專利名稱：噴嘴板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種包括用于噴墨的噴嘴孔的噴嘴板。
背景技術(shù)：
噴墨頭包括具有許多噴嘴孔的噴嘴板，并且如此構(gòu)成，從而從這許多噴嘴孔中將墨水噴射到記錄介質(zhì)上。這種噴嘴板的一個(gè)示例為噴嘴板100，其中如圖16所示一樣，通過(guò)準(zhǔn)分子激光加工或其它方法在由聚酰亞胺等制成的基板101中形成具有錐形內(nèi)表面的噴嘴孔102。
如圖17中所示一樣，在另一個(gè)噴嘴板110中，通過(guò)采用沖頭等進(jìn)行壓力加工在金屬基板111中形成噴嘴孔112。該噴嘴孔形成有一錐形孔部分112a，它與位于上游側(cè)上的墨水流動(dòng)通道鄰接，并且其形狀為截頭圓錐形；以及一柱狀孔部分112b，它從錐形孔部分112a的最小直徑端部延伸至在基板111的表面中的噴墨口113。但是，在該噴嘴孔112中，內(nèi)徑的變化率在錐形孔部分112a與柱狀孔部分112b連接的部分中非常大，由此造成從噴墨口113噴墨的性能(尤其是，墨水擊打精確度)受到負(fù)面影響。因此，曾經(jīng)提出一種在圖18中所示的噴嘴板120，其中在基板121中形成有噴嘴孔122，它具有錐形孔部分122a；一柱狀孔部分122b；以及一彎曲表面孔部分122c，它將錐形孔部分122a和柱狀孔部分122b平滑地互連在一起并且具有弧形截面形狀(例如，參見(jiàn)美國(guó)專利No.6170934(第6和7列；以及圖3A和3B))。
在通過(guò)準(zhǔn)分子激光加工、壓力加工或其它方法在基板中形成噴嘴孔的情況中，通常通過(guò)拋光等方法去除基板的表面以除去毛刺和形成在基板表面中的隆起部。
在圖16的噴嘴板100中，噴嘴孔102的內(nèi)表面形成為錐形。因此，內(nèi)徑的變化率恒定，或不急劇改變，從而從基板表面中的噴墨孔103噴射出的墨水的擊打性能令人滿意。但是，當(dāng)在基板101中形成錐形噴嘴孔102并且然后通過(guò)拋光等去除基板101的表面部分時(shí)，由于加工誤差等原因表面部分的去除量(去除厚度)可以變化。在該情況中，因?yàn)閲娮炜?02的內(nèi)表面為錐形，所以噴墨孔103的直徑大大改變。還有，為了進(jìn)行激光加工，噴嘴板100的材料局限于合成樹(shù)脂例如聚酰亞胺。這種合成樹(shù)脂具有較大的線性膨脹系數(shù)，因此出現(xiàn)這樣一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)基板在制造過(guò)程中受熱時(shí)，由熱膨脹引起位置偏移。
相反，在圖17的噴嘴板110和在美國(guó)專利No.6170934中所披露的作為噴嘴板110的改進(jìn)的噴嘴板120(參見(jiàn)圖18)中，其中在基板表面?zhèn)壬闲纬捎袃?nèi)徑?jīng)]有變化的柱狀孔部分。當(dāng)通過(guò)拋光等方法去除基板表面時(shí)，在基板表面中的噴墨口的直徑不會(huì)因此受到基板去除量的影響，從而噴墨孔的直徑不會(huì)變化。但是在圖17中的噴嘴孔中，內(nèi)徑在錐形孔部分112a與柱狀孔部分112b連接的部分中變化較大。在圖18中的噴嘴孔122中，彎曲表面孔部分122c僅僅用來(lái)將錐形孔部分122a和柱狀孔部分122b平滑地互連。因此，在位于彎曲表面孔部分122c和錐形孔部分122a之間的連接端部和位于彎曲表面孔部分122c和柱狀孔部分122b之間的連接端部上的內(nèi)徑變化率非常急劇。因此，內(nèi)徑變化很大。
具體地說(shuō)，在剛要從噴嘴噴射出墨水之前的狀態(tài)中，在比基板表面的噴墨口稍微向內(nèi)的位置中由墨水的表面張力形成一彎液面。但是，當(dāng)彎液面形成在位于彎曲表面孔部分122c和柱狀孔部分122b之間的連接端部附近時(shí)，因?yàn)閮?nèi)徑在形成彎液面的位置中變化較大，所以所形成的彎液面不穩(wěn)定，結(jié)果大大降低了從噴墨口噴射出的墨水的擊打精確度。
實(shí)用新型內(nèi)容鑒于上面的情況，本實(shí)用新型提供一種噴嘴板，它包括其內(nèi)徑適當(dāng)變化以改善墨水擊打精確度的噴嘴孔。
根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施方案，噴嘴板包括形成有噴墨口的噴嘴表面和噴嘴孔。噴嘴孔包括錐形孔部分和彎曲表面孔部分。錐形孔部分具有截頭圓錐形內(nèi)表面并且在其一個(gè)端部處具有最小的直徑。彎曲表面孔部分具有彎曲表面形內(nèi)表面，其內(nèi)徑隨著從錐形孔部分的一個(gè)端部向噴墨口靠近而逐漸減小。由于噴嘴孔的內(nèi)徑在錐形孔部分和彎曲表面孔部分中沒(méi)有急劇變化，所以可以改善從噴墨口噴射出的墨水的擊打精確度。


圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施方案的噴墨頭的透視圖。
圖2為沿著在圖1中的II-II線剖開(kāi)的剖視圖。
圖3為噴墨頭主體的平面圖。
圖4為由在圖3中的單點(diǎn)劃線包圍的區(qū)域的放大圖。
圖5為用于在圖4中所示的一個(gè)壓力腔室的噴墨頭主體70的剖視圖。
圖6為一促動(dòng)器單元的平面圖。
圖7為沖頭的頂端部分的放大圖。
