專利名稱:記錄頭、承載架和成像設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明總體上涉及記錄頭、承載架和成像設(shè)備,并且更加具體地講,涉及用于噴射諸如墨水這樣的流體的記錄頭、具有至少一個(gè)記錄頭的承載架和具有至少一個(gè)承載架的成像設(shè)備。
噴墨記錄設(shè)備可用作用于打印機(jī)、傳真設(shè)備、復(fù)印設(shè)備、繪圖儀等的成像設(shè)備。噴墨記錄設(shè)備配備有噴墨記錄頭,這種噴墨記錄頭包括墨流通道和壓力轉(zhuǎn)換裝置,該壓力轉(zhuǎn)換裝置用于通過(guò)改變墨流通道內(nèi)的壓力來(lái)對(duì)墨水施加壓力。墨流通道通常也稱作噴墨腔、壓力腔、受壓墨腔、墨腔等等。
背景技術(shù):
有一種公知的噴墨記錄頭,這種記錄頭使用電子機(jī)械轉(zhuǎn)換元件(比如壓電元件)作為用于對(duì)墨腔內(nèi)的墨水可變地施加壓力的壓力轉(zhuǎn)換裝置。利用壓力轉(zhuǎn)換裝置,構(gòu)成墨腔壁的可彈性形變振動(dòng)板在驅(qū)動(dòng)裝置的作用下發(fā)生形變,以致通過(guò)改變墨腔內(nèi)的容積和/或壓力噴出墨滴。所謂壓電型噴墨記錄頭就是這樣的噴墨記錄頭。例如,日本公開專利申請(qǐng)第8-108534號(hào)提出了這樣一種壓電型噴墨記錄頭。
下面將參照?qǐng)D1和2給出壓電型噴墨記錄頭的說(shuō)明。圖1是表示沿著受壓墨腔的縱向(即,沿著與噴嘴排列的方向垂直的方向)截取的壓電型噴墨記錄頭的截面圖。圖2是表示沿著垂直于受壓墨腔的縱向的方向(即,沿著噴嘴排列的方向)截取的壓電型噴墨記錄頭的截面圖。
圖1和2中所示的噴墨記錄頭包括相互連接在一起的墨腔基板211和噴嘴板218。受壓墨腔214與噴射墨滴的噴嘴213連通。公共墨腔219通過(guò)連通部件220向受壓墨腔214供應(yīng)墨水。壓電元件217設(shè)置在底座基板212上,位于構(gòu)成受壓墨腔214壁的一部分的振動(dòng)板216的外側(cè)。
振動(dòng)板216隨著壓電元件217發(fā)生形變而進(jìn)行彈性形變。為了將壓電元件的位移有效地轉(zhuǎn)換成受壓墨腔214的容積變化,振動(dòng)板216的剛度通常要小于其它構(gòu)成受壓墨腔214的表面的剛度。換句話說(shuō),振動(dòng)板216的柔度通常要大于構(gòu)成受壓墨腔214的其它表面的柔度。此外,公共墨腔219與墨盒(未示出)相連接,并且在墨腔基板211和底座基板212之間設(shè)置有支撐件221。
通過(guò)從驅(qū)動(dòng)電路(未示出)向壓電元件217施加電壓而使壓電元件217發(fā)生形變,以使振動(dòng)板216發(fā)生位移,從而增大或減小受壓墨腔214的容積。當(dāng)受壓墨腔214的容積增大時(shí),受壓墨腔214的內(nèi)部壓力減小,從而使墨水從公共墨腔219經(jīng)連通部件220供應(yīng)到受壓墨腔214中。
此后,驅(qū)動(dòng)壓電元件217以致增大受壓墨腔214的內(nèi)部壓力。換句話說(shuō),當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓電元件217以致減小受壓墨腔214的容積時(shí),受壓液腔214的內(nèi)部壓力增大,從而墨水以墨滴222的形式從噴嘴213中噴出。墨滴222粘著在記錄介質(zhì)(比如紙張)(未示出)上,以在該記錄介質(zhì)上記錄圖像等。
噴墨記錄頭可以使用除了壓電元件之外的其它元件作為促使墨水噴出的壓力轉(zhuǎn)換裝置,比如可以使用熱力催動(dòng)器、形狀記憶合金催動(dòng)器和靜電催動(dòng)器。通過(guò)使用將電流轉(zhuǎn)換成熱的元件,比如發(fā)熱電阻,熱力催動(dòng)器利用了由墨水的薄膜狀沸騰造成的相變。形狀記憶合金催動(dòng)器使用溫度變化造成的金屬相變。靜電催動(dòng)器使用靜電力。
當(dāng)如上所述墨滴從噴墨記錄頭中噴出時(shí),需要增加受壓墨腔的壓力。此外,所產(chǎn)生的壓力不僅造成了墨水向外噴出,而且也會(huì)施加給公共墨腔。不過(guò),當(dāng)施加給公共墨腔的壓力再次施加到受壓墨腔上時(shí),受壓墨腔的壓力會(huì)發(fā)生變化。
