала является оксид алюминия (глинозем). Наряду с тем, что основная подложка 2 может быть сформирована посредством использования одного элемента пластинчатой формы, использование слоистого материала из множества тонких алюминий-оксидных слоев является предпочтительным, поскольку пространственный маршрут жидкости может быть сформирован во внутренней части основной подложки 2, которая изготовлена из такого слоистого материала, как показано на Фиг. 2А.
[0034] Далее будет описана структура подложек 1 записывающих элементов. Фиг. 4 изображает схематический общий вид подложки 1 записывающего элемента, а Фиг. 5 изображает схематический вид поперечного сечения подложки записывающего элемента, выполненного по линии 5-5, изображенной на Фиг. 4. В данном варианте осуществления формируется в общей сложности восемь рядов 17 портов выброса, каждый из которых имеет множество портов 11 выброса. Наряду с тем, что один ряд 17 портов выброса очевидным образом формирует единое отверстие, как показано на Фиг. 4, множество портов 11 выброса располагаются бок о бок, чтобы в действительности сформировать единый ряд 17 портов выброса.
[0035] Подложка 1 записывающего элемента основана на термической системе для выброса чернил и разработана для выброса чернил посредством тепловых генераторов 13. Подложки 1 записывающих элементов формируются посредством слоя 15 формирования порта выброса и платы 16 нагревателя. Множество портов 11 выброса и столько же пенообразующих камер 12, которые обеспечиваются в соответствии с соответствующими портами 11 выброса, располагаются в слое 15 формирования порта выброса. В плате 16 нагревателя формируются продольно проходящие порты 14 подачи жидкости для подачи жидкости в пенообразующие камеры 12 и тепловые генераторы 13. В данном варианте осуществления порт 14 подачи жидкости обеспечивается для двух рядов 17 портов выброса. Другими словами, в общей сложности в данном варианте осуществления располагается четыре порта 14 подачи жидкости. Как было описано выше, порты 14 подачи жидкости сообщаются с камерой 6 для жидкости соответствующих опорных элементов 4.
[0036] Во внутренней части платы 16 нагревателя обеспечивается электрическое проводное соединение (не показано). Электрическое проводное соединение электрически соединяется с наконечником электрода FPC (подложки гибкой схемы) (не показана), располагающейся на основной подложке 2, или с электродом (не показан), расположенным на основной подложке 2. Поскольку импульсное напряжение подается на плату 16 нагревателя с внешней схемы управления (не показана), расположенной в основной части записывающего устройства, посредством электрода, тепловые генераторы 13 нагреваются для вскипания жидкости в пенообразующих камерах 12. Затем капли жидкости выбрасываются из портов 11 выброса.
[0037] Вспомогательные нагреватели 24 и температурные датчики 25, которые являются средствами регулировки температуры, располагаются во внутренней части платы 16 нагревателя и подключаются с помощью электрического соединения к схеме FPC, а также к схеме управления основной части записывающего устройства. Выходные сигналы температурных датчиков 25 передаются на схему управления посредством схемы FPC. Когда значения на выходе температурных датчиков ниже предварительно заданной целевой температуры, схема управления приводит в действие вспомогательные нагреватели 24, которые являются средствами нагрева, для нагрева подложки 1 записывающего элемента. Когда значения на выходе температурных датчиков превышают целевую температуру, схема управления завершает операцию нагрева вспомогательных нагревателей 24. Поскольку теплопроводность опорного элемента 4 данного варианта осуществления является низкой, температура подложки 1 записывающего элемента беспрепятственно становится выше целевой температуры вследствие тепла, которое вырабатывается в результате выброса жидкости в ходе высокопроизводительной операции записи изображения. Затем операция нагрева вспомогательных нагревателей 24 завершается. Тем временем, поскольку подложка 1 записывающего элемента не функционирует для выброса жидкости в состоянии ожидания записи, вспомогательные нагреватели 24 приводятся в действие для регулировки температуры. В подложке 1 записывающего элемента может быть обеспечен один или более вспомогательных нагревателей 24. В случае обеспечения двух и более вспомогательных нагревателей 24, они могут быть предназначены для независимой или взаимосвязанной работы в ходе операции регулировки температуры. В изображенной на Фиг. 4 компоновке в подложке 1 записывающего элемента сформированы два вспомогательных нагревателя 24, причем каждый из вспомогательных нагревателей 24 приводят в действие для операции регулировки температуры, в соответствии со значением на выходе температурного датчика 25, который располагается в позиции, наиболее близкой к вспомогательному нагревателю 24. При использовании этой компоновки, например, когда половину подложки 1 записывающего элемента приводят в действие для высокопроизводительной операции записи изображения, наряду с тем, что остальная половина подложки 1 записывающего элемента остается бездействующей и не выбрасывает жидкость вовсе, область, в которой жидкость не выбрасывается, и ее окрестности, где температура становится относительно низкой, могут быть нагреты локально для реализации равномерного температурного распределения в пределах подложки первого варианта осуществления записи.
