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1、(10)申请公布号 CN 104245109 A (43)申请公布日 2014.12.24 C N 1 0 4 2 4 5 1 0 9 A (21)申请号 201380016355.3 (22)申请日 2013.02.28 2012-047870 2012.03.05 JP 2013-037013 2013.02.27 JP B01J 2/04(2006.01) G03G 9/087(2006.01) (71)申请人株式会社理光 地址日本东京都 (72)发明人法兼义浩 高桥聪 大垣杰 A.M.穆尔瓦 (74)专利代理机构北京市柳沈律师事务所 11105 代理人吴俊 (54) 发明名称 微粒产生。
2、方法与设备 (57) 摘要 一种微粒产生方法，包括：从两个或更多排出 孔沿向下的垂直方向排出微粒材料液体，从而形 成液滴，其中，在所述微粒材料液体中，待形成为 微粒的固体材料溶解并分散在溶剂中或处于熔化 状态；以及，固化排出的液滴，以形成微粒，其中， 在排出微粒材料液体时，以相对于向下的垂直方 向大于0但小于或等于90的角度提供气流； 以及，其中，从在气流的流动方向上位于气流的上 游侧的排出孔排出的液滴的初始排出速度等于或 高于从在气流的流动方向上位于气流的下游侧的 排出孔排出的液滴的初始排出速度。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.09.24 (86)PCT。
3、国际申请的申请数据 PCT/JP2013/056221 2013.02.28 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/133350 EN 2013.09.12 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书22页 附图14页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书22页 附图14页 (10)申请公布号 CN 104245109 A CN 104245109 A 1/2页 2 1.一种微粒产生方法，包括： 从两个或更多排出孔沿向下的垂直方向排出微粒材料液体，从而形成液滴，其中，在所 述微粒材料液体中，待形成为微粒的固体材料溶解并分散在溶剂中或处。
4、于熔化状态；和 固化排出的液滴，以形成微粒， 其中，在排出微粒材料液体时，以相对于向下的垂直方向大于0但小于或等于90 的角度提供气流；以及 其中，从在气流的流动方向上位于气流的上游侧的排出孔排出的液滴的初始排出速度 等于或高于从在气流的流动方向上位于气流的下游侧的排出孔排出的液滴的初始排出速 度。 2.如权利要求1所述的微粒产生方法， 其中，在两个或更多排出孔之中的相邻排出孔对的至少一对中，从在气流流动方向 上位于气流的下游侧的排出孔排出的液滴具有初始排出速度V 1 ，从在气流流动方向上位 于气流的上游侧的排出孔排出的液滴具有初始排出速度V 2 ，初始排出速度V 1 等于或小于 0.9V 2。
5、 。 3.如权利要求2所述的微粒产生方法， 其中，相邻排出孔对的所述至少一对是在气流流动方向上位于气流的最上游侧的排出 孔和与该排出孔相邻的排出孔所构成的排出孔对。 4.如权利要求1所述的微粒产生方法， 其中，在两个或更多排出孔之中的每个相邻排出孔对中，从在气流流动方向上位于气 流的下游侧的排出孔排出的液滴具有初始排出速度V 1 ，从在气流流动方向上位于气流的上 游侧的排出孔排出的液滴具有初始排出速度V 2 ，初始排出速度V 1 等于或小于0.9V 2 。 5.如权利要求1至4中任一项所述的微粒产生方法， 其中，在气流流动方向上位于气流的下游侧的排出孔具有口径D 1 ，在气流流动方向上 位于气。
6、流的上游侧的排出孔具有口径D 2 ，其中，口径D 1 等于或大于1.1D 2 。 6.如权利要求1至5中任一项所述的微粒产生方法， 其中，气流以相对于向下的垂直方向成90的角度提供。 7.如权利要求1至6中任一项所述的微粒产生方法， 其中，排出微粒材料液体的操作是向包含所述两个或更多排出孔的液柱共振发生液腔 中的微粒材料液体施加振动以通过液柱共振而形成驻波，并从位于与驻波的腹点对应的区 域中的排出孔排出微粒材料液体而形成液滴。 8.如权利要求7所述的微粒产生方法， 其中，振动的频率f满足如下关系：Nc/(4L)f(N+1)c/(4Le), 其中，L代表液柱共振发生液腔的纵向长度，Le代表在用于。