圖8A-8C為示意圖，顯示出生產(chǎn)噴嘴板的步驟，其中圖8A顯示了沖頭相對(duì)于基板驅(qū)動(dòng)沒(méi)有將基板穿透的行程，圖8B顯示了在基板中形成錐形孔部分、柱狀孔部分和將錐形孔部分和柱狀孔部分相互連接的彎曲表面孔部分，圖8C顯示了使基板的表面平坦并且在基板的表面中形成噴墨口。
圖9A為噴嘴板的放大圖，顯示出噴嘴孔，而圖9B為在圖9A中的彎曲表面孔部分的放大圖。
圖10為一曲線圖，顯示出提供給促動(dòng)器單元的脈沖信號(hào)。
圖11A為顯示出在墨水為黑色的情況中對(duì)墨水擊打精確度(在該實(shí)施方案的噴嘴板中)進(jìn)行研究的結(jié)果的示意圖，而圖11B為顯示出在墨水為青色的情況中的結(jié)果的示意圖。
圖12A為顯示出在墨水為黑色的情況中對(duì)墨水擊打精確度(在傳統(tǒng)噴嘴板中)進(jìn)行研究的結(jié)果的示意圖，而圖12B為顯示出在墨水為青色的情況中的結(jié)果的示意圖。
圖13A為顯示出在對(duì)噴墨口直徑變化進(jìn)行研究的結(jié)果中θ和ΔD的關(guān)系的示意圖，圖13B為一示意圖，顯示出a和ΔD的關(guān)系，圖13C為顯示出b和ΔD的關(guān)系的示意圖，而圖13D為顯示出c和ΔD的關(guān)系的示意圖。
圖14為在一變型中沖頭的頂端部分的放大圖。
圖15為示意圖，顯示出生產(chǎn)該變型的噴嘴板的步驟，其中圖15A顯示了沖頭相對(duì)于基板的背面驅(qū)動(dòng)沒(méi)有穿透基板的行程，圖15B顯示了在基板中形成第一錐形孔部分、第二錐形孔部分以及將第一和第二錐形孔部分相互連接的彎曲表面孔部分，圖15C顯示了將其中形成有至少第二錐形孔部分的基板的表面部分去除以形成噴嘴孔。
圖16為具有錐形噴嘴孔的傳統(tǒng)噴嘴板的剖視圖。
圖17為具有由錐形孔部分和柱狀孔部分形成的噴嘴孔的傳統(tǒng)噴嘴板的剖視圖。
圖18為由錐形孔部分、柱狀孔部分和彎曲表面孔部分形成的噴嘴孔的傳統(tǒng)噴嘴板的剖視圖。
圖19顯示出一變化實(shí)施例的沖頭51的頂端部分的放大圖。
具體實(shí)施方式
下面將參照這些附圖對(duì)本實(shí)用新型的一實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明。在該實(shí)施方案中，本實(shí)用新型應(yīng)用于將墨水噴射到片材上的噴墨頭的噴嘴板上。
首先，將對(duì)噴墨頭進(jìn)行說(shuō)明。如在圖1和2所示一樣，在該實(shí)施方案中的噴墨頭1包括一噴墨頭主體70，它具有沿著將墨水噴射到片材上的主掃描方向延伸的矩形平面形狀；以及一基座71，它設(shè)置在噴墨頭主體70上方，并且其中形成有用作被提供給噴墨頭主體70的墨水的流動(dòng)通道的兩個(gè)墨水存儲(chǔ)器3。
噴墨頭主體70包括其中形成有墨水流動(dòng)通道的流動(dòng)通道單元4；和粘接到流動(dòng)通道單元4的上表面上的多個(gè)促動(dòng)器單元21。通過(guò)將多塊薄板層壓并且粘接在一起來(lái)形成流動(dòng)通道單元4和促動(dòng)器單元21。用作供電部件的柔性印刷電路(FPC)150粘接在促動(dòng)器單元21的上表面上，并且向側(cè)面引出?；?1由金屬材料例如不銹鋼制成。在基座71中的墨水存儲(chǔ)器3為中空區(qū)域，它們沿著基座71的縱向方向形成并且具有基本上為長(zhǎng)方體的形狀。
基座71的下表面73從位于開(kāi)口3b附近的周圍區(qū)域向下伸出?；?1只在下表面73的開(kāi)口3b的附近部分73a處與流動(dòng)通道單元4接觸。因此，除了下表面73的開(kāi)口3b的附近部分73a之外的基座71的區(qū)域與噴墨頭主體70分開(kāi)。這些促動(dòng)器單元21設(shè)置在這個(gè)分離區(qū)域中。
基座71粘接固定在形成于支架72的夾持部分72a的下表面中的凹槽中。支架72包括夾持部分72a和從夾持部分72a的上表面沿著與之垂直的方向延伸出并且相互間隔預(yù)定間隙的一對(duì)平面伸出部72b。粘接在這些促動(dòng)器單元21上的FPC150分別通過(guò)彈性部件83例如海綿沿著支架72的每個(gè)伸出部72b的表面延伸。驅(qū)動(dòng)器IC80設(shè)置在布置于支架72的伸出部72b的表面上的FPC150上。為了分別將從驅(qū)動(dòng)器IC80輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)送給噴墨頭主體70的促動(dòng)器單元21，通過(guò)焊接使FPC150與驅(qū)動(dòng)器IC80和噴墨頭主體70的促動(dòng)器單元21電連接。
具有基本上為長(zhǎng)方體形狀的散熱器82與驅(qū)動(dòng)器IC80的外表面緊密接觸，從而可以有效散發(fā)出由驅(qū)動(dòng)器IC80所產(chǎn)生出的熱量?；?1設(shè)置在驅(qū)動(dòng)器IC80和散熱器82上方，并且位于FPC150外面。分別通過(guò)密封件84將散熱器82的上表面和基板81以及散熱器82的下表面和FPC150粘接在一起。