[0038] Наряду с тем, что выше описывалась компоновка обеспечения одного и более вспомогательных нагревателей 24, функционирующих в качестве средств регулировки температуры, в альтернативном варианте тепловые генераторы 13, расположенные в пенообразующих камерах 12, можно доводить до такой степени, при которой жидкость не выбрасывается для реализации нагрева подложки 1 записывающего элемента.
[0039] Как показано на Фиг. 6, в записывающем устройстве, которое включает в себя головку 5 для выброса жидкости, в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивается резервуар 22 регулировки температуры, циркуляционный насос 19, подающий насос 20, фильтр 21, резервуар 23 для жидкости и т.д. В головке 5 для выброса жидкости порт 7 впуска, предназначенный для подачи жидкости в общий канал 3 потока, связывается с трубкой, которая сообщается с резервуаром 22 регулировки температуры, наряду с тем, что порт 8 выпуска, предназначенный для выпуска жидкости из общего канала 3 потока, связывается с другой трубкой, которая сообщается с циркуляционным насосом 19.
[0040] После приведения в действие головки 5 для выброса жидкости циркуляционный насос 19 вовлекается в операцию циркуляции жидкости в общем канале 3 потока. Резервуар 22 регулировки температуры связывается с теплообменником (не показан), чтобы он мог быть подвергнут операциям теплообмена. Резервуар 22 регулировки температуры имеет функцию подачи жидкости на головку 5 для выброса жидкости, и, в то же время, поддерживает температуру жидкости, которая циркулирует через циркуляционный насос 19, на постоянном температурном уровне. В дополнение к этому, резервуар 22 регулировки температуры обеспечивается отверстием (не показано) для сообщения с воздухом. Другими словами, резервуар 22 регулировки температуры дополнительно имеет функцию вытеснения пузырей из находящейся в резервуаре жидкости наружу. Температурой жидкости, вытекающей из порта 8 выпуска, управляют и регулируют при помощи резервуара 22 регулировки температуры перед направлением жидкости на порт 7 впуска, благодаря чему температура жидкости, находящейся в позиции порта 7 впуска, всегда может поддерживаться в пределах определенного температурного диапазона. Если температура подложек 1 записывающих элементов является слишком высокой, то целевая температура для операции регулировки температуры резервуара 22 регулировки температуры может быть понижена, чтобы жидкость подавалась на головку 5 для выброса жидкости с относительно низкой температурой.
[0041] Подающий насос 20 может передавать жидкость из резервуара 23 для жидкости, который сохраняет жидкость, в резервуар 22 регулировки температуры после удаления содержащихся в жидкости инородных тел посредством фильтра 21, чтобы подавать жидкость в резервуар 22 регулировки температуры для ее потребления посредством головки 5 для выброса жидкости в результате операции записи изображения.
[0042] Далее, со ссылкой на Фиг. 7А-7F, 8А-8D, 9А и 9B, будет описана компоновка обеспечения порта 31 ответвления первой и второй углубленными частями 51 и 52 порта ответвления, что характеризует настоящее изобретение в аспекте. Следует отметить, что для легкого понимания профиля порта 31 ответвления сначала будет описан опорный элемент 4, имеющий порт 9 ввода, который включает в себя порт 31 ответвления. Также следует отметить, что порт 18 распределения не будет описываться ниже, поскольку он имеет профиль, по существу, аналогичный профилю порта 9 ввода.
[0043] Фиг. 7А-7F и Фиг. 8А-8D изображают схематические иллюстрации примерных профилей, которые по выбору может принять порт 9 ввода. Фиг. 7А, 7C, 7E, 8А и 8C изображают схематические общие виды опорного элемента 4, демонстрирующие его примерные профили, при наблюдении со стороны подложки 1 записывающего элемента. Фиг. 7B, 7D, 7F, 8B и 8D изображают схематические общие виды опорного элемента 4, демонстрирующие примерные профили, изображенные на ФИГ. 7А, 7C, 7E, 8А и 8C, при наблюдении со стороны основной подложки 2. Фиг. 9А и 9B изображают схематические виды порта 9 ввода, демонстрирующие его другие примерные профили. В частности, Фиг. 9А изображает схематический общий вид опорного элемента 4, при наблюдении со стороны основной подложки 2, а Фиг. 9B изображает схематический общий вид опорного элемента 4, при наблюдении со стороны подложки 1 записывающего элемента. Следует отметить, что Фиг. 9B демонстрирует внутреннюю структуру опорного элемента 4 посредством пунктирных линий.