7、向液柱共振发生液腔提供 微粒材料液体的供给路径的一侧的液柱共振发生液腔端部与最靠近该端部的排出孔之间 的距离，c代表声波在微粒材料液体中的速度，N是整数。 9.如权利要求1至8中任一项所述的微粒产生方法， 其中，液滴的初始排出速度低于气流的速度。 10.如权利要求1至9中任一项所述的微粒产生方法， 其中，通过改变排出孔之间的间距或排出孔的口径来调节从所述两个或更多排出孔排 权 利 要 求 书CN 104245109 A 2/2页 3 出的液滴的初始排出速度。 11.一种微粒产生设备，包括： 气流产生单元，该气流产生单元配置为产生相对于向下的垂直方向的角度大于0但 小于或等于90的气流； 气体流。
8、路，由气流产生单元产生的气流流过该气体流路；和 液滴排出单元，该液滴排出单元包含两个或更多排出孔并配置为向气体流路排出微粒 材料液体，其中，在所述微粒材料液体中，待形成为微粒的固体材料溶解或分散在溶剂中， 或者处于熔化状态， 其中，从在气流的流动方向上位于气流的上游侧的排出孔排出的液滴的初始排出速度 等于或高于从在气流的流动方向上位于气流的下游侧的排出孔排出的液滴的初始排出速 度。 权 利 要 求 书CN 104245109 A 1/22页 4 微粒产生方法与设备 技术领域 0001 本发明涉及一种微粒产生方法和一种微粒产生设备。 背景技术 0002 电子照相设备和静电记录装置等图像形成设备通。
9、过如下的过程形成图像：使用含 有色粉的显影剂对形成在光电导体上的静电潜像进行显影，从而形成色粉图像；把色粉图 像转印到纸张等记录介质上；并通过加热和加压对记录介质上的色粉图像进行定影。 0003 近年来，出现了对产生高质量图像的需求，并且为了提高图像质量而设计了色粉。 为了响应这种产生高质量图像的需求，业界进行了各种尝试，试图减小色粉微粒的直径，并 再现具有高保真度的潜像。 0004 一种用于产生具有很小粒径的微粒(例如色粉微粒)的广泛采用的方法是聚合 法，其中，微粒在水基介质中形成。通过聚合法获得的色粉微粒通常具有以下特性：它们的 粒径很小，粒径分布很窄；微粒的形状接近于球形。但是，聚合法的。
10、缺点是需要大量的时间、 水和能量。具体而言，需要很长的时间才能完成聚合过程，并且在固化完成后需要重复多次 地把色粉微粒从溶剂中分离，然后冲洗并干燥色粉微粒。 0005 业界开发的另一种方法是所谓的喷雾造粒法(例如，参见PTL 1至PTL4)。喷雾造 粒法是利用各种雾化器把溶解或分散在有机溶剂中的含液色粉原料形成为微粒，然后进行 干燥，以获得色粉微粒。这种喷雾造粒法不需要使用水，能够显著减少冲洗和干燥的步骤。 0006 但是，在PTL 1至PTL 3中所述的微粒产生方法中，在对色粉材料液体进行喷雾之 后和对形成的液滴进行干燥之前，在某些情况中，液滴会聚合到一起，溶剂在这种状态中干 燥，最终形成色。
11、粉微粒。因此，存在着形成的色粉微粒的粒径分布很宽的问题。 0007 采用PTL 4中说明的色粉产生方法，在连续地执行喷雾步骤时，可能会出现以下 的不利现象。具体而言，某些排出孔的排液会停止，色粉材料液体从这些排出孔流出，并使 得其它排出孔的排液停止。即，存在着色粉材料液体的排出效率和稳定性很低的问题。 0008 引用列表 0009 专利文献 0010 PTL 1:日本专利(JP-B)3786034 0011 PTL 2:JP-B3786035 0012 PTL 3:日本公开专利申请(JP-A)57-201248 0013 PTL 4:JP-A2006-293320 发明内容 0014 技术问题。
12、 0015 本发明旨在解决现有技术的上述问题，并实现以下目的。即，本发明之目的是提供 一种微粒产生方法，使用该方法能够连续、稳定地排出具有很窄的粒度分布的微粒。 0016 问题的解决方案 说 明 书CN 104245109 A 2/22页 5 0017 解决上述问题的方法如下。 0018 即，本发明的微粒产生方法包括： 0019 从两个或更多排出孔沿向下的垂直方向排出微粒材料液体，从而形成液滴，其中， 在所述微粒材料液体中，待形成为微粒的固体材料溶解并分散在溶剂中或处于熔化状态； 和 0020 固化排出的液滴，以形成微粒， 0021 其中，在排出微粒材料液体时，以相对于向下的垂直方向大于0但小。