圖3為在圖1中所示的噴墨頭主體70的平面圖。在圖3中，形成在基座71中的墨水儲(chǔ)存器3由虛線假想地顯示出。這兩個(gè)墨水儲(chǔ)存器3沿著噴墨頭主體70的縱向方向相互平行地延伸，并且相互間隔預(yù)定間隙。這兩個(gè)墨水儲(chǔ)存器3的每一個(gè)在一個(gè)端部處具有一開(kāi)口3a并且通過(guò)該開(kāi)口3a與墨水槽(未示出)連通，從而它總是填充有墨水。許多開(kāi)口3b按照沿著噴墨頭主體70的縱向方向布置的方式設(shè)置在每一個(gè)墨水儲(chǔ)存器3中，由此如上所述使墨水儲(chǔ)存器3與流動(dòng)通道單元4連接。這些開(kāi)口3b兩兩成對(duì)地沿著噴墨頭主體70的縱向方向并置。與其中一個(gè)墨水儲(chǔ)存器3連通的開(kāi)口對(duì)3b和與另一個(gè)墨水儲(chǔ)存器3連通的開(kāi)口對(duì)3b以交錯(cuò)的方式布置。
在平面圖中為梯形的多個(gè)促動(dòng)器單元21設(shè)置在沒(méi)有布置開(kāi)口3b的區(qū)域中。具體地說(shuō)，一對(duì)開(kāi)口3b和一個(gè)促動(dòng)器單元21沿著流動(dòng)通道單元4的橫向方向(副掃描方向)并置，從而多個(gè)促動(dòng)器單元21沿著流動(dòng)通道單元4的縱向方向(掃描方向)成交錯(cuò)的圖案布置。在每個(gè)促動(dòng)器單元21中，相對(duì)平行的側(cè)邊(上下側(cè)邊)與噴墨頭主體70的縱向方向平行。相鄰促動(dòng)器單元21的斜邊沿著噴墨頭主體70的寬度方向相互部分地重疊。
圖4為由在圖3中的單點(diǎn)劃線包圍的區(qū)域的放大圖。如圖4所示，設(shè)置在每個(gè)墨水儲(chǔ)存器3中的開(kāi)口3b與集管5連通。每個(gè)集管5的頂端部分分叉成用作共用墨水通道的子集管5a。因此，彼此分開(kāi)的總共八個(gè)子集管5a在促動(dòng)器單元21下方沿著促動(dòng)器單元21的相對(duì)平行側(cè)邊延伸。與促動(dòng)器單元21的粘接區(qū)域相對(duì)應(yīng)的流動(dòng)通道單元4的下表面為噴墨區(qū)域。許多噴嘴8和壓力腔室10以矩陣的形式布置在噴墨區(qū)域的表面中。
圖5為用于在圖4中所示的一個(gè)壓力腔室10的噴墨頭主體70的剖視圖。噴墨頭主體70具有這樣一種層疊結(jié)構(gòu)，其中層疊有十塊板構(gòu)件，即促動(dòng)器單元21、空腔板22、基板23、孔隙板24、供應(yīng)板25、集管板26、27、28、蓋板29和噴嘴板30。流動(dòng)通道單元4由除了促動(dòng)器單元21之外的九塊板構(gòu)成。從子集管5a通過(guò)孔隙12和壓力腔室10延伸至噴嘴孔8的單獨(dú)墨水流動(dòng)通道32形成在流動(dòng)通道單元4中。
如圖6所示，促動(dòng)器單元21包括四塊壓電板41至44；多個(gè)單獨(dú)電極35，它們分別設(shè)置用于壓力腔室10；以及一共用電極34，它保持在接地電位上。當(dāng)將要從噴嘴孔8噴射出墨水時(shí)，從驅(qū)動(dòng)器IC80將信號(hào)發(fā)送給單獨(dú)電極35的觸點(diǎn)部分36以在單獨(dú)電極35和共用電極34之間產(chǎn)生電勢(shì)差。然后，這些壓電板41至44變形從而朝著壓力腔室10凸起，由此降低了壓力腔室10的容量以提高在該壓力腔室10中的壓力。因此，從噴嘴孔8噴射出墨水。
作為其中形成有許多噴嘴孔8的噴嘴板30的材料，可以采用已經(jīng)廣泛采用的各種材料例如聚酰亞胺。在噴墨頭主體70沿著主掃描方向延伸以便實(shí)現(xiàn)提高該實(shí)施方案的噴墨頭1的打印速度的情況中，當(dāng)沿著主掃描方向延伸的噴嘴板30由具有大熱膨脹系數(shù)的聚酰亞胺制成時(shí)，出現(xiàn)以下可能性。也就是說(shuō)，熱膨脹由于將噴嘴板30粘接在蓋板29上所處的溫度而引起相當(dāng)大的尺寸誤差。因此，在該實(shí)施方案中，采用由其線性膨脹系數(shù)小于聚酰亞胺的金屬(例如不銹鋼如SUS403)制成的噴嘴板30。
接下來(lái)，將對(duì)生產(chǎn)噴嘴板30的方法進(jìn)行說(shuō)明。在生產(chǎn)噴嘴板30的方法中，用沖頭51(模具)沖壓金屬基板50以如后面所述一樣在基板50中形成噴嘴孔8。
如圖7所示，該沖頭51具有一錐形部分51a，它形成在底邊上并且具有截頭圓錐形形狀；一柱狀部分51b，它位于頂端側(cè)上；以及一彎曲表面部分51c，它使錐形部分51a和柱狀部分51b相互連接。在包含有沖頭51的軸線C1的截面中，彎曲表面部分51c包括一個(gè)弧形，其中在彎曲表面部分51c和錐形部分51a、柱狀部分51b之間的連接端部B、A處的切線L1、L2分別與形成錐形部分51a和柱狀部分51b的直線平行。由于彎曲表面部分51c具有弧形截面，所以可以很容易制備出該沖頭51。