[0044] Фиг. 7А-7F, 8А и 8B иллюстрируют компоновки, в которых в одном опорном элементе 4 формируется одна камера 6 для жидкости, тогда как Фиг. 8C, 8D и 9А иллюстрируют компоновки, в которых в одном опорном элементе 4 формируется две камеры для жидкости. Фиг. 9B иллюстрирует компоновку, в которой в одном опорном элементе 4 формируется в общей сложности четыре камеры 6 для жидкости.
[0045] Компоновки формирования множества камер для жидкости в одном опорном элементе 4 обеспечивают преимущество, заключающееся в том, что подложка 1 записывающего элемента и опорный элемент 4 могут иметь большую контактную область для гарантии высокой степени склеивания между подложкой 1 записывающего элемента и опорным элементом 4, а также минимизируют риск утечки жидкости через интерфейс. С другой стороны, компоновки имеют недостатки, заключающиеся в том, что каждая из камер 6 для жидкости неминуемо имеет небольшой размер, и, следовательно, когда камеры 6 для жидкости заполняются жидкостью, в них могут оставаться пузыри. Другими словами, никаких проблем не возникает, если в одном опорном элементе 4 формируется две и более камер для жидкости, при условии, что отсутствует риск образования остаточных пузырей. Фиг. 9B иллюстрирует компоновку формирования в одном опорном элементе 4 четырех камер 6 для жидкости. Такая структура также может быть использована для реализации настоящего изобретения.
[0046] В опорном элементе 4, примерные профили которого показаны на Фиг. 7А-7F, 8А-8D и 9А, камеры 6 для жидкости имеют прямоугольное поперечное сечение, при наблюдении в продольном направлении, а также имеют форму прямоугольного параллелепипеда. Однако камеры 6 для жидкости не должны в обязательном порядке иметь форму прямоугольного параллелепипеда. Другими словами, в альтернативном варианте камеры 6 для жидкости могут иметь, по существу, треугольное поперечное сечение, как показано на Фиг. 9B, или трапециевидное поперечное сечение, при наблюдении в продольном направлении.
[0047] В соответствии с настоящим изобретением, каждый из портов 31 ответвления обеспечивается первой и второй углубленными частями 51 и 52 порта ответвления (см. Фиг. 2А-2C), чтобы порт 31 ответвления имел функцию создания вихревых потоков в камере 6 для жидкости для эффективного перемешивания жидкости в камере 6 для жидкости посредством использования энергии жидкости, протекающей по общему каналу 3 потока, в качестве движущей силы в состоянии ожидания записи, в котором проводится операция регулировки температуры. Эта функция может устранить неравномерность температурного распределения, если таковое имеется, в жидкости, находящейся в камере 6 для жидкости.
[0048] Сначала, со ссылкой на первую и вторую углубленные части 55 и 56 порта ввода будут описаны первая и вторая углубленные части 51 и 52 порта ответвления.
[0049] Как показано на Фиг. 7А-7F, 8А-8D, 9А и 9B, существует множество различных профилей, которые по выбору могут быть использованы для первой и второй углубленных частей 55 и 56 порта ввода. На вышеперечисленных чертежах первая и вторая углубленные части 55 и 56 порта ввода формируются, по меньшей мере, на стороне выше по потоку порта 9 ввода, при наблюдении со стороны жидкости, протекающей по общему каналу 3 потока, таким образом, чтобы они являлись асимметричными относительно осевой линии общего канала 3 потока, проходящей в направлении потока жидкости. В частности, отверстие порта 9 ввода, по меньшей мере, на стороне выше по потоку демонстрирует профиль, который является асимметричным относительно прямой линии, которая проникает через центр тяжести отверстия и проходит параллельно потоку жидкости. Предпочтительно, чтобы первая и вторая углубленные части 55 и 56 порта ввода соответственно располагались на обоих концах порта 9 ввода, при наблюдении в направлении, перпендикулярном по отношению к направлению потока жидкости, протекающей по общему каналу 3 потока.