13、于或等于 90的角度提供气流；和 0022 其中，从在气流的流动方向上位于气流的上游侧的排出孔排出的液滴的初始排出 速度等于或高于从在气流的流动方向上位于气流的下游侧的排出孔排出的液滴的初始排 出速度。 0023 本发明的有益效果 0024 本发明提供一种微粒产生方法，使用该方法能够连续、稳定地排出具有很窄的粒 度分布的微粒。该方法可解决现有技术中的上述问题。 附图说明 0025 图1是本实施方式的微粒产生方法中的液柱共振型液滴排出单元的一种示例性 构造的横截面图。 0026 图2是本实施方式的微粒产生方法中的液柱共振型液滴单元的一种示例性构造 的横截面图。 0027 图3A是排出孔的截面形状。
14、的一个例子(圆形)的横截面图。 0028 图3B是排出孔的截面形状的另一个例子(锥形)的横截面图。 0029 图3C是排出孔的截面形状的又一个例子(直形)的横截面图。 0030 图3D是排出孔的截面形状的又一个例子(圆形和锥形的组合)的横截面图。 0031 图4A是反映当液柱共振发生腔的一端为固定端并且N是1时的速度和压力变化 的驻波的说明性示意图。 0032 图4B是反映当液柱共振发生腔的两端都为固定端并且N是2时的速度和压力变 化的驻波的说明性示意图。 0033 图4C是反映当液柱共振发生腔的两端为开放端并且N是2时的速度和压力变化 的驻波的说明性示意图。 0034 图4D是反映当液柱共振。
15、发生腔的一端为固定端并且N是3时的速度和压力变化 的驻波的说明性示意图。 0035 图5A是反映当液柱共振发生腔的两端都为固定端并且N是4时的速度和压力变 化的驻波的说明性示意图。 0036 图5B是反映当液柱共振发生腔的两端为开放端并且N是4时的速度和压力变化 的驻波的说明性示意图。 0037 图5C是反映当液柱共振发生腔的一端为固定端并且N是5时的速度和压力变化 的驻波的说明性示意图。 0038 图6A是在液柱共振型液滴排出单元的液柱共振发生流路中出现液柱共振现象的 说 明 书CN 104245109 A 3/22页 6 状态的一个示意图。 0039 图6B是在液柱共振型液滴排出单元中的液。
16、柱共振发生流路中出现液柱共振现象 的状态的一个示意图。 0040 图6C是在液柱共振型液滴排出单元中的液柱共振发生流路中出现液柱共振现象 的状态的一个示意图。 0041 图6D是在液柱共振型液滴排出单元中的液柱共振发生流路中出现液柱共振现象 的状态的一个示意图。 0042 图7示出了在液柱共振型液滴排出单元中排出液滴的状态。 0043 图8是反映驱动频率与液滴排出速度之间的关系的特性曲线图。 0044 图9是说明被液滴排出单元以某个速度排出的液滴在系统中的气流的影响下改 变其轨迹的原理的示意图。 0045 图10A是被液滴排出单元排出的液滴的一个示例性轨迹的说明性示意图。 0046 图10B是。
17、被液滴排出单元排出的液滴的一个示例性轨迹的说明性示意图。 0047 图11A是被液滴排出单元排出的液滴的另一个示例性轨迹的说明性示意图。 0048 图11B是被液滴排出单元排出的液滴的另一个示例性轨迹的说明性示意图。 0049 图12是可执行本实施方式的微粒产生方法的微粒产生设备的一个例子的横截面 图。 0050 图13是本实施方式的液滴排出方法的另一个例子的说明性示意图。 0051 图14是在例1的液滴排出条件下排出的液滴的估算轨迹图。 0052 图15是在例2的液滴排出条件下排出的液滴的估算轨迹图。 0053 图16是在例3的液滴排出条件下排出的液滴的估算轨迹图。 0054 图17是在对比。
18、例1的液滴排出条件下排出的液滴的估算轨迹图。 0055 图18是在对比例2的液滴排出条件下排出的液滴的估算轨迹图。 具体实施方式 0056 (微粒产生方法和微粒产生设备) 0057 本发明的微粒产生方法包括液滴形成步骤和液滴固化步骤；并且还包括其它必要 的步骤。 0058 本发明的微粒产生设备包括气流产生单元、气体流路和液滴排出单元；并且，如果 必要，还包括其它单元。 0059 气流产生单元是配置为产生相对于向下的垂直方向的角度大于0但小于或等于 90的气流的装置。 0060 气体流路是气流产生单元产生的气流所流过的气体流路。 0061 液滴排出单元是包含两个或更多排出孔并配置为向气体流路排出。
