液体喷射装置和液体喷射头的制作方法

液体喷射装置和液体喷射头
1.本技术是申请日为2021年6月18日、申请号为202110675636.6、并且发明名称为“液体喷射装置和液体喷射头”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本公开涉及液体喷射装置和液体喷射头。


背景技术：

3.已经提出了一种通过使用液体喷射头执行打印的液体喷射装置，其包括使液体在液体喷射头和液体储存单元之间循环的循环机构，以作为解决在液体喷射头和液体供应流路中的诸如液体稠化、色料沉淀、以及气泡和异物的滞留等问题的措施。
4.日本专利特开第2017-7108号公开了一种液体喷射装置，其借助于安装在液体喷射头上方的循环泵使液体在液体喷射头中循环。


技术实现要素：

5.本公开提供了一种液体喷射装置，其包括：能够储存液体的液体储存单元；液体喷射单元，所述液体喷射单元包括能够喷射液体的喷射口；压力控制单元，所述压力控制单元接收来自所述液体储存单元的液体，并且允许将具有控制在预定压力范围内的压力的液体供应到所述液体喷射单元；第一循环单元，所述第一循环单元在使液体在所述液体喷射单元和所述压力控制单元之间循环的同时将具有由所述压力控制单元控制的压力的液体供应到所述喷射口；以及第二循环单元，所述第二循环单元使液体在所述液体储存单元和所述压力控制单元之间循环。
6.通过参考附图对示例性实施例的以下描述，本发明的更多特征将变得显而易见。
附图说明
7.图1是示出本发明的实施例中的液体喷射装置的概略配置的示意图；
8.图2是示出第一实施例中的液体喷射装置的循环通路的示意图；
9.图3是示出在打印的情况下循环通路的状态和墨的流动的示意图；
10.图4是示出在高打印负荷的情况下循环通路的状态和墨的流动的示意图；
11.图5是示出第二实施例中的液体喷射装置的循环通路的示意图；
12.图6是示出在液体喷射头中使墨的流动反转的状态的示意图；
13.图7是示出第二实施例的变型例的示意图；
14.图8是示出打印元件基板的横截面透视图；
15.图9a和9b是示出第二实施例中的循环单元的透视图；
16.图10a和10b是图9a和9b所示的循环单元的分解透视图；
17.图11a和11b是示意地示出切换阀的横截面的图；
18.图12a和12b是图10a和10b所示的头循环泵的透视图和横截面图；
19.图13a和13b是图12a和12b所示的头循环泵的分解透视图；
20.图14是图9a和9b所示的循环单元中的沿着线xiv-xiv截取的横截面图；
21.图15是沿着图14中的线xv-xv截取的横截面图；
22.图16a和16b是沿着图14中的线xvi-xvi截取的横截面图；
23.图17是示出阀单元中的流动阻力与压力调节器的阀开度之间的关系的图；以及
24.图18是示出比较例中的液体喷射装置的概略配置的示意图。
具体实施方式
25.在日本专利特开第2017-7108号所公开的配置中，可以通过由循环泵循环液体喷射头中的液体来减少液体喷射头中的液体稠化、色料沉淀、以及气泡和异物的滞留等。然而，在从液体储存单元到液体喷射头的液体流路中仍有可能发生色料的沉淀以及气泡和异物的滞留。这就导致了在开始打印之前需要执行长时间的抽吸恢复操作以从液体喷射头的喷射口抽吸并排出液体并且因此造成了大量废墨和长时间停机的问题。这样的问题在商业打印所用的液体喷射装置(其使用容易沉淀的墨，例如白色墨)中尤为突出。
26.鉴于这些情况，可以考虑这样的配置：使液体储存单元中的液体依次通过供应管、循环泵、液体喷射头、收集管和液体储存单元进行循环。然而，在这样的配置中，收集管会在液体喷射头的往复扫描期间振动，并且会在液体喷射头中产生负压变化。这将导致液体喷射头的喷射特性和喷射液滴量的不稳定。因此，存在因打印图像上产生条纹和不均匀而导致图像质量下降的风险。随着液体喷射头的扫描速度增加得更高以便提高打印生产率，这样的对图像质量的影响更加显著。
27.因此，传统技术难以同时实现废墨和停机时间的减少以及高速和高图像质量的打印特性。
28.鉴于这些情况，本公开的目的在于提供液体喷射装置和液体喷射头，其能够在抑制液体流路中的色料沉淀和异物滞留的同时实现高效的液体喷射操作。
29.以下，参照附图描述本发明的实施例。本发明的范围应根据权利要求的范围确定，并且以下的说明内容不应理解为限制本发明的范围。此外，下述的形状、布置等不应理解为限制本发明的范围。在本实施例中，以喷墨打印装置作为喷射液体并在打印介质上执行打印的液体喷射装置的示例。因此，在以下的说明内容中，将从喷墨打印装置喷射的液体称为墨，并且将喷射墨的液体喷射头称为打印头。
30.[第一实施例]
[0031]
(打印装置的整体配置)
[0032]
图1是示出根据本发明的实施例的喷墨打印装置1000(以下简称为打印装置)的概略配置的示意图。打印头1安装在由滑动轴1004可移动地支撑的滑架1005上。滑架1005通过未示出的滑架马达的驱动力沿着滑动轴1004在压板1008上方往复移动。打印介质1007由未示出的传送辊传送到压板1008的上表面。打印头1在被支撑于压板1008的上表面上的打印介质1007上方往复运动的同时喷射墨。随着打印头1的往复运动，打印介质1007由传送辊间歇性地传送。打印头1与未示出的控制单元电连接，所述控制单元将电力、喷射控制信号等传递到打印头1。打印装置1000根据传送打印介质1007的操作在控制单元的控制下将墨喷射到打印介质1007上。打印头1的这种操作允许在打印介质1007上打印图像。该实施例中的
控制单元包括具有cpu、rom、ram等的计算机。根据存储在rom中的控制程序，cpu在使用存储于ram中的数据等的同时执行诸如计算和控制的各种处理。ram还用作由cpu进行计算处理的工作区。
[0033]
打印装置1000包括主罐2000、储存从主罐2000供应的墨的副罐(液体储存单元)2001、以及允许打印头1和副罐2001之间流体连通的供应管1001和收集管1002。针对打印装置1000中使用的每种类型的墨(每种颜色的墨)都提供这样的构造。在该实施例中，使用了四种颜色即黑色(bk)、青色(c)、品红色(m)和黄色(y)的墨，并且针对每种墨都提供上述的构造。为了简化附图，图1中仅示出了四种颜色墨中的两种颜色墨所用的供应管1001和收集管1002。供应泵1003连接到供应管1001，并且通过该供应泵1003将墨从副罐2001供应到打印头1。供应到打印头1的部分的墨通过差压阀2004(参见图2)和收集管1002回流到副罐2001。
[0034]
(打印头的概略配置)
[0035]
接下来，将描述该实施例中的打印装置1000的打印头1以及形成于打印头1中的墨流路(液体流路)的概略配置。图2至图4是示出该实施例中的打印装置1000的一种颜色的墨的墨流路和墨流动的示意图，其中图2示出了打印待机状态，图3示出了打印操作状态，并且图4示出了以高打印负荷执行打印操作的状态。为了简化图2至图4中的图示，仅示出了一种颜色的墨流动通过的流路；然而，实际上在每个打印头1和打印装置1000的主体部分中设置了用于多种颜色的墨的循环通路。
[0036]
首先，描述该实施例中的打印头1的概略配置。打印头1包括:作为液体喷射单元的打印元件基板10；支撑打印元件基板10的支撑构件11；以及循环单元200，支撑构件11固定在该循环单元200上。
[0037]
循环单元200用作压力控制机构，其从作为液体储存单元的副罐2001接收墨并且将具有控制在预定压力范围内的压力的墨通过支撑构件11供应到打印元件基板10，并且具有以下配置。
[0038]