如圖8A所示，沖頭51相對(duì)于基板50的背面(在壓力腔室10側(cè)上)驅(qū)動(dòng)沒(méi)有將基板50穿透的行程，由此如圖8B所示，在基板50中形成錐形孔部分8a、柱狀孔部分8b和將錐形孔部分8a和柱狀孔部分8b相互連接的彎曲表面孔部分8c。錐形孔部分8a、柱狀孔部分8b和彎曲表面孔部分8c分別與沖頭51的錐形部分51a、柱狀部分51b和彎曲表面部分51c相對(duì)應(yīng)。如圖9所示，在連接端部D處的彎曲表面孔部分8c的切線與形成柱狀孔部分8b的直線平行。因此，連接端部D不是拐點(diǎn)，從而在連接端部D附近的噴嘴孔8的內(nèi)徑變化較小。還有在連接端部E處的彎曲表面孔部分8c的切線與形成錐形孔部分8a的直線平行。因此，連接端部E也不是拐點(diǎn)，從而在彎曲表面孔部分8c和錐形孔部分8a之間的界面中的內(nèi)徑?jīng)]有急劇變化。
另外，將對(duì)彎曲表面孔部分8c的形狀的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。在包含沖頭51的軸線C1的剖面中，假設(shè)坐標(biāo)系具有穿過(guò)在彎曲表面部分51c和柱狀部分51b之間的連接端部并且與軸線C1垂直的X軸線；與軸線C1平行并且朝著錐形部分51a增加的Y軸線；以及在形成彎曲表面部分51c的弧形的中心處的原點(diǎn)。還有，假設(shè)錐形部分51a的錐角如圖7所示一樣為θ，并且在彎曲表面部分51c的端部處的兩條切線之間的交點(diǎn)的Y坐標(biāo)為L(zhǎng)。該弧線由下面的公式表示。
x2+y2=(Ltanθ2)2]]>換句話說(shuō)，如圖9A和9B所示，根據(jù)彎曲表面部分51c形成在基板50中的彎曲表面孔部分8c包括其截面包含穿過(guò)噴嘴孔8的橫斷面中心的中心線C1′的弧形曲線。在包含中心線C1′的截面中，假設(shè)坐標(biāo)系具有穿過(guò)在彎曲表面孔部分8c和柱狀孔部分8b之間的連接端部D并且與中心線C1′垂直的X軸線；與中心線C1′平行并且朝著錐形孔部分8a增加的Y軸線；以及處于弧線中心處的原點(diǎn)。還有，假設(shè)錐形孔部分8a的錐角為θ，并且在彎曲表面孔部分8c的端部處的兩條切線之間的交點(diǎn)I的Y坐標(biāo)為L(zhǎng)。該弧線由下面的公式表示。
x2+y2=(Ltanθ2)2]]>當(dāng)沖頭51抵靠著基板50的背面驅(qū)動(dòng)時(shí)，如圖8B所示一樣，不可避免地在基板50的表面上形成凸起50a。因此，如圖8C所示，例如通過(guò)采用研磨機(jī)進(jìn)行研磨將凸起50a去除，從而使基板50的表面平坦并且在基板50的表面中形成噴墨口52。在基板50中，同時(shí)去除了至少形成有柱狀孔部分8b的表面部分50b。因此，徹底地去除了整個(gè)柱狀孔部分8b，并且也去除了在彎曲表面孔部分8c和柱狀孔部分8b之間的連接端部D附近部分，由此噴嘴孔8的內(nèi)徑隨著從形成在基板50的表面(噴嘴表面)中的噴墨口52向具有弧形截面形狀的彎曲表面孔部分8c前進(jìn)而逐漸變化。因此，改善了墨水擊打精確度。在去除表面部分50b的作業(yè)中，需要去除整個(gè)柱狀孔部分8b，并且也可以與柱狀孔部分8b一起去除一部分彎曲表面孔部分8c。
將在從圖9中所示的噴嘴孔8噴射出墨水的情況中的墨水擊打精確度與在美國(guó)專利No.6170934中所披露的圖18中所示的噴嘴板的墨水擊打精確度進(jìn)行比較研究。圖10顯示出在噴射墨水時(shí)從驅(qū)動(dòng)器IC80(參見(jiàn)圖2)提供給促動(dòng)器單元21的脈沖信號(hào)。在沒(méi)有在促動(dòng)器單元21中的單獨(dú)電極35和共用電極34之間產(chǎn)生任何電勢(shì)差的狀態(tài)中，設(shè)置在壓力腔室10上方的壓電板41至44沒(méi)有變形。相反，當(dāng)在單獨(dú)電極35和共用電極34之間施加了電勢(shì)差V1時(shí)，壓電板41至44朝著壓力腔室10變形以減小壓力腔室10的容積，由此減小了壓力腔室10的容積，從而提高了在壓力腔室10中的壓力。
當(dāng)噴射墨水時(shí)，首先在壓電板41至44(參見(jiàn)圖6)變形并且壓力腔室10的容積降低的等待狀態(tài)中施加用于使壓力腔室10中的壓力降低的脈沖。也就是說(shuō)，將在單獨(dú)電極35和共用電極34之間電勢(shì)差V設(shè)定為0，由此消除了壓電板41至44的變形，并且立即加大了壓力腔室10的容積。這使得壓力腔室10再次被子集管5a中的墨水充滿。在經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間Ts(在這個(gè)研究中，Ts＝6.0μs)后，施加用于提高在壓力腔室10中的壓力的脈沖以將電勢(shì)差V設(shè)定為V1，并且將通過(guò)單獨(dú)墨水流動(dòng)通道32(參見(jiàn)圖5)傳播的壓力波充分放大以從噴嘴孔8中噴射出墨水。為了抑制壓力波在單獨(dú)墨水流動(dòng)通道32中的傳播，之后保持壓力腔室10的容積減小的狀態(tài)預(yù)定時(shí)間A。雖然在預(yù)定時(shí)間A較短時(shí)減小了從噴嘴孔8噴射出的墨滴體積，但是在將預(yù)定時(shí)間A設(shè)定在沒(méi)有減小墨滴體積的范圍中的同時(shí)進(jìn)行這項(xiàng)墨水擊打精確度的研究。之后，施加用于降低在壓力腔室10中的壓力的脈沖，并且在經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間B之后，再次施加使壓力腔室10中的壓力升高的脈沖以消除在單獨(dú)墨水流動(dòng)通道32中的壓力波。在該狀態(tài)下，將促動(dòng)器單元保持為等待狀態(tài)預(yù)定時(shí)間C。預(yù)先將進(jìn)行一次噴墨所需要的總時(shí)間T0(＝Ts+A+B+C)確定為給定的數(shù)值(在該研究中，T0＝60μs)。