[0050] Как показано на Фиг. 8А и 8B, порт 9 ввода может быть не обеспечен второй углубленной частью 56 порта ввода. Однако, с точки зрения преимуществ настоящего изобретения, предпочтительно, чтобы порт 9 ввода мог быть обеспечен второй углубленной частью 56 порта ввода, как показано на Фиг. 7А-7F, 8C, 8D, 9А и 9B. Первая и вторая углубленные части 55 и 56 порта ввода могут иметь соответствующие профили, которые отличаются друг от друга, при условии, что такие различные профили могут максимально повысить намеченный полезный эффект.
[0051] Для реализации настоящего изобретения «углубленные части» могут быть изготовлены посредством частичного углубления (формирующего вырезанную часть) порта 9 ввода на стороне выше по потоку и стороне ниже по потоку, при наблюдении в направлении потока жидкости, протекающей по общему каналу 3 потока. В альтернативном варианте «углубленные части» могут быть изготовлены посредством полного наклона порта 9 ввода как на стороне выше по потоку, так и на стороне ниже по потоку, при наблюдении в направлении потока жидкости, протекающей по общему каналу 3 потока.
[0052] Предпочтительно, чтобы первая углубленная часть 55 порта ввода имела часть, которая является расширением боковой стенки 6a камеры 6 для жидкости, поскольку при использовании такой компоновки камера 6 для жидкости может быть заполнена жидкостью без образования остаточных пузырей. Причина состоит в том, что когда жидкость, впускаемая в камеру 6 для жидкости из общего канала 3 потока, достигает порта 9 ввода, первая углубленная часть 55 порта ввода формирует маршрут потока жидкости, который направляет жидкость к боковой стенке 6a камеры 6 для жидкости, и заставляет жидкость доходить до дна камеры 6 для жидкости. После построения такого маршрута потока жидкости жидкость будет преимущественно протекать по построенному маршруту потока таким образом, чтобы камера 6 для жидкости заполнялась жидкостью с ее дна. В таком случае эффективно устраняется вероятность возникновения ситуации, когда порт 9 ввода блокируется посредством жидкости и в камере 6 для жидкости остаются пузыри. Подобным образом, также предпочтительно, чтобы вторая углубленная часть 56 порта ввода имела часть, которая является расширением боковой стенки 6a камеры 6 для жидкости. При использовании такой компоновки, когда жидкость вытекает из камеры 6 для жидкости в общий канал 3 потока, жидкость может вытекать из второй углубленной части 56 порта ввода в общий канал 3 потока параллельно боковой стенке 6a камеры 6 для жидкости.
[0053] Что же касается взаимного расположения первой углубленной части 55 порта ввода и второй углубленной части 56 порта ввода, то они могут быть расположены в той же самой позиции на сторонах выше по потоку и ниже по потоку, соответственно, при наблюдении в направлении, ортогональном относительно направления потока жидкости, протекающей по общему каналу 3 потока, как показано на ФИГ. 7E, 7F, 8C, 8D, 9А и 9B. В альтернативном варианте первая и вторая углубленные части 55 и 56 порта ввода могут быть расположены в противоположных позициях на сторонах выше по потоку и ниже по потоку, соответственно, относительно осевой линии, которая проходит параллельно направлению потока жидкости, протекающей по общему каналу 3 потока. Последняя компоновка является предпочтительной, поскольку полезные эффекты и преимущества настоящего изобретения, которые будут описаны ниже, могут быть максимально повышены.
[0054] Далее, со ссылкой на Фиг. 10, будут подробно описаны полезные эффекты первой углубленной части 51 порта ответвления и второй углубленной части 52 порта ответвления. Подобно предшествующему описанию, полезные эффекты будут описаны посредством опорного элемента 4, имеющего порт 9 ввода. Фиг. 10 изображает схематическую иллюстрацию потока жидкости в камере 6 для жидкости, который может наблюдаться в случае использования опорного элемента 4, показанного на Фиг. 7C и 7D. Следует отметить, что Фиг. 10 иллюстрирует опорный элемент 4, при наблюдении со стороны основной подложки 2, причем камера 6 для жидкости во внутренней части опорного элемента 4 обозначена посредством пунктирных линий для упрощения распознавания потока жидкости. Также следует отметить, что стрелка на Фиг. 10 указывает поток жидкости в состоянии ожидания записи, когда проводится операция регулировки температуры.