循环单元200包括过滤器201、作为压力控制单元的压力调节器202、头循环泵203、负压补偿阀204、以及允许这些构造之间连通的流路。压力调节器202包括供应室2025、能够通过孔口2028与供应室2025液体连通的负压室2026、以及控制经过孔口2028的墨的流动阻力的压力控制阀2027。压力控制阀2027设置成能够相对于孔口2028前后移动并且通过包括弹簧的偏压构件(偏压单元)2021的偏压力在孔口2028关闭的方向上被偏压。
[0039]
供应室2025通过形成在本体206中的流路与供应管1001和收集管1002连通，所述本体206形成循环单元200的框架。负压室2026通过形成在本体206中的流路与头循环泵203的排出口2038连通并且还与形成在支撑构件11中的流路11c连通。负压室2026的侧表面部分由挠性膜2023形成，并且受压板2022固定在挠性膜2023的内表面上。设置在压力控制阀2027上的轴2024的一个端部部分通过偏压构件2021与受压板2022相接触。受压板2022能够根据负压室2026中的压力变化随着挠性膜移位。受压板2022的该移位通过轴2024传递到压力控制阀2027。因此，压力控制阀2027的位置通过来自受压板2022的按压压力和偏压构件2021的偏压力的合力而改变，并且因此控制孔口2028中的墨的流动阻力。过滤器201具有移除由供应泵1003从副罐2001供应的墨中包含的灰尘和气泡的功能。
[0040]
头循环泵203包括排出液体的排出口2038和抽吸液体的抽吸口2039。排出口2038
通过流路与作为压力控制单元的压力调节器202连通，而抽吸口2039与形成在支撑构件11中的流路11d连通。头循环泵203将通过抽吸口2039抽吸的墨从排出口2038排出，通过流路将墨供应到压力调节器202，并且因此用作在后述的第一循环通路r1中形成墨的循环流动的驱动源。
[0041]
负压补偿阀204设置在允许头循环泵203的排出口2038和抽吸口2039连通的迂回通路r3中。在负压补偿阀204的上游侧和下游侧之间产生压差的情况下，负压补偿阀204打开并且允许通过迂回通路r3连通。该负压补偿阀204具有在连续打印具有高打印负荷的图像的情况下抑制在喷射口的下游侧产生的负压增加的功能。本文中的打印负荷是指实际施加到打印介质的单位区域的墨量与能够施加到单位区域的最大墨量之比，打印负荷越高，则施加到单位区域的墨量越大。
[0042]
在打印元件基板10中形成有喷射口103(通过该喷射口喷射墨)，并且还形成有与喷射口103连通的流路。这些流路均由与相应的一个喷射口103连通的压力室106、与压力室106连通的供应流路105a和收集流路105b等形成。稍后将参考图8详细描述该打印元件基板10的结构。
[0043]
允许打印元件基板10和循环单元200之间连通的流路11c和11d形成在支撑构件11中。在流路11c中，其一个端部部分通过连通口11a与循环单元200的流路连通，而另一个端部部分通过形成在打印元件基板10中的开口109与供应流路105a连通。另一方面，在流路11d中，其一个端部部分通过连通口11b与循环单元200的流路连通，而另一个端部部分通过形成在打印元件基板10中的开口109与收集流路105b连通。
[0044]
对于具有上述配置的打印头1，循环通过循环单元200、支撑构件11和打印元件基板10的第一循环通路r1以及循环通过循环单元200和副罐2001的第二循环通路r2形成在打印装置1000中。
[0045]
在下文中，将详细描述第一循环通路rl和第二循环通路r2中的墨的流动。
[0046]
(第一循环流路中的墨的流动)
[0047]
首先，描述第一循环通路rl中的墨的流动。在头循环泵(第一泵)203被驱动的情况下，墨从头循环泵203的排出口2038供应到压力调节器202中的负压室2026。压力调节器202是所谓的减压型调节机构并且具有即使在通过流率变化的情况下也通过压力控制阀2027和偏压构件2021的操作使负压室2026内的压力稳定在一定范围内的功能。稍后描述压力控制操作的细节。
[0048]
在压力调节器202中的负压室2026中将压力调节到预定的微负压范围(优选地，-20至-1000mmaq)内的墨经过负压室2026并且经由形成在支撑构件11中的流路11c流入形成于打印元件基板10中的流路。如上所述，该流路包括供应流路105a、压力室106、收集流路105b等。从支撑构件11的流路11c流入供应流路105a的墨如图2中的箭头所示经过压力室106和收集流路105b，然后通过支撑构件11的流路11d再次返回到头循环泵203。在压力室106中流动的墨的一部分供应到相应的一个喷射口103。
[0049]
因此，在打印头1中产生在压力调节器202和打印元件基板10之间循环的第一循环流(在下文中也称为“头内循环流”)。因此，墨颜料在第一循环通路r1中的沉淀被抑制。另外，由于气泡、稠化墨、异物等可以排出到打印元件基板10的外部，因此可以在不执行预喷射操作的情况下执行适当的喷射操作，并且可以实现可靠的打印。
[0050]
在图2所示的打印头1中，由流过第一循环通路r1的墨(液体)形成的第一循环流应当经过打印元件基板10的压力室106。在此情况下墨流率被设定在能够实现适当喷射操作的范围内。在通常的喷墨打印头中，喷射口103附近的流路是几十μm的极细的微通路；因此，压降相当大。为此，如果流率设定得过大，则喷射口103中的负压变得过大，并且可能存在无法保持适于进行喷射操作的弯液面的风险。特别地，在以300dpi以上的密度间隔布置喷射口103的打印元件基板10中，优选将墨流的流率设定为等于或小于在执行从所有的喷射口103同时进行喷射的情况下的喷射流率。另外，还优选采用这样的配置：在打印元件基板10或支撑构件11中或者在打印元件基板10和支撑构件11之间的边界中形成旁路流路，以增加能够在不经过压力室106的情况下进行循环的通路。
[0051]
只要可以确保用于输送液体所需的流率和压力，待应用的头循环泵203的形式可以是正排量型和负排量型中的任一种。例如，作为正排量型可以应用隔膜泵、管泵、活塞泵等。另一方面，轴流泵可以是适用的负排量型泵的示例。另外，可以优选地从诸如马达驱动、压电驱动和气动驱动的多种方法中选择驱动方法。考虑到泵的使用(泵要安装在打印头1上并且要高速地往复移动)以及泵的成本，优选地选择小而轻且零件数量较少的泵。更优选地，泵要具有小的压力脉动。压电型隔膜泵可以是具有上述特性的优选泵的示例。此外，也可以优选地应用这样的泵：所述泵通过将具有流动阻力差的管路连接到泵室的前部和后部(在所述泵室中的内部压力由于压电元件、因沸腾引起的发泡等而高频地变化)以产生流体惯性效应来输送液体。在该实施例中，上述的头循环泵203和第一循环通路r1构成第一循环单元。
[0052]
(第二循环流路中的墨的流动)
[0053]
接下来，将描述形成在打印头1中的第二循环通路r2中的墨的流动。可更换的主罐2000中的墨通过补充泵2003供应到副罐2001，然后通过供应管1001供应到打印头1的循环单元200。副罐2001包括大气连通口2002，从而能够将墨中的气泡排出到外部。另外，由于副罐2001能够储存墨，因此在打印操作中途更换主罐2000期间可以继续进行打印操作，由此可以提高打印装置1000的便利性。
[0054]
在需要补充因打印操作、抽吸恢复等期间通过从打印头1的喷射口103喷射(排出)墨而消耗掉的墨的情况下，补充泵2003将墨从主罐2000输送到副罐2001。副罐2001连接到打印头1，从而能够通过供应管1001向打印头1供应墨。另外，副罐2001连接到打印头1，从而能够通过收集管1002收集来自打印头1的墨。