19、微粒材料液体 的装置，其中，在所述微粒材料液体中，待形成为微粒的固体材料溶解或分散在溶剂中，或 者处于熔化状态。 0062 在微粒产生设备中，从在气流的流动方向上位于气流的上游侧的排出孔排出的液 滴的初始排出速度等于或高于从在气流的流动方向上位于气流的下游侧的排出孔排出的 液滴的初始排出速度。 说 明 书CN 104245109 A 4/22页 7 0063 0064 对于液滴形成步骤没有特别的限制，可以根据预定目的适当选择，只要它是从两 个或更多排出孔沿向下的垂直方向排出微粒材料液体而形成液滴的步骤，其中，在所述微 粒材料液体中，待形成为微粒的固体材料溶解或分散在溶剂中，或者处于熔化状态。 。
20、0065 在液滴形成步骤中，以相对于向下的垂直方向大于0但小于或等于90的角度 提供气流。气流优选以相对于向下的垂直方向成90的角度提供。 0066 从在气流的流动方向上位于气流的上游侧的排出孔排出的液滴的初始排出速度 等于或高于从在气流的流动方向上位于气流的下游侧的排出孔排出的液滴的初始排出速 度。 0067 优选地，在两个或更多排出孔之中的相邻排出孔对的至少一对中，从在气流流动 方向上位于气流的下游侧的排出孔排出的液滴具有初始排出速度V 1 ，从在气流流动方向上 位于气流的上游侧的排出孔排出的液滴具有初始排出速度V 2 ，初始排出速度V 1 等于或小于 0.9V 2 。 0068 相邻排出。
21、孔对的所述至少一对优选是在气流流动方向上位于气流的最上游侧的 排出孔和与该排出孔相邻的排出孔所构成的排出孔对。 0069 优选地，在两个或更多排出孔之中的每个相邻排出孔对中，从在气流流动方向 上位于气流的下游侧的排出孔排出的液滴具有初始排出速度V 1 ，从在气流流动方向上位 于气流的上游侧的排出孔排出的液滴具有初始排出速度V 2 ，初始排出速度V 1 等于或小于 0.9V 2 。 0070 在气流流动方向上位于气流的下游侧的排出孔具有口径D 1 ，在气流流动方向上位 于气流的上游侧的排出孔具有口径D 2 ，其中，口径D 1 等于或大于1.1D 2 。 0071 液滴形成步骤优选是这样的步骤：向。
22、包含所述两个或更多排出孔的液柱共振发生 液腔中的微粒材料液体施加振动以通过液柱共振而形成驻波，并从位于与驻波的腹点对应 的区域中的排出孔排出微粒材料液体而形成液滴。 0072 振动频率f优选满足以下关系：Nc/(4L)f(N+1)c/(4Le)。 0073 在上述公式中，L代表液柱共振发生液腔的纵向长度，Le代表在用于向液柱共振 发生液腔提供微粒材料液体的供给路径的一侧的液柱共振发生液腔端部与最靠近该端部 的排出孔之间的距离，c代表声波在微粒材料液体中的速度，N是整数。 0074 液滴的初始排出速度优选低于气流的速度。 0075 优选通过改变排出孔的间距或排出孔的口径来调节从所述两个或更多排出。
23、孔排 出的液滴的初始速度。 0076 0077 对液滴固化步骤没有特别的限制，可以根据预定目的适当选择，只要它是对排出 的液滴进行固化从而形成微粒的步骤。 0078 下面将参照附图详细说明本发明的微粒产生方法。 0079 液滴排出单元 0080 对可在本实施方式中使用的液滴排出单元没有特别的限制，可以采用已知的装 置。可用的液滴排出单元的具体例子有：流体喷嘴；膜振动型液滴排出单元；瑞利裂变型 液滴排出单元；液体振动型液滴排出单元；以及液柱共振型液滴排出单元。膜振动型液滴 说 明 书CN 104245109 A 5/22页 8 排出单元例如可为JP-A2008-292976中所述的装置。瑞利裂变。
24、型液滴排出单元例如可为 JP-B4647506中所述的装置；液体振动型液滴排出单元例如可为JP-A2010-102195中所述 的装置。 0081 在上述的液滴排出单元之中，优选采用液柱共振型液滴排出单元。液柱共振型液 滴排出单元是这样的装置：配置为向包括多个排出孔的液柱共振发生液腔中的液体施加 振动以通过液柱共振而形成驻波，并从形成在与驻波的腹点对应的区域中的排出孔排出液 体。优选采用液柱共振型液滴排出单元，因为这种装置所形成的液滴的粒径分布很窄，并且 微粒的生产率较高。 0082 液柱共振型液滴排出单元 0083 下面将说明液柱共振型液滴排出单元。应说明的是，由下述的液滴排出单元排出 的液。