從噴嘴孔8進(jìn)行的噴墨的特性取決于Ts、A、B和C的數(shù)值。Ts的最優(yōu)數(shù)值由傳播時(shí)間長(zhǎng)度(聲波長(zhǎng)度AL長(zhǎng)度)確定，這取決于單獨(dú)墨水流動(dòng)通道32的形狀和墨水的特性。相反，A、B和C的最優(yōu)數(shù)值在設(shè)計(jì)階段中確定以便獲得優(yōu)異的墨水擊打精確度。但是，許多因素如在生產(chǎn)步驟中所產(chǎn)生出的單獨(dú)墨水流動(dòng)通道32的生產(chǎn)誤差可以造成在設(shè)計(jì)階段中所確定的數(shù)值偏離最優(yōu)數(shù)值，由此降低了墨水擊打精確度。換句話說(shuō)，確保墨水擊打精確度為令人滿意的水平的A、B和C的數(shù)值范圍越寬，則墨水擊打精確度越高。在下述研究中，將溫度條件設(shè)定為室溫(大約為27至28℃)，并且所采用的墨水為黑色墨水(粘度3至5mPa·s)和青色墨水(粘度3至5mPa·s)。
因此，在該研究中，根據(jù)在A和B的數(shù)值變化時(shí)墨水擊打精確度如何變化的方式，將在圖9中所示的實(shí)施方案的噴嘴板30的墨水擊打精確度與圖18的噴嘴板的墨水擊打精確度進(jìn)行比較。圖11和12顯示出在A和B的數(shù)值在從5.0μs至12.0μs的范圍中變化時(shí)所獲得的結(jié)果。圖11A顯示出在墨水為黑色的情況中該實(shí)施方案的噴嘴板30具有優(yōu)異墨水擊打精確度的范圍。圖11B顯示出在墨水為青色的情況中的那些范圍。圖12A顯示出在墨水為黑色的情況中圖18的噴嘴板具有優(yōu)異墨水擊打精確度的范圍。圖12B顯示出在墨水為青色的情況中的那些范圍。在圖11和12中，充填部分為確定墨水擊打精確度優(yōu)異的那些部分。在通過(guò)從相同噴嘴孔8中連續(xù)噴射出墨水來(lái)打印測(cè)試圖案的結(jié)果中，通過(guò)視覺(jué)檢驗(yàn)?zāi)欠癜凑諊婌F的方式噴射或墨水擊打位置是否偏離來(lái)判斷墨水擊打精確度是否優(yōu)異。
如圖11和12所示，在采用黑色和青色墨水的兩個(gè)情況中，在圖9的實(shí)施方案的噴嘴板30中將墨水擊打性能判斷為優(yōu)異的部分的范圍明顯大于在圖18的噴嘴板中的范圍。也就是說(shuō)，對(duì)于提供給促動(dòng)器單元21的脈沖信號(hào)而言，可以設(shè)定信號(hào)脈沖寬度的范圍比在圖18的噴嘴板中的范圍寬。因此，在采用該實(shí)施方案的噴嘴板30的情況中，即使在生產(chǎn)流動(dòng)通道單元4的過(guò)程中單獨(dú)墨水流動(dòng)通道32的加工公差稍微寬松時(shí)，也可以確保優(yōu)異的墨水擊打性能。
例如，在該實(shí)施方案的噴嘴板30中采用黑色墨水的情況中，可以將提供給促動(dòng)器單元21的脈沖信號(hào)設(shè)定為具有A＝10μs和B＝8.5μs的數(shù)值，這基本上在圖11A中所示的范圍的中間處，在那里獲得優(yōu)異的墨水擊打性能。在這個(gè)設(shè)定值下，即使在獲得優(yōu)異墨水擊打特性的范圍由于所形成的流動(dòng)通道單元4的生產(chǎn)誤差而稍微變化時(shí)，也可以將脈沖信號(hào)的預(yù)設(shè)定條件設(shè)定在獲得優(yōu)異墨水擊打性能的范圍內(nèi)。因此，在流動(dòng)通道單元4的形成中，要求了沒(méi)有與在現(xiàn)有技術(shù)中所需要的那樣嚴(yán)格的加工精度，并且可以提高生產(chǎn)率。而且，即使在不僅加工精度而且還有環(huán)境條件(溫度、濕度等)稍微變化時(shí)，同樣可以確保優(yōu)異的墨水擊打精確度。
再參照?qǐng)D9，在彎曲表面孔部分8c和柱狀孔部分8b之間的連接端部D附近，噴嘴孔8的內(nèi)徑變化程度較小。當(dāng)去除形成有柱狀孔部分8b的基板50的表面部分時(shí)，在去除連接端部D附近部分的同時(shí)在基板50的表面中形成噴墨口52。即使在表面部分的去除量(去除厚度)由于在該過(guò)程中的加工誤差而變化并且也去除了一部分彎曲表面孔部分8c時(shí)，噴墨口52的直徑變化(參見(jiàn)圖8C)也非常小。
按照下面的方式對(duì)噴墨口52的直徑變化程度進(jìn)行研究。在圖9中，假設(shè)錐形孔部分8a的錐角為θ；彎曲表面孔部分8c的曲率半徑為R；a為在連接端部D和噴嘴表面的加工目標(biāo)位置F之間的距離，在該位置F中要形成噴墨口52并且設(shè)定為在彎曲表面孔部分8c相對(duì)于連接端部D的一側(cè)上；加工誤差為b；并且與加工目標(biāo)位置分開(kāi)b/2的噴嘴表面的最大變化位置為G和H。另外，還假設(shè)c為在位于彎曲表面孔部分8c的連接端部D和E處的切線的交點(diǎn)I和柱狀孔部分8b的頂端之間的距離。c的數(shù)值對(duì)應(yīng)于在其中噴嘴孔8只是大致由錐形孔部分8a和柱狀孔部分8b構(gòu)成的假設(shè)情況中的假想柱狀孔部分8b的長(zhǎng)度。假設(shè)，當(dāng)去除基板50的表面部分50b時(shí)，去除量由于加工誤差而變化，并且噴墨口52的實(shí)際位置偏離了加工目標(biāo)位置F。按照下面的方式所研究的是在其中噴墨口52形成在最靠近該表面的位置H的情況下的直徑和在其中噴墨口52形成在最靠近背面的位置G中的情況下的直徑之間的差值ΔD(＝2×Δr)。