[0055]
在供应泵(第二泵)1003被驱动的情况下，副罐2001中的墨如图2中的箭头所示经过供应管1001和过滤器201，然后流入压力调节器202的供应室2025。在供应室2025中流动的墨经由收集管1002回到副罐2001。因此，在打印装置1000中形成第二循环通路r2，该第二循环通路形成了从副罐2001开始并经由打印头1再次返回到副罐2001的第二循环流(在下文中也称为“罐循环流”)。因此，墨颜料在包括副罐2001、供应室2025、供应管1001和收集管1002等的第二循环通路r2中的沉淀被抑制。在该实施例中，上述的供应泵1003和第二循环通路r2构成第二循环单元。
[0056]
差压阀(第二压力控制单元)2004设置在收集管1002上。该差压阀2004仅在等于或大于一定压力的差压出现在差压阀的上游侧和下游侧之间的情况下才打开，以便允许墨流过收集管1002。由于副罐2001连接在差压阀2004的下游，因此在差压阀2004的下游施加了
相对于副罐2001的液压头压力。差压阀2004的上游侧由压力调节器202保持在等于或大于一定压力的压力。差压阀2004的上游侧的该压力值不一定是正压，也可以是负压，只要该压力等于或大于可以通过压力调节器202的设计执行正常压力控制的最小压力即可。差压阀2004可以附接在收集管1002的下游侧的位置，即靠近副罐2001。为了进一步减小由于收集管1002的滑动引起的墨振动而导致的压力变化，优选在靠近打印头1的位置设置差压阀2004。为了抑制压力变化，更优选的是采用将差压阀2004插入到联接打印头1和收集管1002的接头针中的配置。
[0057]
在图2所示的状态下不执行打印，因此压力调节器202中的压力控制阀2027关闭。相应地，供应到压力调节器202的墨以等于或者大于一定压力的压力经过供应室2025，并且通过收集管1002回流到副罐2001。
[0058]
如上所述，在该实施例中，在打印待机状态下，以压力调节器202中的压力控制阀2027作为压力边界形成两个循环流。
[0059]
具体地，形成以下的两个循环流：
[0060]
1)在压力调节器202和打印元件基板10之间产生的第一循环流；以及
[0061]
2)在压力调节器202和副罐2001之间产生的第二循环流。
[0062]
因此，即使是使用诸如白色墨这样的容易沉淀的墨，也能够抑制由于色料沉淀而引起的密度变化。相应地，在该实施例中，打印装置1000在重新开始打印时不需要执行抽吸恢复操作，因此不会导致废墨和停机时间。
[0063]
由于在打印操作期间发生在供应管1001和收集管1002中的墨振动引起的压力变化通过调节器的作用得以充分减小，因此压力变化绝不会传递到第一循环流侧。因此，即使在打印头1的往复扫描速度增加并以高速执行打印的情况下，打印头1的喷射性能仍然稳定，由此可以打印条纹和不均匀较少的高质量图像。
[0064]
接下来，描述在开始打印操作的情况下的墨流动的状态。图3是示出该实施例的打印装置1000中的一种颜色的墨的流动状态的示意图。一旦墨量因喷射而减少，负压室2026中的负压就增加，并且压力调节器202的受压板2022在图3中向左移动。随着受压板2022的移动，压力控制阀2027向左移动离开孔口2028。结果，与喷射墨量对应的量的墨如箭头a1所示从供应室2025流入负压室2026，因此向第一循环流补充墨。在该过程期间，负压室2026中的压力通过偏压构件2021的作用保持在预定的微负压，并且也保持第一循环流。因此，即使在喷射口103处于非喷射状态的情况下也不会发生色料的沉淀，并且喷射口103可以保持在能够随时喷射的状态而无需执行预喷射操作。由于在该过程中也连续地保持第二循环流，因此也在副罐2001和打印头1之间抑制色料的沉淀。相应地，可以将具有持续稳定密度的墨供应到打印头1。
[0065]
为了实现高速打印，打印头1需要高速执行往复扫描，并且因此增加供应管1001和/或收集管1002中的墨振动。然而，在该实施例中，由于墨的振动而传递到压力控制阀2027的压力变化以衰减的状态传递到负压室。也就是说，正如在图3中可以看到的那样，传递到压力控制阀2027的压力变化根据压力控制阀2027的受压面积(s1)和受压板2022的受压面积(s2)的比率(s1/s2)而衰减，并且由此衰减的压力变化传递到负压室2026。因此，在第一循环流中可以充分地减小负压变化，从而可以稳定喷射液滴的量和喷射性能。相应地，可以执行没有条纹和不均匀的高速且高图像质量的打印。
[0066]
一旦打印操作停止，压力控制阀2027就再次关闭，并且第二循环流和第一循环流这两个流自主地彼此分离；然而，由于循环流继续分别维持，因此抑制了色料的沉淀。
[0067]
图4是示出以高负荷执行打印的状态的图。如上所述，就抑制向喷射口103过度地施加负压而言，优选的是将经过处于非打印状态的打印元件基板10的墨的流率设定为低于从所有的喷射口同时喷射墨期间(完全喷射期间)的喷射流率。在通过完全喷射以高打印负荷执行打印操作的情况下，压力室106不仅用来自供应流路105a的墨、而且用来自收集流路105b的墨进行补充，如图4的压力室106中示出的箭头所示。即使在该状态下，也不会发生回流，原因是在该示例中将正排量型的压电型隔膜泵用作头循环泵203。因此，如果打印元件基板10的许多喷射口103以高打印负荷继续进行打印，则收集流路105b中的压力减小，并且最终对喷射口103的墨的补充将变得不充分。在此情况下，存在喷射的液滴量变得小于设计的可能性，并且图像可能会褪色或模糊。另外，如果处于非打印状态的喷射口103很少，则那些喷射口103中的墨的通过流率会显著地增加，并且负压增加且温度异常地下降。这会影响喷墨，并且会降低图像质量。
[0068]
为了在执行具有高打印负荷的打印的情况下避免这样的图像质量下降，在该实施例中的循环单元200中设置负压补偿阀(负压补偿单元)204。负压补偿阀204设计成在其上游侧和下游侧之间的差压变得等于或大于预定差压时打开。如果收集流路105b中的压力因具有高打印负荷的连续打印而过度减小，则负压补偿阀204打开以从压力调节器202供应墨，因此负压的过度增加被抑制。因此，即使在执行具有高打印负荷的打印的情况下也可以执行稳定的喷墨，并且能够形成高质量的图像。
[0069]
返回参考图2中的打印待机状态，可以看出在负压补偿阀204和迂回通路r3中没有产生循环流。为了抑制在这些部分中的墨颜料的沉淀，优选的是使打印待机状态下的头循环泵203中的流率大于打印期间的流率以减小头循环泵203的抽吸口2039中的压力。这是优选的，原因在于以该方式能够打开负压补偿阀204，因此可以产生抑制这些部分中的色料沉淀的墨流动。也存在这样的可能性：该操作会导致打印元件基板10的压力室106中的压力减小，并且该压力减小可能不利于设计的喷射驱动；然而，只要保持住喷射口103中的弯液面，打印待机状态就会保持，因此没有问题。
[0070]
该实施例包括：第一循环通路r1，墨在打印元件基板10和压力调节器202的负压室2026之间循环通过该第一循环通路r1；以及第二循环通路r2，墨在压力调节器202的供应室2025和副罐2001之间循环通过该第二循环通路r2。通过该配置，允许负压室2026和供应室2025之间的连通和阻断的压力控制阀2027根据喷射量打开和关闭，从而即使在高速打印期间也将负压室2026保持在一定的负压，由此能够充分地抑制在打印头1的扫描期间由于管的振动引起的压力变化。因此，可以实现高速且高图像质量的打印。另一方面，由于压力控制阀2027在打印待机状态下自主关闭，因此在头中的第一循环通路r1(其中保持负压)以及第二循环通路r2(其中的压力与第一循环通路r1中的压力隔离)自主地形成，并且循环在各个通路中持续进行而不停止。因此，即使诸如白色墨这样的容易沉淀的墨，也不再需要原本要执行的通过抽吸大量的墨进行的恢复操作。