25、体例如可为待形成为微粒的材料溶解和/或分散在溶剂中而形成的液体(以下该液体 可称为含微粒材料液体)或微粒材料在排出条件下熔化而形成的液体(以下该液体可称为 微粒材料熔化液体)。 0084 在此，出于示例性目的，将说明产生色粉微粒的情况。因此，含微粒材料液体和微 粒材料熔化液体都称为色粉材料液体。但本发明不局限于这些。 0085 图1是本实施方式的微粒产生方法中的液柱共振型液滴排出单元的一种示例性 构造的横截面图。图2是本实施方式的微粒产生方法中的液柱共振型液滴形成单元的一种 示例性构造的横截面图。注意，在图2中从右至左水平延伸的箭头表示液体从循环泵15流 向原料容器13的方向。 0086 液柱。
26、共振型液滴排出单元11(液滴排出头)具有公共液体供给路径17和液柱共 振发生液腔18。液柱共振发生液腔18与在液柱共振发生液腔18的一个壁面上纵向设置的 公共液体供给路径17相通。而且，液柱共振发生液腔18在其一个壁面上具有横向的排出 孔19，色粉液滴21从这些排出孔排出。 0087 另外，液柱共振发生液腔18具有布置在面向排出孔19的壁面上的振动发生单元 20，并配置为产生高频振动，以形成液柱共振驻波。应说明的是，高频电源与振动发生单元 20连接。 0088 液体供给流路从公共液体供给路径17与每个液柱共振发生液腔相通，公共液体 供给路径17与多个液柱共振发生液腔18相通。 0089 液体循。
27、环泵使色粉材料液体14流入液柱共振型液滴排出单元10的公共液体供给 路径17中。色粉材料液体14输送至液柱共振发生液腔18。由振动发生单元20产生的液 柱共振驻波在液柱共振发生液腔18中形成压力分布。色粉液滴21从位于与驻波的腹点对 应的区域中的排出孔19排出，在该区域中，液柱共振驻波的波幅和压力变化较大。 0090 排出孔19布置在与液柱共振驻波的腹点对应的区域中，色粉液滴21在该区域中 排出。在此，与驻波的腹点对应的区域是液柱共振驻波的压力波幅较大、并且能获得足以排 出液滴的压力变化的区域。换言之，与驻波的腹点对应的区域指除了与驻波的波节对应的 区域之外的区域。当排出孔形成在与压力驻波的腹。
28、点对应的区域中时，可从每个排出孔基 本上一致地排出液滴。另外，液滴能够高效地排出，从而减少排出孔的堵塞，而这正是所希 望的。布置排出孔的更优选区域是从压力驻波波幅变为最大的位置至压力驻波波幅变为最 小的位置的1/8波长范围内的区域。 说 明 书CN 104245109 A 6/22页 9 0091 流过公共液体供给路径17的色粉材料液体14经由液体回流管返回至原料容器。 当液柱共振发生液腔18中的色粉材料液体14的量随着色粉液滴21的排出而减少时，在液 柱共振发生液腔18中的液柱共振驻波的作用下产生吸力。在该吸力的作用下，从公共液体 供给路径17提供的色粉材料液体14的数量增加，液柱共振发生液。
29、腔18获得色粉材料液体 14的补充。当色粉材料液体14补充至液柱共振发生液腔18时，流过公共液体供给路径17 的色粉材料液体14的数量返回至正常数量，色粉材料液体14重新在设备中的液体供给管 和液体回流管中循环流动。 0092 液柱共振发生液腔18优选由框架粘合而成，每个框架由具有足够高的刚度的材 料制成，在下述的振动驱动频率下，这种材料不会影响色粉材料液体的共振频率。所述材料 例如可为金属、陶瓷和硅树脂。 0093 对液柱共振发生液腔的纵向两端的壁面之间的长度L没有特别限制，可以根据预 定目的适当选择。优选根据下述的液柱共振现象原理来确定该长度。而且，对液柱共振发 生液腔的宽度W没有特别限制。
30、，可以根据预定目的适当选择。液柱共振发生液腔的宽度W 优选小于长度L的1/2，以避免给液柱共振提供不必要的频率。 0094 当L代表液柱共振发生液腔的纵向长度、Le代表公共液体供给路径17的一侧的 液柱共振发生液腔端部与最靠近该端部的排出孔19之间的距离时，对比率Le/L没有特别 的限制，可以根据预定目的适当选择。比率Le/L优选大于0.6。 0095 从生产率的角度考虑，优选在一个液柱共振型液滴排出单元中布置多个液柱共振 发生液腔。对在一个液柱共振型液滴排出单元中的液柱共振发生液腔的数目没有特别的限 制，可以根据预定目的适当选择。随着布置在一个液柱共振型液滴排出单元中的液柱共振 发生液腔的数。