(1)與沒(méi)有彎曲表面孔部分8c的錐形噴嘴孔8(參見(jiàn)圖16)進(jìn)行比較將上述參數(shù)設(shè)定為以下特定數(shù)值，并且將在該實(shí)施方案中的噴嘴孔8的ΔD數(shù)值與具有在圖16中所示的錐形的噴嘴孔的數(shù)值進(jìn)行比較。
在圖9的噴嘴孔8中，當(dāng)基板50的厚度為75μm、θ＝8.35°、R＝137.154μm、a＝3μm、b＝4μm并且c＝10μm時(shí)，在位置G和H之間的噴墨口52的直徑差值ΔD＝0.175μm。該數(shù)值明顯小于通過(guò)將安全系數(shù)加入到制圖公差中而獲得的許可數(shù)值(大約為1.0μm)。相反，當(dāng)在圖16中所示的傳統(tǒng)噴嘴上施加相同條件(θ＝8.35°、a＝3μm并且b＝4μm)時(shí)，ΔD＝1.173μm。也就是說(shuō)，可以看出，根據(jù)該實(shí)施方案的噴嘴孔8，與具有在圖16中所示的錐形形狀的噴嘴孔相比，噴墨口52的直徑相對(duì)于加工誤差b變化程度更加小(在上述條件下為1/6或更小)。
下面將對(duì)在下面的(2)至(5)中，在θ、a、b和c與ΔD的數(shù)值之間的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。
(2)錐角θ和ΔD之間的關(guān)系圖13A顯示出在將a、b和c的數(shù)值設(shè)定為與在(1)中的那些相同的數(shù)值處并且改變錐角θ的情況下在位置G和H之間的噴墨口的直徑差值ΔD。從圖13A中可以看出，隨著θ的數(shù)值變大，彎曲表面孔部分8c的曲率半徑R變小，因此ΔD不可避免地變大。但是，在其中θ為2至30度的范圍中，ΔD足夠小于通過(guò)將安全系數(shù)加入到制圖公差中所獲得的許可數(shù)值(大約為1.0μm)。
(3)從連接端部D到加工目標(biāo)位置F的距離a和ΔD之間的關(guān)系圖13B顯示出在其中將θ、b和c的數(shù)值設(shè)定為與在(1)中那些相同的數(shù)值并且從連接端部D到加工目標(biāo)位置F的距離a變化的情況中位置G和H之間的噴墨口52的直徑差值ΔD。從圖13B可以看出，隨著a的數(shù)值變大，噴嘴孔8的內(nèi)徑的變化率變大，因此ΔD變大。但是，在其中a為1至15μm的范圍中，ΔD足夠小于通過(guò)將安全系數(shù)加入到制圖公差中所獲得的許可數(shù)值(大約為1.0μm)。
(4)在加工誤差b和ΔD之間的關(guān)系圖13C顯示出在將θ、a和c的數(shù)值設(shè)定為與在(1)中那些相同的數(shù)值并且加工誤差b變化的情況中位置G和H之間的噴墨口52的直徑差值ΔD。從圖13C中可以看出，隨著加工誤差b變大，ΔD自然變大。但是，在其中b為0.5至6.0μm的范圍中，ΔD足夠小于通過(guò)將安全系數(shù)加入到制圖公差中而獲得的許可數(shù)值(大約為1.0μm)。
(5)在距離c和ΔD之間的關(guān)系如上所述，距離c等于假想柱狀孔部分8b的長(zhǎng)度。換句話說(shuō)，距離c與彎曲表面孔部分8c的弧線長(zhǎng)度成一對(duì)一的關(guān)系。圖13D顯示出在將θ、a和b的數(shù)值設(shè)定為與在(1)中那些相同的數(shù)值并且距離c變化的情況中位置G和H之間的噴墨口52的直徑差值ΔD。從圖13D中可以看出，在其中c為2至28μm的范圍中，ΔD明顯小于通過(guò)將安全系數(shù)加入到制圖公差中而獲得的許可數(shù)值(大約為1.0μm)。但是在其中c的數(shù)值相當(dāng)小的情況中，彎曲表面孔部分8c的弧線相應(yīng)較短，因此彎曲表面孔部分8c的內(nèi)徑變化程度相對(duì)較大。具體地說(shuō)，在其中c小于8μm的情況中，ΔD的數(shù)值急劇增大，雖然該數(shù)值小于上述許可數(shù)值。相反，在其中c較大的情況中，ΔD的數(shù)值相當(dāng)小。因此在這方面，這個(gè)情況是優(yōu)選的。但是，c的大數(shù)值意味著彎曲表面孔部分8c較長(zhǎng)。尤其是，在其中c的數(shù)值大于16μm的情況中，噴嘴孔8的內(nèi)徑變化程度相當(dāng)小。在該情況中墨水在噴嘴孔8的流動(dòng)阻力變得非常小，從而噴墨特性容易受到位于噴嘴孔8上游的單獨(dú)墨水流動(dòng)通道32(參見(jiàn)圖6)的流動(dòng)阻力的影響。也就是說(shuō)，噴墨特性可能由于單獨(dú)墨水流動(dòng)通道32的制造誤差而變化。因此，c的數(shù)值優(yōu)選在8至16μm的范圍中。
如上所述，在該實(shí)施方案的噴嘴板30中，通過(guò)甚至去除在彎曲表面孔部分8c和柱狀孔部分8b之間的連接端部D的附近部分來(lái)形成噴墨口52。在連接端部D附近，噴嘴孔8的內(nèi)徑變化程度較小。因此，即使在表面部分的去除量(去除厚度)由于加工誤差而變化時(shí)，也可以將噴墨口52的直徑變化(ΔD)抑制到較小的程度。