[0071]
[第二实施例]
[0072]
与本发明的第二实施例中的打印装置1000中的一种颜色的墨对应的流体通路在图5和图6中示出。第二实施例与第一实施例的区别在于，第二实施例在循环单元200中包括
两个切换阀(切换单元)205以切换打印元件基板10中的墨的流动方向。
[0073]
在该实施例中，三通阀被用作切换阀205；然而，本实施例不限于此。切换阀205可以具有与图5和图6所示的配置不同的配置，只要其具有反转打印元件基板10中的流动、特别是反转压力室106中的流动的功能即可。例如，可以应用使用了滑动阀的五通阀。在使用切换阀205的情况下需要考虑的是，在切换阀205的切换期间通过压力控制阀2027的操作使得打印头1中的压力不超出能够保持喷射口103中的弯液面的负压范围。为此，优选的是将压力控制阀2027的打开和关闭操作中的行程设计得非常短或者使用“摇臂阀”类型。摇臂阀类型的具体结构将在下文描述。
[0074]
如图5所示，在两个切换阀205中，图5中左侧的切换阀205的一个端口与压力调节器202连通，而右侧的切换阀205的一个端口与头循环泵203连通。两个切换阀205的其余两个端口都选择性地与支撑构件11的两个流路11c和11d连通。具体地，在图5所示的状态下，左侧的切换阀205与流路11c连通，并且与流路11d的连通被阻断。因此，在图5所示的状态下，左侧的切换阀将从压力调节器202的负压室2026流出的墨供应到支撑构件11中的流路11c，而右侧的切换阀205收集从支撑构件11中的流路11d到头循环泵203的墨。
[0075]
图6示出了切换阀205与流路11c和11d之间的连通状态从图5所示的状态进行切换的状态。在该状态下，左侧的切换阀205与流路11d连通，并且与流路11c的连通被阻断。同时，右侧的切换阀205与流路11c连通，并且与流路11d的连通被阻断。在此情况下，左侧的切换阀205将从压力调节器202的负压室2026流出的墨供应到支撑构件11中的流路11d，而右侧的切换阀205收集从支撑构件11中的流路11c到头循环泵203的墨。在图5和图6中，虚线箭头指示没有墨流动通过流路的状态(阻断状态)。
[0076]
因此，在第二实施例中，可以将打印头1的压力室106中的墨的流动方向切换为反转。该过程应当获得以下的结果。通常，与打印元件基板10的压力室106直接连通的流路(独立连通孔104a和104b)的宽度尺寸为几十μm，并且该宽度尺寸比供应流路105a和收集流路105b窄。为此，在供应流路105a中产生气泡或流入气泡的情况下，如果墨仅如图5所示的状态进行循环，则难以通过压力室106排出气泡。在此情况下，如图6所示将压力室106中的墨的流动方向反转即可将供应流路105a中的气泡排出到打印元件基板10的外部。
[0077]
由于在图5和图6所示的两种头内循环状态下都通过压力调节器202将打印头1中的负压保持在适当的范围内，因此可以在继续进行头内循环的同时开始打印操作。因此，在该实施例中，除了第一实施例所实现的功能和效果之外，还可以在将气泡和异物排出到打印元件基板10的外部的同时继续进行打印操作。因此，可以进一步减少打印装置1000的停机时间。
[0078]
[第二实施例的变型例]
[0079]
接下来，参照图7描述上述第二实施例的变型例。在第二实施例中，如图6所示，供应流路105a和收集流路105b分别与跟压力室106连通的独立连通孔104a和104b独立地连通。相比之下，该变型例具有单个流路105c与独立连通孔104a和104b连通的配置。
[0080]
因此，在该变型例中，尽管从支撑构件11供应的墨的一部分通过独立连通孔104a和104b供应到压力室106，但是在流路105c中流动的大部分的墨都通过流路105c再次流入支撑构件11而不经过压力室106。换句话说，在该变型例中，形成了不经过压力室106的第一循环通路。
[0081]
通过该配置，由于头内循环流不经过诸如压力室106以及与压力室106连通的独立连通孔104a和104b这样的小部分，因此减小了墨的流动阻力，并且能够更可靠地避免打印头1中的色料的沉淀。另外，在墨中所包括的气泡和异物能够更可靠地排出到打印元件基板10的外部。
[0082]
由于在打印待机状态下不形成经过压力室106的流动，因此在与压力室106连通的独立连通孔104a和104b中有可能发生颜料的沉淀。然而，由于这些部分具有如上所述的较小尺寸，因此可以通过少量的预喷射操作来移除这些部分中的色料沉淀。
[0083]
另外，在该变型例中，由于没有经过压力室106的循环流，因此抑制了喷射口103中的水分蒸发。因此，即使在头内循环长时间持续的情况下，墨整体的浓缩也会被抑制，因此执行浓缩墨的排出处理的次数也可以减少，并且能够进一步减少废墨。
[0084]
在下文中，更具体地描述上述实施例中的构成的配置。基于上述的第二实施例的配置进行描述，并且描述了包括切换阀205的配置，而其他配置与第一实施例中的构成的配置类似。
[0085]
(打印元件基板)
[0086]
将描述该实施例中的打印元件基板10的配置。图8是示出了在包括形成于打印元件基板10中的多个喷射口103的喷射口列103l的纵向方向(y方向)上剖视的横截面的透视图。在打印元件基板10中，由si制成的基板107和由光敏树脂形成的喷射口形成构件102被层压在一起。盖构件108接合到基板107的后表面。打印元件111形成在基板107的一侧(图8中的上表面侧)，构成沿着喷射口列延伸的供应流路105a和收集流路105b的凹槽形成在相对侧(图8中的下表面侧)。在打印元件基板10的喷射口形成构件102上形成四个喷射口列。
[0087]
作为用于通过热能使液体发泡的加热元件的打印元件111布置在对应于每个喷射口103的位置。打印元件111通过设置在基板107内部的电气配线(未示出)与端子110电连接。打印元件111基于从打印装置1000的控制单元通过电气配线基板和柔性配线基板输入的脉冲信号产生热，并且使填充在压力室106中的液体沸腾。液体通过因沸腾产生的发泡力而从喷射口103喷射。
[0088]
供应流路105a和收集流路105b是在设置于打印元件基板10上的喷射口103的列方向上延伸的流路并且分别通过独立连通孔104a和独立连通孔104b与压力室106连通。在盖构件108中设有多个开口109。在该实施例中，在盖构件108中分别以预定间隔设置用于一个供应流路105a的三个开口109和用于一个收集流路105b的两个开口109。每个开口109都与支撑构件11中的流路连通，如图5所示。盖构件108具有作为形成供应流路105a和收集流路105b的壁的一部分的盖的功能。优选的是盖构件108具有足够的对液体(墨)的耐腐蚀性。在抑制混色方面，要求开口109的开口形状和开口位置准确。盖构件108用于通过开口109变换从打印元件基板10的流路到支撑构件11的流路的间距，并且考虑到压力损失，理想的是盖构件108的厚度较薄。因此，优选的是使用感光树脂材料或硅片作为盖构件108的材料，并且通过光刻工艺提供开口109。
[0089]
接下来，描述打印元件基板10中的液体流动。由基板107和盖构件108形成的供应流路105a和收集流路105b分别与支撑构件11的流路相连接，如图5所示。在驱动头循环泵203的情况下，供应流路105a中的液体经由独立连通孔104a、压力室106和独立连通孔104b流入收集流路105b(由图8中的箭头c指示的流动)。通过该流动，可以在喷射操作被暂停的