31、目增加，生产率会提高，但是可操作性会降低。从达到可操作性与生产率之间 的良好平衡的角度考虑，液柱共振发生液腔的数目优选为100至2000个。而且，供给色粉 材料液体的流路从公共液体供给路径17与每个液柱共振发生液腔相通，公共液体供给路 径17与多个液柱共振发生液腔18相通。 0096 液柱共振型液滴排出单元11中的振动发生单元20优选为层压板，其中，压电元件 附接至弹性板9。弹性板优选形成为液柱共振发生液腔的围壁的一部分，以避免振动发生 单元与色粉材料液体接触。而且，每个振动发生单元20优选布置在一个液柱共振发生液腔 中，以便能独立地对其进行控制。而且，块状振动元件优选相应于液柱共振发生液腔的。
32、位置 被部分地切割，以便通过弹性板独立地控制每个液柱共振发生液腔。 0097 对压电元件没有特别的限制，可以根据预定目的适当选择。压电元件例如可为由 压电陶瓷(例如锆钛酸铅(PZT)、压电聚合物(例如聚偏氟乙烯(PVDF)和单晶体(例如 石英晶体、LiNbO3、LiTaO3和KNbO3)等材料制成的压电元件。根据预期的位移量，可以把 它们用作层压结构。 0098 对排出孔19的口径没有特别的限制，可以根据预定目的适当选择，但是优选为1 微米至40微米。当其口径小于1微米时，形成的液滴也变得相当小，可能无法形成色粉微 粒。另外，当色粉材料液体含有染色剂等固体微粒时，会经常发生排出孔堵塞，导致生产。
33、率 降低。当其口径大于40微米时，形成的色粉液滴具有较大的直径，可能需要在干燥和固化 后执行使用有机溶剂稀释色粉材料的步骤。因此，为了获得色粉微粒，可能需要大量的干燥 能耗。 说 明 书CN 104245109 A 7/22页 10 0099 如图2所示，优选在液柱共振发生液腔18中沿其宽度方向布置多个排出孔19，以 提高生产效率。 0100 图3A至3D示出了排出孔19的示例性横截面形状。 0101 图3A所示的横截面形状为圆形，口径从排出孔19与液体的接触面至排出口逐渐 变窄。在具有这种横截面形状的排出孔19的情况中，通过薄膜41的振动施加到液体的压 力在排出孔19的出口附近最大。因此，从。
34、排液稳定性的角度考虑，这是最优选的形状。 0102 图3B所示的横截面形状使得口径按某个角度从排出孔19与液体的接触面朝排出 口逐渐变窄。所属领域的技术人员能够对喷嘴角度44进行适当的修改。与图3A所示的情 况类似，采用这种喷嘴角度时，通过薄膜41的振动施加到液体的压力在排出孔19的出口附 近会增大。喷嘴角度44优选在60至90范围之内。当喷嘴角度44小于60时，很难 向液体施加压力，并且很难对薄膜41进行加工，因此这不是优选角度。当喷嘴角度44为 90(图3C)时，很难对排出孔的出口附近的液体施加压力。当喷嘴角度44为90或更大 时，无法对孔12的出口施加压力，这会使液滴排出相当不稳定。图3。
35、D所示的横截面形状是 图3A所示的形状和图3B所示的形状的组合。如图3D所示，横截面形状可按台阶式变化。 0103 排出孔19的口径可以都相同，或者，至少一个排出孔的口径不同于其它排出孔的 口径。 0104 应说明的是，当排出孔19是正圆形时，其口径为其直径。当排出孔19是椭圆形或 (正)多边形时，例如方形、六边形或八边形，其口径是其平均直径。 0105 从提高生产率的角度考虑，每个液柱共振发生液腔18的排出孔19的数目优选为 两个或更多。具体而言，其数目优选是2至100个。当每个液柱共振发生液腔18的排出孔 19的数目超过100时，施加在振动发生单元20上的电压必须设置得很高，因此振动发生单。
36、 元20的表现可能不稳定。 0106 在形成两个或更多排出孔19的情况中，排出孔之间的间距(间隔)为20微米或 更大。当排出孔之间的间距小于20微米时，从相邻排出孔排出的液滴可能彼此相撞。 0107 液柱共振型液滴排出单元的液滴形成机制 0108 下面将说明本实施方式的微粒产生方法中的液柱共振型液滴排出单元10的液滴 形成机制。 0109 首先说明在液柱共振型液滴排出单元10中的液柱共振发生液腔18中产生的液柱 共振现象的原理。当c表示色粉材料液体在液柱共振发生液腔中的声速、f表示从振动发 生单元20向作为介质的色粉材料液体施加的驱动频率、表示产生色粉材料液体的共振 波长时，c、f和满足以下公。
37、式(1)。 0110 c/f 公式(1) 0111 在图1所示的液柱共振发生液腔18中，L表示从其固定端侧的框架端部至公共液 体供给路径17侧的另一端部的长度，h1表示公共液体供给路径17侧的框架端部的高度 (h1例如可为80微米)，h2表示连通孔的高度(h2例如可为40微米)。通常，高度h1为高 度h2的两倍左右。 0112 假定公共液体供给路径17侧的端部相当于封闭状态的固定端；即，在两个端部都 被视为固定端的情况中，当长度L等于1/4波长的偶倍数时，共振的效率最高。即，长度 L由以下公式(2)表示。 说 明 书CN 104245109 A 10 8/22页 11 0113 L(N/4) 。