[0055] Как показано на Фиг. 10, часть жидкости, которая протекает по общему каналу 3 потока и достигает первой углубленной части 55 порта ввода, формирует поток, который вводится в камеру 6 для жидкости из первой углубленной части 55 порта ввода (вводный поток). Вводный поток фактически формирует поток А жидкости (первый поток), который проходит параллельно боковой стенке 6a камеры 6 для жидкости в направлении дна камеры 6 для жидкости (и, следовательно, его части, расположенной на стороне подложки 1 записывающего элемента) вследствие капиллярной силы и силы притяжения, и сталкивается с дном, а затем направляется к стороне выше по потоку в виде потока жидкости, протекающего по общему каналу 3 потока на дне камеры 6 для жидкости и в его окрестностях.
[0056] В то же время, поток В жидкости (второй поток) формируется таким образом, чтобы он был направлен от камеры 6 для жидкости к общему каналу 3 потока посредством второй углубленной части 56 порта ввода на второй углубленной части 56 порта ввода и рядом с ней, которая сформирована на стороне ниже по потоку порта ввода, и в ее окрестностях. Вихревые потоки, как показано на Фиг. 10, создаются в камере 6 для жидкости вследствие полезных эффектов первого потока A и второго потока B.
[0057] В общем случае, жидкость, находящаяся в камере для жидкости, нагревается посредством вспомогательных нагревателей подложки записывающего элемента в состоянии ожидания записи в ходе операции регулировки температуры, чтобы образовать высокотемпературную область в жидкости, находящейся в камере для жидкости. В то же время, при использовании компоновки настоящего изобретения, когда жидкость не выбрасывается из головки для выброса жидкости, жидкость, находящаяся в общем канале 3 потока, вынуждена циркулировать, вследствие чего жидкость, находящаяся в камере 6 для жидкости, перемешивается посредством вихревых потоков, как было описано выше, чтобы в жидкости, находящейся в камере 6 для жидкости, могла быть образована высокотемпературная область. Исходя из вышесказанного, температура жидкости, которая подается на подложку 1 записывающего элемента, может сохраняться низкой в момент начала операции записи изображения. Другими словами, вследствие полезного эффекта первой и второй углубленных частей 51 и 52 порта ответвления, вихревые потоки создаются в камере 6 для жидкости посредством использований жидкости, протекающей по общему каналу 3 потока, для обеспечения полезного эффекта перемешивания жидкости в камере 6 для жидкости и сокращения температурного перепада в жидкости в состоянии ожидания записи в ходе операции регулировки температуры.
[0058] Если камера 6 для жидкости имеет относительно большой размер, то жидкость, находящаяся в камере 6 для жидкости, перемешивается в камере 6 для жидкости посредством естественной конвекции для обеспечения полезного эффекта перемешивания, подобному полезному эффекту настоящего изобретения. Однако, если таковое имеет место быть, то полезный эффект перемешивания жидкости в камере 6 для жидкости может быть усилен посредством использования вышеописанной компоновки настоящего изобретения, чтобы воспрепятствовать образованию высокотемпературной области в жидкости, находящейся в камере 6 для жидкости.
[0059] Преимущества настоящего изобретения были проверены посредством проведения многократных моделирований численного анализа.
[0060] В примере 1 головка 5 для выброса жидкости (линейная головка), как показано на Фиг. 1, которая конфигурируется посредством использования опорных элементов 4, имеющих структуру, изображенную на Фиг. 7А и 7B, соединяется с резервуаром 22 регулировки температуры, циркуляционным насосом 19 и т.д., как показано на Фиг. 6, и удерживается в состоянии ожидания записи, наряду с приведением в действие головки для выброса жидкости для регулировки температуры жидкости, находящейся в головке 5 для выброса жидкости.
[0061] В сравнительном примере 1 была подготовлена и подвергнута проведению многократных моделирований численного анализа головка для выброса жидкости, которая является аналогичной головке для выброса жидкости примера 1, за исключением использования опорных элементов 61, каждый из которых имеет порт 62 ввода, который не обеспечивается углубленными частями, как показано на Фиг. 11А и 11B. Следует отметить, что Фиг. 11А изображает схематический общий вид опорного элемента 61, при наблюдении со стороны подложки записывающего элемента, а Фиг. 11B изображает схематический общий вид опорного элемента 61, при наблюдении со стороны основной подложки.