压力室106中抑制打印元件基板10中的墨沉淀。同时，由于从喷射口103蒸发而产生的稠化墨、气泡、异物等可以排出到收集流路105b。
[0090]
收集到收集流路105b的墨通过盖构件108的开口109和支撑构件11的流路11c和11d(参见图5和图6)返回到头循环泵203。在该过程中，在切换阀205如图6所示被切换的情况下，打印元件基板10中的流动方向为沿着与图8中箭头c的方向相反的方向流动。即使在产生了沿箭头c方向的循环流的情况下，比独立连通孔104a更大的气泡、异物等也滞留在供应流路105a中。然而，在如图6所示产生了沿相反方向的循环流的情况下，滞留在供应流路105a中的较大的气泡和异物可以通过开口109排出到打印元件基板10的外部。
[0091]
(循环单元)
[0092]
图9a和9b是示出用于一种颜色的循环单元200的具体配置示例的外观的透视图。循环单元200包括安装在本体206中的压力调节器202和切换阀205以及附接到本体206的头循环泵203，在所述本体206中设置有墨流路。在该实施例中，压力调节器202和切换阀205与本体206成一体以便降低成本。与头循环泵203类似地，也可以将压力调节器202和切换阀205作为独立单元附接到本体206。在此情况下，优点是无论本体206的形状如何各单元都可以通用。
[0093]
如图9b所示，从副罐2001接收墨所通过的接合孔206a和墨返回副罐2001所通过的接合孔206b设置在本体206的上部分上。经由支撑构件11将墨供应到打印元件基板10所通过的孔206c和从打印元件基板10收集墨所通过的孔206d设置在本体206的下部分上。
[0094]
图10a和10b是循环单元200的分解图。在图10a中，过滤室2060设置在本体206的上部分中，并且过滤器201插入并焊接至过滤室2060。负压补偿阀204在过滤室2060的旁边插入。负压补偿阀204的下部分与本体206内部的泵供应口2061连通。本体206内部的流路结构在下文描述。
[0095]
压力控制阀2027、偏压构件2021和弹簧保持件2029以该层叠顺序插入到设置在本体206的侧表面上的供应室2025中。偏压构件2021在压力控制阀2027和弹簧保持件2029之间被压缩到设计长度以向压力控制阀2027施加一定的偏压力。弹簧保持件2029具有作为供应室2025的盖的功能以及作为固定构件以固定偏压构2021的功能并且被焊接或接合到本体206。
[0096]
两个切换室2053设置在本体206的侧表面的下部分中，并且摇臂阀2051分别插入切换室2053中。在挠性膜2052通过诸如粘合或焊接的方法接合到本体206和两个摇臂阀2051从而覆盖整个切换室2053的情况下，形成切换阀205。稍后描述切换阀205的结构和切换操作。
[0097]
在图10b中，负压室2026形成在本体206中的供应室2025的相对表面侧。偏压构件2021、受压板2022和挠性膜2023以该层叠顺序插入该负压室2026中。偏压构件2021在负压室2026的底部和受压板2022之间被压缩到设计长度以对受压板2022施加一定的载荷。挠性膜2023焊接或接合到本体206。该挠性膜用作负压室2026的盖，同时在不妨碍受压板2022移动的情况下变形。另外，就诸如模制的生产方面而言，在本体206中形成凹槽形式的流路，并且因此在组装循环单元200的步骤中将密封膜208粘附或焊接到本体206从而覆盖流路的开口部分。
[0098]
(切换阀)
[0099]
图11a和11b是示意性地示出沿着图9a中的线xi-xi截取的切换阀205的横截面的图。摇臂阀2051插入设置在壳体2036中的切换室2053中，同时能够围绕旋转轴2054枢转。挠性膜2052焊接到摇臂阀2051。该挠性膜2052的端部部分焊接到切换室2053的周缘部分以密封切换室2053。另外，盖2059附接到壳体2036从而覆盖挠性膜2052。偏压靠近摇臂阀2051的一个端部部分的部分的偏压构件2057附接到盖2059的内表面(面向膜的表面)。另外，设置成能够按压或远离靠近摇臂阀2051的另一端部部分的部分的按压构件2058附接到盖2059的内表面且挠性膜2052布置在其间。在图10a中，未示出偏压构件2057、按压构件2058和盖2059。
[0100]
在该实施例中，所谓的摇臂阀型的三通阀被用作切换阀205。如图11a和11b所示，根据偏压构件2057的偏压力在摇臂阀2051中产生围绕旋转轴2054的旋转力。因此，摇臂阀2051将开闭口2056l关闭，同时打开另一开闭口2056r。在此情况下，如果按压构件2058通过加压空气被向下按压从而超过偏压构件2057的偏压力，如图11b所示，则摇臂阀2051将开闭口2056r关闭，同时打开另一开闭口2056l。因此，可以根据摇臂阀2051的位置来切换设置在切换室2053的中心的公共口2055与开闭口2056l或2056r之间的连通关系。
[0101]
在该实施例中，应用气动驱动作为摇臂阀2051的驱动方法；然而，驱动方法不限于此，并且可以应用另外的驱动方法。例如，也可以优选地采用使用磁线圈和马达的机械机构。
[0102]
除了摇臂阀2051之外，还可以通过使用多个直动型压力控制阀2027来形成三通阀。在此情况下，墨随着压力控制阀2027的打开和关闭操作而被压出和抽吸；因此，在头内流路中引起压力变化，并且这样可以影响喷射口103的弯液面。如果弯液面的状态改变，则喷射液滴的体积改变。因此，如果变化量大，则存在打印图像上的浓度差导致图像质量下降的风险。为了抑制该风险，可以考虑大幅减少阀的行程或者设置大的缓冲室。然而，在此情况下，可能的缺点在于需要强循环泵(原因是阀单元中的流动阻力增加)、或者增加了循环单元200的尺寸。
[0103]
另一方面，在如该实施例那样使用摇臂阀2051的情况下，在切换操作期间同时地压出和抽吸墨；因此，负压的变化较小，并且可以抑制对喷射口103中的弯液面的影响。应当注意，即使在应用摇臂阀2051的情况下，也可能存在无法在单个切换室中充分地抑制打开和关闭期间的压力变化的情况，原因在于由于用于打开和关闭阀的弹簧等的设计限制，摇臂阀2051的旋转轴2054不一定中心对称地设置。然而，在该实施例中，如图5所示，切换阀205分别布置在喷射口103的上游侧和下游侧。因此，可以通过使用具有相同形状并且布置成使得阀元件以相反相位移动的切换阀205来补偿在两个切换室2053之间进行切换期间的体积变化。因此，能够充分地减小切换操作期间在头内循环流路(第一循环流路)中的负压变化。
[0104]
(头循环泵)
[0105]
图12a是示出头循环泵203的外观的图。在该实施例中，压电型隔膜泵用作头循环泵203。一般而言，与马达型隔膜泵相比，压电隔膜泵具有部件数量更少、更小且更轻、更安静、以及压力脉动更小的特性。因此，可以说压电隔膜泵适合安装在打印头1中。然而，压电隔膜泵存在的问题是，由于隔膜2031的位移量较小，因此难以使泵实现自给，并且如果在泵中混入了大量气泡，则送液量会减少。
[0106]
综上所述，在循环单元200中，头内循环流f在进入泵收集口2062之前沿着竖直方向(z方向)向下(z2方向)转向，如图16a所示。通过该配置，从打印元件基板10排出的气泡被引导成聚集在循环单元200的上部分中以防止流入头循环泵203。
[0107]
如图12a所示，排出口2038和抽吸口2039设置在头循环泵203的一个表面上。排出口2038和抽吸口2039分别与形成在循环单元200的本体206中的泵供应口2061和泵收集口2062连通。在此情况下，排出口2038沿着竖直方向(z方向)布置在抽吸口2039的上方(z1方向)。该配置是优选的，原因是这样便于排出在头循环泵203中混合的气泡，并且可以保证稳定的流率。