38、公式(2) 0114 其中，N是偶数。 0115 当液柱共振发生液腔18的两端都为自由端时(即，两端都完全敞开)以及两端都 相当于自由端时，上述公式(2)成立。 0116 类似地，当一端相当于可释放压力的自由端而另一端封闭(固定端)时，即，在只 有一端为固定端或自由端时，当长度L等于1/4波长的奇倍数时，共振的效率最高。即， 长度L由上述的公式(2)表示，其中，N是奇数。 0117 根据上述公式(1)和公式(2)，效率最高的驱动频率f按以下公式(3)计算。 0118 fNc/(4L) 公式(3) 0119 其中，f表示施加到色粉材料液体的驱动频率，L表示液柱共振发生液腔的纵向长 度，c表示色粉。
39、材料液体的声速，N是整数，当两端都为固定端时，N是偶数，当一端为固定端 时，N是奇数。 0120 在本实施方式的微粒产生方法中，优选向色粉材料液体施加具有从上述公式(3) 获得的频率f的振动。实际上，液体具有粘度，而粘度会使共振衰减，因此振动不会无限地 放大(有Q因子)。但是，如下面的公式(4)和公式(5)所示，即使当频率接近从公式(3) 获得的效率最高的驱动频率f时，也会产生共振。 0121 图4A至4D分别示出了反映速度和压力变化的驻波的形状(共振模式)，其中，N是 1、2或3。图5A至5C分别示出了反映速度和压力变化的驻波的形状(共振模式)，其中，N 是4或5。实际上，声波是压缩波(纵波。
40、)；但是，如图4A至4D和图5A至5C所示，它通常 表示为横波。在这些图中，实线是速度驻波(速度分布)，虚线是压力驻波(压力分布)。 0122 在声学中，敞开端是介质(液体)的纵向运动速度最高而压力为零的一端。同时， 固定端定义为介质的运动速度为零的一端。这种封闭端在声学上可视为硬壁，在封闭端发 生波的反射。 0123 当每端都是理想的完全封闭端或敞开端时，由于波的叠加，液柱共振产生的驻波 为图4A至4D和图5A至5C所示的形式。具体而言，从图4A可以看出，对于一端为固定端 并且N1的情况，速度分布的幅值在固定端变为零，而在敞开端变为最大。 0124 但是，驻波的模式根据排出孔的数目、排出孔的。
41、位置、以及排出孔的横截面形状而 变化。因此，实际上，共振频率出现的位置偏离从上述公式(3)获得的位置，但是，通过适当 地调节驱动频率，能够形成稳定的排出条件。注意，端部的条件由排出孔的开口状态以及液 体供给开口的状态等因素决定。而且，N为1至5时，驻波的产生效率最高。 0125 具体而言，排出孔19的数目、排出孔19的位置、以及排出孔19的横截面形状也是 决定驱动频率的因素，驱动频率可根据它们适当地确定。 0126 例如，假定液体中的声速c是1200米/秒，液柱共振发生液腔的长度L是1.85毫 米，液柱共振发生液腔的两侧都为壁面(完全相当于两端都为固定端的情况)，共振模式是 N2的模式，则从上。
42、述公式(3)可得出，效率最高的共振频率为324kHz。 0127 又例如，假定液体中的声速c是1200米/秒，液柱共振发生液腔的长度L是1.85 毫米，液柱共振发生液腔的两侧都为壁面(完全相当于两端都为固定端的情况)，共振模式 是N4的模式，则从上述公式(3)可得出，效率最高的共振频率为648kHz。即使使用具有 相同构造的液柱共振发生液腔，也可采用阶数较高的共振。 说 明 书CN 104245109 A 11 9/22页 12 0128 从提高频率的角度考虑，本实施方式中的液柱共振发生液腔的两端优选相当于固 定端，或者是由于排出孔的开口的影响因而在声学上可被视为软壁的端部。但是，两端之中 的。
43、至少一端可为自由端。注意，排出孔的开口的影响指声阻变小等影响，尤其是声顺成分变 大。优选采用图4B或5A所示的构造，其中，在液柱共振发生液腔的纵向两端形成有壁面， 因为这能够利用两端为固定端的共振模式以及一端为敞开端(排出孔被视为开口)的共振 模式。 0129 排出孔的数目、排出孔的位置、以及排出孔的横截面形状也是决定驱动频率的因 素，驱动频率可根据它们适当地确定。例如，当排出孔19的数目增加时，对液柱共振发生腔 18的固定端的限制逐渐变松。结果是，共振驻波几乎与在敞开端获得的共振驻波相同，并且 驱动频率提高。而且，当排出孔19的横截面形状为圆形并且排出孔的容积随框架的厚度而 变化时，实际的驱。