[0062] Как в примере 1, так и в сравнительном примере 1, порты распределения и порты ввода изготавливаются с аналогичными профилями. Более конкретно, несмотря на то, что это не показано на чертежах, в порту 18 распределения основной подложки 2 формируется первая и вторая углубленные части 53 и 54 порта распределения. Для сокращения температурных перепадов в числе подложек записывающих элементов, открытая область порта впуска в каждом из опорных элементов изготавливается равной 25% контактной области опорного элемента и основной подложки, чтобы понизить количество тепла, которое проводится от каждой из подложек записывающих элементов к основной подложке.
[0063] В ходе моделирования скорость, с которой жидкость циркулирует по общему каналу потока, была задана равной 25 мл/мин, а температура каждой из подложек записывающих элементов была установлена равной 55°C. Другие характеристики, используемые для вычислений в ходе численного анализа, включают в себя электроэнергию, подаваемую на каждую подложку записывающего элемента: 22,5 (Вт), скорость записи: 18 (дюйм/сек), размер капли выбросаемой жидкости: 2,8 (пиколитр), разрешающая способность изображения: 1200 (точек на дюйм) и температура подаваемой жидкости: 27 (°C).
[0064] В примере 1, при температуре не менее 40°C, средний объем жидкости в каждой из камер 6 для жидкости в состоянии ожидания записи во время операции регулировки температуры составляет 0,39 мл. В то же время, в сравнительном примере 1, при температуре не менее 40°C, средний объем жидкости в каждой из камер 6 для жидкости в состоянии ожидания записи во время операции регулировки температуры составляет 0,41 мл. Средний объем жидкости в каждой из камер 6 для жидкости, при температуре не менее 40°C, в примере 1 был меньше среднего объема в сравнительном примере 1. Можно с уверенностью сказать, что это происходит в связи с тем, что жидкость в каждой из камер для жидкости примера 1 перемешивается вследствие эксплуатационной эффективности углубленных частей.
[0065] В каждой из головок для выброса жидкости примера 1 и сравнительного примера 1, подложки записывающих элементов удерживаются в состоянии ожидания записи в течение 30 секунд в ходе операции регулировки температуры, и впоследствии головка для выброса жидкости приводится в действие для записи 100% цельного изображения. Фиг. 12 изображает изменение с течением времени максимальной температуры в порту выброса подложки записывающего элемента, расположенной на стороне ниже по потоку общего канала 3 потока в примере 1 и сравнительном примере 1. Как показано на Фиг. 12, максимальная температура в порту выброса после начала операции записи изображения в примере 1 была ниже максимальной температуры в сравнительном примере 1.
[0066] В примере 2 была подготовлена головка 5 для выброса жидкости (линейная головка), которая является аналогичной головке для выброса жидкости примера 1, за исключением использования для формирования головки 5 для выброса жидкости опорных элементов 4, каждый из которых имеет четыре камеры для жидкости, как показано на Фиг. 9B. В сравнительном примере 2 была подготовлена головка 5 для выброса жидкости, которая является аналогичной головке для выброса жидкости примера 2, за исключением того, что углубленные части не обеспечиваются. Как головка 5 для выброса жидкости примера 2, так и головка для выброса жидкости сравнительного примера 2, были подвергнуты проведению численного анализа. Характеристики, используемые для вычислений в ходе численного анализа, совпадают с характеристиками примера 1, которые были описаны выше.
[0067] Как в примере 2, так и в сравнительном примере 2, подложки записывающих элементов удерживаются в состоянии ожидания записи в течение 300 секунд в ходе операции регулировки температуры, и впоследствии головка для выброса жидкости приводится в действие для записи 100% цельного изображения. Фиг. 13 изображает изменение с течением времени максимальной температуры в порту выброса подложки записывающего элемента, расположенной на стороне ниже по потоку общего канала 3 потока в примере 2 и сравнительном примере 2. Как показано на Фиг. 13, максимальная температура в порту выброса после начала операции записи изображения в примере 2 была ниже максимальной температуры в сравнительном примере 2.
[0068] Как указано в вышеупомянутом описании, головка для выброса жидкости, в соответствии с настоящим изобретением, гасит рост температуры каждой из подложек записывающих элементов после начала операции записи изображения, когда операция регулировки температуры проводится для каждой из подложек 1 записывающих элементов, наряду с тем, что они удерживаются в состоянии ожидания записи. Конечным результатом является то, что головка для выброса жидкости может надежно работать при высокоскоростной записи изображения без образования неравномерностей изображения.
[0069] Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на примерные варианты осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается раскрытыми примерными вариантами осуществления. Объем нижеследующей формулы изобретения должен получить самую широкую интерпретацию, чтобы охватить все подобные модификации и эквивалентные структуры и функции.