[0108]
抑制气泡进入头循环泵203的另一措施可以是在泵收集口2062中或者在泵收集口2062的前面或后面设置过滤器201或网以作为气泡捕集材料。在此情况下，需要适当地设定过滤器201的网孔尺寸和面积，以便防止过滤器201中的压降过大并且捕获尺寸影响到泵操作的气泡。
[0109]
图12b是沿着图12a中的线xiib-xiib截取的横截面图。在图12b中，空心箭头指示墨的流动方向。两个止回阀2035、泵驱动电路2040和隔膜2031附接到壳体2036。电极板2032和压电元件2033连接到隔膜2031。
[0110]
泵驱动电路2040电连接到主体控制单元(未示出)。泵驱动电路2040包括内置升压电路，其产生驱动压电元件2033所需的电压。泵驱动电路2040通过tab 2041电连接到压电元件2033和电极板2032，并且应当能够基于来自控制单元的信号以一定频率在压电元件2033和电极板2032之间产生电位差。该电位差引起压电元件2033在图12b中的竖直方向(x方向)上的移位，并且电极板2032以及连接至电极板2032的隔膜2031相应地移位。在隔膜2031在图12b中(沿x2方向)向下移位的情况下，右侧的止回阀2035打开并且抽吸墨。在该过程中，左侧的止回阀2035关闭。另一方面，在隔膜2031在图12b中(沿x1方向)向上移位的情况下，左侧的止回阀2035打开并且排出墨。在该过程中，右侧的止回阀2035关闭。
[0111]
一般而言，压电元件2033的位移很小并且约为几十μm；然而，通过以几十到几百hz的频率执行该操作，可以产生约几ml/min到几十ml/min的流率。另外，可以产生约几kpa到几十kpa的泵的喷射压力或抽吸压力。流率和压力可以根据压电元件2033和泵室2034的尺寸、压电元件2033和电极板2032和隔膜2031的厚度、提供给压电元件2033的电压/频率、驱动波形(正弦曲线或方波)等进行调节。
[0112]
例如，通过在等于或小于压电元件2033和电极板2032之间的击穿电压的范围内施加数百v的高电压，可以增加压电元件2033的位移量，并且可以增加泵的流率和压力。因此，从针对高电压的措施、墨附着的抑制等方面考虑，在图12b所示的结构中，盖2037接合到覆盖压电元件2033的位置。更优选的是将盖2037设置到覆盖泵驱动电路2040的位置。
[0113]
图13a和13b是头循环泵203的分解透视图。如上所述，一对止回阀2035附接到壳体2036，使得壳体2036布置在其间。在该实施例中，止回阀2035通过将其腿部插入壳体2036中的孔中而被固定。隔膜2031、电极板2032和压电元件2033以该层叠顺序接合到壳体2036的泵室2034。优选的是隔膜2031具有对墨的化学耐受性以及能够跟随压电元件2033的变形的刚度。因此，例如以约0.2至0.5mm的厚度形成的诸如pps或ppe的树脂可以用作隔膜2031。另外，泵驱动电路2040、将压电元件2033和电极板2032电连接到泵驱动电路2040的tab 2041、以及盖2037附接到壳体2036。引线、焊料等可以代替tab 2041。
[0114]
(压力调节器)
[0115]
将描述设置在循环单元200中的压力调节器202的结构和压力控制操作的细节。图14是沿着图9b中的线xiv-xiv截取的横截面图。将一般的减压型调节器用作在本实施例中提供的压力调节器202。压力调节器202包括由挠性膜(挠性构件)2023密封的负压室2026。负压室2026形成在包括接合到本体206的表面的周边部分的挠性膜2023以及本体206的由该挠性膜2023覆盖的壁部分2063之间。受压板2022固定到挠性膜2023的内表面。孔口2028在由挠性膜2023覆盖的壁部分2063的中心部分中形成为穿透壁部分2063。在本体206中，供应室2025形成在壁部分2063的与受压板2022相对的一侧的位置处。
[0116]
受压板2022通过负压室2026中的偏压构件(弹簧)2021在受压板2022向图14的右侧移动的方向(即，负压室2026的容积增加的方向)上被偏压。能够关闭孔口2028的压力控制阀2027设置在供应室2025中。轴2024固定到压力控制阀2027，并且该轴2024的一端能够与受压板2022相接触。这些压力控制阀2027、轴2024和受压板2022配置成在头驱动期间一体地移动。压力控制阀2027通过供应室2025中的偏压构件(弹簧)2021在压力控制阀2027向图14的右侧移动的方向(即，压力控制阀2027关闭孔口2028的方向)上被偏压。
[0117]
压力控制阀2027操作以通过改变压力控制阀2027和孔口2028之间的间隙来改变流动阻力。为了停止墨的循环，压力控制阀2027与孔口2028相接触以关闭所述间隙并且流体地密封孔口2028。优选的是使用对墨具有足够的耐腐蚀性的诸如橡胶或弹性体的弹性材料作为压力控制阀2027的材料。
[0118]
在图14中，压力控制阀2027设置在孔口2028的右侧，使得在受压板2022向左移动时孔口2028和压力控制阀2027之间的间隙减小。在打印操作期间从过滤器201流入供应室2025的墨的压力在墨经过间隙时由于压力控制阀2027和孔口2028之间的间隙部分中的压降而降低，然后墨流入负压室2026。此后，通过切换阀205(参见图5)将墨从负压室2026供应到打印元件基板10。
[0119]
负压室2026中的压力p2基于以下的关系式确定，所述关系式表示施加到结构的力的平衡：
[0120]
p2＝p0-(p1sv+k1x)/sd...(表达式1)，其中
[0121]
sd是受压板的受压面积，sv是压力控制阀的受压面积，p0是大气压，p1是供应室中的压力[pa]，p2是负压室中的压力，k1是偏压构件的合成弹簧常数，并且x是弹簧位移。
[0122]
表达式1的右侧的第二项始终为正值，由此可得压力p2《压力p0，而压力p2为负压力。
[0123]
通过改变偏压构件2021的力，可以将压力p2设定为期望的控制压力。为了改变偏压构件2021的力，可以改变弹簧常数k或弹簧的自由长度。
[0124]
设压力控制阀2027和孔口2028之间的间隙部分中的流动阻力为r，并且经过孔口2028的流率为q，则可得以下的表达式：
[0125]
p2＝p1-qr...(表达式2)
[0126]
在此情况下，流动阻力r以及阀和孔口2028之间的间隙(以下称为“阀开度”)设计成具有例如图17所示的关系。也就是说，随着阀开度增加，流动阻力r减小。通过被确定为同时满足(表达式1)和(表达式2)的阀开度来确定压力p2。
[0127]
如果在打印操作期间喷射流率变化，并且流率q瞬时增加，则基于该变化的墨流率
从供应室2025供应到负压室2026。因此，收集管1002中的流动阻力减小，并且相应地供应泵1003中的载荷减小。结果，供应室2025中的压力p1减小，因此试图关闭压力控制阀2027的力p1sv减小，而压力p2根据(表达式1)瞬时增加。
[0128]
另外，根据(表达式2)可得r＝(p1-p2)/q。在此情况下，流率q和压力p2增加，压力p1减小；因此，流动阻力r减小。一旦r减小，阀开度就根据图17所示的关系增加。正如在图14中可以看到的那样，由于在阀开度增加的情况下偏压构件(弹簧)2021的长度减小，因此从自由长度的位移x增加。因此，弹簧的作用力k1x增加。因此，压力p2根据(表达式1)瞬时减小。另一方面，如果流率q减小，并且压力p1瞬时增加，则p2通过与上述相反的作用瞬时减小。通过瞬时重复这些操作，阀开度根据流率q变化，此时应同时满足(表达式1)和(表达式2)，因此负压室2026中的压力p2被自主地控制为恒定。