在上述研究中，朝著連接端部D與加工目標(biāo)位置F分開(kāi)b/2的噴嘴表面的最大變化位置H設(shè)置在與連接端部D分開(kāi)的彎曲表面孔部分8c上，并且總是將一部分彎曲表面孔8c去除。但是，加工目標(biāo)位置F的設(shè)置并不限于此?；蛘?，可以如此設(shè)定加工目標(biāo)位置F，從而至少去除整個(gè)表面部分50b，也就是說(shuō)例如最大變化位置H可以與連接端部D一致。
接下來(lái)將對(duì)其中對(duì)上述實(shí)施方案進(jìn)行了各種改變的變型進(jìn)行說(shuō)明。按照與該實(shí)施方案的那些部件相同的方式構(gòu)成的部件由相同的參考標(biāo)號(hào)表示，并且其說(shuō)明通常被省略。
1]在該實(shí)施方案中，在基板50形成噴嘴孔8的過(guò)程中，沖頭51沒(méi)有穿透基板50(參見(jiàn)圖8)。或者，該沖頭51可以穿透基板50。在可選方案中，當(dāng)基板50被沖頭51穿透時(shí)，通常會(huì)在基板50的表面上形成毛刺。因此，在去除這些毛刺的同時(shí)，可以去除其中至少形成有柱狀孔部分8b的基板50的表面部分。
2]如圖14和15所示一樣，可以采用這樣一種沖頭91來(lái)在基板50中形成噴嘴孔98，該沖頭具有第一錐形部分91a，它具有截頭圓錐形形狀并且形成在底側(cè)上；第二錐形部分91b，它形成在頂端側(cè)上，按照與第一錐形部分91a相同的方式具有截頭圓錐形形狀，并且其直徑小于第一錐形部分91a；以及一彎曲表面部分91c，它將第一和第二錐形部分91a和91b相互連接。在包含沖頭91的軸線C2的剖面中，彎曲表面部分91c由這樣一個(gè)弧形形成，其中在位于彎曲表面孔部分91c和第一、第二錐形部分91a、91b之間的連接端部J、K處的切線L3、L4分別與形成第一和第二錐形部分91a和91b的直線平行。
如圖15A所示，沖頭91相對(duì)于基板50的背面驅(qū)動(dòng)沒(méi)有穿透基板50的行程，由此如圖15B所示一樣，在基板50中形成第一錐形孔部分98a、第二錐形孔部分98b以及將第一和第二錐形孔部分98a和98b相互連接的彎曲表面孔部分98c。第一錐形孔部分98a、第二錐形孔部分98b和彎曲表面孔部分98c分別與第一錐形部分91a、第二錐形部分91b和彎曲表面部分91c相對(duì)應(yīng)。
如圖15C所示，按照與該實(shí)施方案相同的方式，在將形成在基板50的表面上的凸起50a去除的同時(shí)，將其中形成有至少第二錐形孔部分98b的基板50的表面部分去除以形成噴嘴孔98。在具有噴嘴孔98的噴嘴板90中，按照與在該實(shí)施方案的噴嘴板30中相同的方式，噴嘴孔98的內(nèi)徑隨著從噴墨口92向具有弧形截面形狀的彎曲表面孔部分98c前進(jìn)而逐漸變化，并且提高了墨水擊打精確度。與該實(shí)施方案相比，處于沖頭91的頂端處的第二錐形部分91b具有一錐形形狀，因此在相對(duì)于基板50驅(qū)動(dòng)沖頭91的過(guò)程中所施加的阻力較小，從而提高了加工效率。
3]形成沖頭51的彎曲表面部分51c的曲線形狀不限于在該實(shí)施方案中的弧形形狀。圖19顯示出該變化實(shí)施例的沖頭51的頂端部分的放大圖。在圖19中，假設(shè)坐標(biāo)系具有與軸線C1平行并且朝著錐形部分51a增大的X軸線；以及穿過(guò)在彎曲表面部分51c′和柱狀部分51b之間的連接端部A并且與X軸線垂直的Y軸線。這里，形成彎曲表面部分51c′的曲線必須至少滿足這樣的條件，即該彎曲表面部分51c′與錐形部分51a和柱狀部分51b平滑地連接。具體地說(shuō)，如果在坐標(biāo)X處的沖頭51的半徑表示為Y，并且包括形成錐形部分51a的直線、形成彎曲表面部分51c′的曲線和形成柱狀部分51b的直線的線表示為Y＝F(X)，則至少要求F(X)在包含軸線C1的截面中在連接端部A和B處可以微分。另外，優(yōu)選的是，在連接端部A和B之間的F(X)(即，形成彎曲部分51c′的曲線)的微分系數(shù)在包含軸線C1的截面中具有相同的符號(hào)(正或負(fù))。X和Y的優(yōu)選關(guān)系式取決于錐角θ、柱狀部分51b的半徑等。下面將顯示出該關(guān)系式的一個(gè)示例。在包含軸線C1的截面中形成彎曲表面部分51c′的曲線可以為其中Y坐標(biāo)由X坐標(biāo)的指數(shù)函數(shù)表示。當(dāng)錐角θ＝8.34°并且柱狀部分51b的半徑為12.5μm時(shí)，Y(μm)可以由Y＝1.048X+12.5的指數(shù)函數(shù)表示。當(dāng)采用這個(gè)沖頭時(shí)，自然地獲得以下作用。這里，還假設(shè)在基板50中，坐標(biāo)系具有與中心線平行并且沿著與噴墨方向相反的方向增大的X軸線；以及穿過(guò)在彎曲表面孔部分和柱狀孔部分之間的連接端部并且與X軸線垂直的Y軸線。在根據(jù)沖頭的彎曲表面部分51c形成在基板50中的彎曲表面孔部分中，在包含中心線的截面中形成彎曲表面孔部分的曲線為其中Y由X的指數(shù)函數(shù)表示的曲線。