44、动频率也会发生变化。而且，即使频率接近于共振驻波产生效率最高的驱 动频率，也会产生液柱共振驻波。即，此时振动发生单元被影响为使用主要包括驱动频率f 的驱动波形振动，从而诱发液柱共振，以便从排出孔排出液滴，其中，驱动频率f在根据L和 Le长度通过以下公式(4)和(5)确定的范围内。在此，L代表液柱共振发生液腔的纵向两 端之间的长度，Le表示公共液体供给路径17侧的液柱共振发生液腔端部与最靠近该端部 的排出孔19之间的距离。 0130 Nc/(4L)fNc/(4Le) 公式(4) 0131 Nc/(4L)f(N+1)c/(4Le) 公式(5) 0132 液柱共振发生液腔的纵向两端之间的长度L与公共。
45、液体供给路径17侧的液柱共 振发生液腔端部和最靠近该端部的排出孔19之间的距离Le的比率Le/L优选大于0.6。 0133 通过这种方式，在液柱共振发生液腔中，在振动发生器产生的高频下通过液柱共 振产生驻波。而且，由于排出孔19布置在与通过液柱共振产生的驻波的腹点对应的区域中 (压力变化程度最大的区域)，因此，按照驻波波腹周期从排出孔19连续排出液滴21。 0134 下面将参照图6A至6D说明在液柱共振型液滴排出单元的液滴排出头内的液柱共 振发生腔中产生的液柱共振现象的状态。注意，在图6A至6D中，在液柱共振发生液腔中 绘出的实线指示速度分布，该速度分布是通过绘制在从液柱共振发生液腔的固定端侧。
46、至公 共液体供给路径侧的端部的每个测量位置测得的速度而获得的。并且，从公共液体供给路 径侧至液柱共振发生液腔的方向定义为+(正向)，其相反方向定义为-(负向)。另外，在 图6A至6D中，在液柱共振发生液腔中绘出的虚线指示压力分布，该压力分布是通过绘制在 从液柱共振发生液腔的固定端侧至公共液体供给路径侧的端部的每个测量位置测得的压 力而获得的。并且，相对于大气压的正压力定义为+(正压)，相对于大气压的负压力定义 为-(负压)。当压力是正压力时，压力沿图中的向下方向施加；当压力为负压力时，压力沿 图中的向上方向施加。而且，在图6A至6D中，液柱共振发生液腔在如上所述的公共液体供 给路径侧是敞开的。。
47、但是，当作为固定端的框架的高度(图1中所示的h1)优选为公共液 体供给路径17与液柱共振发生液腔18的连通孔的高度(图1中所示的h2)的两倍或更大 时，可以近似地把液柱共振发生液腔18视为具有基本固定的两端。因此，在图6A至6D中， 示出了在液柱共振发生液腔18的两端基本上为固定端的近似条件下的速度分布和压力分 布随时间的变化。 0135 图6A示出了在排出液滴之前(以及在排出液滴过程中和排出液滴之后)的压力 说 明 书CN 104245109 A 12 10/22页 13 波形和速度波形。在布置有排出孔19的区域中，液柱共振发生液腔18中的压力逐渐升高。 (在向上一次排出液滴的液柱共振发生液。
48、腔18输送液体后减小的)施加到半月板上的压力 再次升高。如图6A所示，液柱共振发生液腔18中的压力在布置有排出孔19的区域附近最 大。随后，如图6B所示，随着液滴21的排出，排出孔19附近的正压力降低，并朝负压力转 变。 0136 而且，如图6C所示，排出孔19附近的压力变为最低。从这个时刻开始，色粉材料 液体14开始向液柱共振发生液腔18补充。随后，如图6D所示，排出孔19附近的负压力变 小，并朝正压力转变。此时，色粉材料液体14的补充结束。然后，如图6A所示，液柱共振发 生液腔18中的液滴排出区内的正压力变为最大，液滴21从排出孔19排出。 0137 通过这种方式，在液柱共振发生液腔中，在振动发生器产生的高频下通过液柱共 振产生驻波。而且，由于排出孔19布置在压力变化最大的区域中(即，与通过液柱共振产 生的驻波的腹点对应的区域中)，因此按照驻波波腹周期，从排出孔19连续排出液滴21。 0138 下面将说明通过液柱共振现象排出液滴的构造的一个例子。此例是图1所示的情 况，长度L是1.85毫米，共振模式是N2，第一至第四排出孔基于共振模式N2布置在 与压力驻波的腹点对应的位置。而且，驱动频率是340kHz正弦波。 0139 图7用于说明液滴从液柱共振型液滴排出单元排出的状态的一个例子，示。