[0129]
在压力p1减小的情况下，r减小以使压力p2恒定，正如在(表达式2)中可见的那样。也就是说，阀开度增加。然而，正如在图17中可以看到的那样，即使在增加阀开度的情况下，也不能获得等于或低于一定值的流动阻力(≈孔口2028的流动阻力)以下的流动阻力r。因此，为了允许压力调节器202稳定地控制压力p2为恒定，等于或大于一定值的p1需要连续地施加到供应室2025。因此，供应泵1003的能力、供应管1001和过滤器201中的压降、差压阀2004中的开阀压力等需要基于打印头1中的最大喷射流率以及压力调节器202中的最小操作压力进行设计。
[0130]
在该实施例中，作为偏压构件2021的弹簧是两个联接弹簧。通过采用与该实施例类似的两个联接弹簧的配置可以获得下述优选的附带效果。
[0131]
也就是说，受压板2022和轴2024配置成在负压室2026中彼此分离。另外，即使在受压板2022和轴2024彼此分离的状态下，该配置也允许在通过负压室2026中的弹簧增加负压室2026内的内部容积的方向上将偏压力施加到受压板2022。因此，即使打印头1的流路中的气泡由于周围环境温度的变化而膨胀，也可以通过增加负压室2026的内部容积来吸收因气泡增加的内部容积的量，由此可以在负压室2026中产生预定的负压。因此，可以抑制墨从喷射口103泄漏。
[0132]
然而，只要弹簧具有能够满足所需负压值的弹力，就不会在压力调节功能上造成困难。因此，可以应用仅使用一个弹簧或者使用三个或更多弹簧的配置。
[0133]
(负压补偿阀)
[0134]
负压补偿阀204具有在连续打印具有高打印负荷的图像的情况下将在打印元件基板10的喷射口103的下游侧的供应流路105a或收集流路105b中产生的负压的增量抑制为等于或低于一定值从而保持图像质量的功能。在该实施例中，使用如图16a所示的普通的差压阀作为负压补偿阀204。负压补偿阀204在其中包括压力控制阀2041、孔口2042、以及偏压所述压力控制阀2041以使其与孔口2042相接触的偏压构件(弹簧)2043。压力控制阀2041应当在负压补偿阀204的上游侧和下游侧之间出现的差压等于或大于一定值、并且压力控制阀2041的打开方向上的压力变得大于偏压构件2043的偏压力的情况下打开。图16a示出了压力控制阀2041关闭的状态，而图16b示出了压力控制阀2041打开的状态。压力控制阀2041的开阀压力可以根据弹簧的偏压力和压力控制阀2041的受压面积设定为期望值。
[0135]
应当注意，由于差压阀的流动阻力通常会根据经过差压阀的流率的增加而变化，因此差压阀不适于将差压阀的下游侧的压力始终保持在一定范围内。在打印头1的最大喷
射流率相对较小的情况下，具有简单且小型的结构的差压阀2004适合作为负压补偿阀204。然而，对于具有相对较大的最大喷射流率的打印头1而言，有利的是使用与压力调节器202具有相同结构的差压阀作为负压补偿阀204。在此情况下，存在循环单元200的尺寸变大的风险。
[0136]
(循环单元中的墨的流动)
[0137]
在图14至图16a和16b中，在该实施例的循环单元200中产生的罐循环流(第二循环流)e和头内循环流(第一循环流)f由箭头表示。图14是沿着图9b中的线xiv-xiv截取的横截面图，图15是沿着图14中的线xv-xv截取的横截面图，并且图16a和16b是沿着图14中的线xvi-xvi截取的横截面图。为简化描述，连通口与切换室2053的连通状态在图16a和16b中以白圈和黑圈示意性地表示。也就是说，白圈相应地表示连通口由摇臂阀2051打开的状态，而黑圈相应地表示连通口由摇臂阀2051关闭的状态。
[0138]
在图14和图15中，箭头e所示的罐循环流(第一循环流)经过过滤器201，流入供应室2025，经过压力控制阀2027和偏压构件2021周围，然后从循环单元200再次回流到副罐2001。因此，即使在打印待机状态下，墨的流动也会抑制副罐2001和供应室2025之间以及供应室2025和副罐2001之间的色料的沉淀。
[0139]
与在高速打印期间发生的供应管1001和/或收集管1002中的墨振动相关联的压力变化根据压力控制阀2027的受压面积(s1)与受压板2022的受压面积(s2)的比率(s1/s2)而衰减，如上所述。在图14所示的配置中，该比率为3％以下，并且在罐循环流侧发生的负压变化在头内循环流中衰减到足够小。因此，在该实施例的打印装置1000中，可以高速地执行具有高图像质量而没有条纹和不均匀的打印。
[0140]
由图16a和16b中的箭头f指示的头内循环流通过驱动头循环泵203从泵供应口2061经由本体206中的流路流入负压室2026。然后，在受压板2022和孔口2028之间流过之后，头内循环流经由切换阀205流向循环单元200的外部。此后，如图5所示，头内循环流经过支撑构件11和打印元件基板10并再次回流到循环单元200。然后，头内循环流再次经过切换阀205并返回泵收集口2062。
[0141]
在图16a中，该配置允许头内循环流沿着负压室2026的竖直方向(z方向)从上侧(z1)向下侧(z2)流动，这是用于实现循环单元200的尺寸减小的示例。由于沉淀的色料聚集在竖直方向的下侧，因此在缩短解决沉淀问题所用的时间的情况下，优选的是采用头内循环流沿着负压室2026的竖直方向从下侧向上侧流动的配置。
[0142]
图16b示出了摇臂阀2051的操作状态，并且连通口与切换室2053的连通状态与图16a相反。通过如上所述切换连通口的连通状态，可以在打印元件基板10中产生相反方向的流动(如图6所示)，同时保持头内循环流f。
[0143]
在图16a所示的状态下，负压补偿阀204关闭，并且在虚线箭头f'指示的部分中没有墨流动。因此，该区域中存在颜料沉淀的风险。如果该部分中的颜料沉淀影响图像质量，则通过增加头循环泵203中的流率来减小泵收集口2062中的压力。因此，负压补偿阀204打开，形成从头内循环流f分支的支流f'，并且抑制色料的沉淀。
[0144]
在图16a中，由于处于打印待机状态，因此压力控制阀2027与孔口2028相接触，并且罐循环流e和头内循环流f是彼此独立的循环流。在此情况下，头内循环流f在负压状态下流动，所述负压状态开始于在负压室2026中产生的轻微负压。罐循环流e以比头内循环流的
压力更高的压力流入供应室2025。优选的是将罐循环流e的流率设定为大于头内循环流f和打印头1的最大喷射流率，以使得从循环单元200到副罐2001的流动不会停止。
[0145]
一旦开始打印，头内循环流的区域中的墨体积减少，压力控制阀2027就打开，并且产生从罐循环流e到头内循环流f的支流。在此情况下，尽管罐循环流和头内循环流之间存在压力差，但由于因孔口2028和压力控制阀2027之间的间隙造成的压降的差异，因此适合于头内循环流中的喷射的负压被稳定地保持。
[0146]
如上所述，该实施例中的打印装置1000可以高速地执行具有高图像质量的打印，并且即使对于诸如白色墨这样的容易沉淀的墨，也可以通过循环的沉淀抑制作用来显著地减少恢复操作的执行。因此，可以减少由恢复操作引起的废墨量和停机时间。
[0147]
(比较例)
[0148]