或者，在包含沖頭51的軸線C1的截面中構(gòu)成彎曲表面部分51c′的曲線可以為其中Y由X的n次函數(shù)表示的曲線(其中n為整數(shù))。將顯示該可選方案的優(yōu)選示例。當(dāng)錐角θ＝8.34°并且柱狀部分的半徑為12.5μm時(shí)，Y(μm)可以由Y＝0.0037X2+12.5的二次函數(shù)表示。當(dāng)采用這個(gè)沖頭時(shí)，可以獲得以下作用。在根據(jù)該沖頭51的彎曲表面部分51c′形成在基板中的彎曲表面孔部分中，在包含中心線C1的截面中形成該彎曲表面孔部分的曲線為其中Y由X的二次函數(shù)表示的曲線。
或者，在包含沖頭51的軸線C1的截面中構(gòu)成彎曲表面部分51c′的曲線可以是其中Y由X的三角函數(shù)表示的曲線。下面將顯示該可選方案的優(yōu)選示例。當(dāng)錐角θ＝8.34°并且柱狀部分的半徑為12.5μm時(shí)，Y(μm)可以由Y＝25cos{(X-180)×∏/180}+37.5的三角函數(shù)表示。當(dāng)采用這個(gè)沖頭時(shí)，可以獲得以下作用。在按照沖頭51的彎曲表面部分51c′形成在基板50中的彎曲表面孔部分中，在包含中心線的截面中形成彎曲表面孔部分的曲線為其中Y由X的三角函數(shù)表示的曲線。
權(quán)利要求1.一種噴嘴板，它包括形成有噴墨口的噴嘴表面；噴嘴孔，它包括錐形孔部分，它具有截頭圓錐形內(nèi)表面并且在其一個(gè)端部處具有最小的直徑；其特征在于，所述噴嘴孔還包括彎曲表面孔部分，它具有彎曲表面形內(nèi)表面，其內(nèi)徑隨著從錐形孔部分的一個(gè)端部向噴墨口靠近而逐漸減小。
2.如權(quán)利要求1所述的噴嘴板，其特征在于所述彎曲表面孔部分在所述一個(gè)端部處與錐形孔部分連接，并且與噴墨口連接。
3.如權(quán)利要求1所述的噴嘴板，其特征在于在包括噴嘴孔的中心軸線的截面中，彎曲表面孔部分在所述一個(gè)端部處的切線與形成錐形孔部分的直線平行。
4.如權(quán)利要求3所述的噴嘴板，其特征在于在包括噴嘴孔的中心軸線的截面中，形成彎曲表面孔部分的曲線不包括拐點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求3所述的噴嘴板，其特征在于在包括所述中心軸線的截面中，坐標(biāo)系具有x軸線，它與中心軸線平行并且朝著錐形孔部分增大；以及y軸線，它與x軸線垂直；當(dāng)形成彎曲表面孔部分的曲線的y坐標(biāo)由x的函數(shù)表示時(shí)，在所述一個(gè)端部和噴墨口之間的函數(shù)的微分系數(shù)具有相同的符號(hào)。
6.如權(quán)利要求3所述的噴嘴板，其特征在于在包括所述中心軸線的截面中，形成彎曲形狀孔部分的曲線為一弧線。
7.如權(quán)利要求6所述的噴嘴板，其特征在于在包括所述中心軸線的截面中，坐標(biāo)系具有x軸線，它同樣與所述中心軸線垂直；y軸線，它朝著錐形孔部分增大；以及原點(diǎn)，它與弧線的中心相同；并且形成該彎曲形狀孔部分的曲線由下式表示x2+y2=(Ltanθ2)2]]>其中θ表示在錐形孔部分和y軸線之間的角度；并且L表示該曲線在所述一個(gè)端部處的切線和該曲線在延伸的該曲線與X軸線之間的交點(diǎn)處的切線之間的交點(diǎn)的y坐標(biāo)。
8.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的噴嘴板，其特征在于在包括所述中心軸線的截面中，坐標(biāo)系具有x軸線，它與中心軸線平行并且朝著錐形孔部分增大；以及y軸線，它與x軸線垂直；并且在該截面中，形成彎曲表面孔部分的曲線的y坐標(biāo)由下式表示y＝x的指數(shù)函數(shù)。
9.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的噴嘴板，其特征在于在包括所述中心軸線的截面中，坐標(biāo)系具有x軸線，它與中心軸線平行并且朝著錐形孔部分增大；以及y軸線，它與x軸線垂直；并且在該截面中，形成彎曲表面孔部分的曲線由下式表示y＝x的n次多項(xiàng)式。
10.如權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的噴嘴板，其特征在于在包括所述中心軸線的截面中，坐標(biāo)系具有x軸線，它與中心軸線平行并且朝著錐形孔部分增大；以及y軸線，它與x軸線垂直；并且在該截面中，形成彎曲表面孔部分的曲線的y坐標(biāo)由下式表示y＝x的三角函數(shù)。
專利摘要一種噴嘴板，它包括噴嘴表面和噴嘴孔。該噴嘴表面形成有噴墨口。噴嘴孔包括一錐形孔部分和一彎曲表面孔部分。錐形孔部分具有截頭圓錐形內(nèi)表面并且在其一個(gè)端部處具有最小直徑。彎曲表面孔部分具有彎曲表面形內(nèi)表面。彎曲表面孔部分的內(nèi)徑隨著從錐形孔部分的一個(gè)端部向噴墨口靠近而逐漸減小。
文檔編號(hào)B41J2/16GK2822966SQ200420013738
公開(kāi)日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2004年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者伊藤敦, 大川康夫 申請(qǐng)人:兄弟工業(yè)株式會(huì)社