图18是示出该实施例的比较例中的喷墨打印装置1000a的打印头和墨通路的示意图。该比较例与上述第一实施例的区别在于形成了循环流路，在所述循环流路中通过供应泵1003的驱动力使墨经过打印元件基板10的内部并且在副罐2001和打印头1之间循环。也就是说，在比较例中形成了循环流路，在所述循环流路中从副罐2001通过供应管1001供应到压力调节器202的墨经过打印元件基板10并且随后经由收集管1002再次返回到副罐2001。因此，比较例具有这样的配置，其中形成了经过副罐和打印头的循环流，并且因此抑制了流路中的色料沉淀。
[0149]
然而，在比较例中，在单个循环流路中执行墨循环。为此，如果在打印操作期间由于打印头的往复扫描而使供应管1001和收集管1002中的墨振动，则会出现新问题，即由于振动而产生的墨压力变化被传递到打印元件基板10的内部。也就是说，在比较例的配置中，来自供应管1001的压力变化由压力调节器202减小，但是来自收集管1002侧的压力变化被传递到压力室106而不减小。这会导致打印头的喷射量和喷射特性变得不稳定、在打印图像上产生条纹和不均匀、并且由此降低图像质量的问题。该问题会随着打印头扫描速度的增加而变得突出。因此，在比较例中，尽管可以抑制色料的沉淀，但会产生图像质量和生产率降低的新问题。
[0150]
另一方面，根据本实施例的打印装置，可以在不降低图像质量和生产率的情况下抑制流路中的色料沉淀。
[0151]
(其他实施例)
[0152]
在以上的实施例中，以允许打印头在执行打印的同时进行往复扫描的串行式打印装置为例进行说明；然而，本发明不限于此。本发明对于所谓的整行式打印装置(其包括在与页宽对应的范围内排列多个打印元件的长打印头)也是有效的。在整行式打印装置中，打印头在打印操作中不移动；因此，不会像串行式打印装置那样由于联接液体储存单元和打印头的管的振动而产生负压变化。然而，由于抑制色料沉淀所需的循环流量会根据打印头的尺寸而增加，因此循环泵的脉动可能会增加，并且图像质量可能会下降。本发明的配置通过压力控制单元形成压力彼此分离的两个循环流；因此，如果将本发明应用于整行式打印装置，则可以抑制循环泵的脉动传递到打印头。因此，可以在抑制颜料沉淀的同时实现高速且具有高图像质量的打印。
[0153]
在以上的实施例中，描述了通过由加热元件产生的热能喷射液体的液体喷射头以及使用该液体喷射头的液体喷射装置。然而，本发明也能够适用于通过机电变换元件(压电
元件)喷射液体的液体喷射头以及使用该液体喷射头的液体喷射装置。
[0154]
尽管已经参考示例性实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。所附权利要求的范围应被赋予最宽泛的解释，以便涵盖所有这样的变型以及等同的结构和功能。

技术特征：
1.一种液体喷射装置，包括：能够储存液体的液体储存单元；液体喷射头，所述液体喷射头配置成沿着预定方向执行往复运动；以及管，所述管允许所述液体喷射头和所述液体储存单元之间的流体连通，其中所述液体喷射头包括：液体喷射单元，所述液体喷射单元包括能够喷射液体的喷射口；压力控制单元，所述压力控制单元配置成接收来自所述液体储存单元的液体，并且允许将具有控制在预定压力范围内的压力的液体供应到所述液体喷射单元；用于使液体在所述液体喷射单元和所述压力控制单元之间循环的液体流；其中所述压力控制单元包括：供应室，所述供应室接收来自所述液体储存单元的液体；负压室，所述负压室配置成与所述液体喷射单元连通；以及压力控制阀，所述压力控制阀配置成根据所述供应室和所述负压室之间的压力差控制所述供应室和所述负压室之间的连通状态。2.根据权利要求1所述的液体喷射装置，其中所述液体流不经过所述液体储存单元。3.根据权利要求1所述的液体喷射装置，其中所述液体流配置成在所述压力控制阀关闭所述供应室和所述负压室之间的连通的状态下使液体在所述液体喷射单元和所述压力控制单元之间循环。4.根据权利要求1所述的液体喷射装置，其中所述压力控制阀设置成能够相对于允许所述供应室和所述负压室之间连通的孔口前后移动，并且根据所述供应室和所述负压室之间的压力差改变所述孔口和所述压力控制阀之间的间隙。5.根据权利要求4所述的液体喷射装置，其中所述负压室包括能够根据所述负压室内部的压力移位的受压板，并且所述受压板向所述压力控制阀施加按压压力以在使所述压力控制阀与所述孔口分离的方向上按压所述压力控制阀。6.根据权利要求5所述的液体喷射装置，其中所述压力控制阀在通过偏压单元的偏压力关闭所述孔口的方向上被偏压，并且通过所述偏压力和所述受压板的按压压力的合力改变所述间隙。7.根据权利要求5所述的液体喷射装置，其中所述负压室的一部分由根据所述负压室中的压力移位的挠性构件形成，并且所述受压板与所述挠性构件一起移位。8.根据权利要求1至7中任一项所述的液体喷射装置，其中所述液体流包括允许液体在所述负压室和所述液体喷射单元之间循环的循环流路以及允许液体流动通过所述循环流路的泵。9.根据权利要求1所述的液体喷射装置，其中所述液体喷射头包括旁路流路，所述旁路流路能够使液体在不经过与所述喷射口连通的压力室的情况下进行循环。10.根据权利要求1所述的液体喷射装置，其中
所述液体喷射头配置成喷射多种颜色的墨。11.根据权利要求1所述的液体喷射装置，其中所述液体喷射头配置成喷射白色墨。12.根据权利要求8所述的液体喷射装置，其中所述泵是压电型隔膜泵。13.根据权利要求1至7中任一项所述的液体喷射装置，其中所述液体流形成经过压力室的循环流，所述压力室产生压力以从所述液体喷射单元的喷射口喷射液体。14.根据权利要求1至7中任一项所述的液体喷射装置，其中所述液体流包括负压补偿单元，所述负压补偿单元在所述液体喷射单元的下游侧的压力变得低于一定压力的情况下通过向所述液体喷射单元供应液体来补偿所述液体喷射单元中的压力。15.根据权利要求14所述的液体喷射装置，其中所述液体流使液体在打印待机状态下循环的流率大于液体在打印操作状态下循环的流率。16.根据权利要求1至7中任一项所述的液体喷射装置，其中所述液体流和所述压力控制单元一体地设置在支撑所述液体喷射单元的液体喷射头中。17.根据权利要求1所述的液体喷射装置，其中所述液体喷射单元包括用于从所述喷射口喷射液体的加热元件。18.根据权利要求8所述的液体喷射装置，其中，在所述泵中，排出口沿竖直方向设置在抽吸口上方。19.一种液体喷射头，所述液体喷射头配置成沿着预定方向执行往复运动且配置成通过管与液体储存单元连通，所述液体喷射头包括：液体喷射单元，所述液体喷射单元包括能够喷射液体的喷射口；压力控制单元，所述压力控制单元能够与液体储存单元相连，接收来自所述液体储存单元的液体，并且允许将具有控制在预定压力范围内的压力的液体供应到所述液体喷射单元；液体流，所述液体流用于使液体在所述液体喷射单元和所述压力控制单元之间循环；其中所述压力控制单元包括：供应室，所述供应室接收来自所述液体储存单元的液体；负压室，所述负压室与所述液体喷射单元连通；以及压力控制阀，所述压力控制阀根据所述供应室和所述负压室之间的压力差控制所述供应室和所述负压室之间的连通状态。

技术总结
本公开涉及一种液体喷射装置，其包括：能够储存液体的液体储存单元；包括能够喷射液体的喷射口的液体喷射单元；以及压力控制单元，所述压力控制单元接收来自液体储存单元的液体并且允许将具有控制在预定压力范围内的压力的液体供应到液体喷射单元。另外，所述液体喷射装置包括：第一循环单元，所述第一循环单元在使液体在液体喷射单元和压力控制单元之间循环的同时将具有由压力控制单元控制的压力的液体供应到喷射口；以及第二循环单元，所述第二循环单元使液体在液体储存单元和压力控制单元之间循环。本公开还涉及一种液体喷射头。头。头。


技术研发人员：山田和弘 中村阳平
受保护的技术使用者：佳能株式会社
技术研发日：2021.06.18
技术公布日：2023/7/7