特別是在具有大量噴嘴的噴墨記錄頭的情況下,多通道驅(qū)動(dòng)時(shí)的壓力變化會(huì)很大,并會(huì)造成墨腔的共振(相互干擾)。如果振動(dòng)板的共振頻率與記錄頭的驅(qū)動(dòng)頻率相一致,會(huì)發(fā)生噴墨現(xiàn)象,從而降低了所記錄圖像的畫面質(zhì)量。
為了防止與共振頻率相關(guān)的問(wèn)題,需要增加公共墨腔的壓力緩沖效力。一般來(lái)說(shuō),這是通過(guò)將公共墨腔的容積設(shè)置為相對(duì)較小的值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。另一方面,日本公開專利申請(qǐng)第6-191030號(hào)提出了另一種方法,該方法在墨腔和公共墨腔之間設(shè)置了多個(gè)緩沖腔,以吸收墨腔中的壓力變化。
此外,雖然是用于不同的用途,日本公開專利申請(qǐng)第2000-158668號(hào)提出了一種在墨盒到噴墨記錄頭的供墨通道內(nèi)設(shè)置多個(gè)緩沖腔,以便吸收供墨壓力的變化的方法。換句話說(shuō),設(shè)置了緩沖腔來(lái)減小從外部向噴墨記錄頭的公共墨腔供墨時(shí)的壓力變化。
不過(guò),由于按照日本公開專利申請(qǐng)第6-191030號(hào),緩沖腔是為噴墨記錄頭的各個(gè)獨(dú)立的墨腔設(shè)置的,因此難以充分降低緩沖腔的剛度。而且,噴墨頭的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜了,從而需要復(fù)雜的生產(chǎn)工藝來(lái)生產(chǎn)噴墨記錄頭。近來(lái),發(fā)展趨勢(shì)是增加噴墨記錄頭噴嘴的數(shù)量來(lái)迎合對(duì)高度記錄的需求,但是日本公開專利申請(qǐng)第6-191030號(hào)中提出的結(jié)構(gòu)并不適于應(yīng)用于這種發(fā)展趨勢(shì)。
另一方面,日本公開專利申請(qǐng)第2000-158668中提出的噴墨記錄頭減小的是供墨中的搏動(dòng),并沒(méi)有吸收驅(qū)動(dòng)噴墨記錄頭時(shí)的公共墨腔壓力變化。此外,噴墨記錄頭的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜了,從而需要復(fù)雜的生產(chǎn)工藝來(lái)生產(chǎn)噴墨記錄頭。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總的目的是提供一種記錄頭、承載架和成像設(shè)備,其中上述問(wèn)題得到了解決。
本發(fā)明更加具體的目的是提供一種記錄頭、一種承載架和一種成像設(shè)備,通過(guò)在減小公共腔的共振的同時(shí)有效地緩沖公共腔地壓力變化,能夠?qū)崿F(xiàn)高速和高質(zhì)量的記錄。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種記錄頭,包括多個(gè)用于噴射流體的噴嘴;多個(gè)受壓腔,它們沿著預(yù)定方向排列并且各自與相應(yīng)的噴嘴之一相通;和公共腔,具有多個(gè)壁表面,并且構(gòu)成為用于向受壓腔供應(yīng)流體,公共腔的壁表面中沿著預(yù)定方向的至少一個(gè)具有壓力吸收表面,該壓力吸收表面具有低于其它壁表面的剛度,并且構(gòu)成為用于吸收壓力變化,所述壓力吸收表面是由具有非均一厚度的壓力吸收構(gòu)件構(gòu)成的。按照本發(fā)明的記錄頭,能夠在保持壓力吸收表面的剛度的同時(shí)抑制壓力吸收表面的共振頻率,以致驅(qū)動(dòng)頭的驅(qū)動(dòng)頻率與共振頻率變得不同,并且可以獲得穩(wěn)定的流體噴射特性,即使在以高速驅(qū)動(dòng)記錄頭時(shí)也是如此。由于這個(gè)原因,能夠以高速記錄高畫面質(zhì)量的圖像。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種記錄頭,包括多個(gè)用于噴射流體的噴嘴;多個(gè)受壓腔,它們沿著預(yù)定方向排列并且各自與相應(yīng)的噴嘴之一相通;公共腔,具有多個(gè)壁表面,并且構(gòu)成為用于向受壓腔供應(yīng)流體;和多個(gè)壓力轉(zhuǎn)換裝置,用于改變?cè)撌軌呵粌?nèi)的壓力,公共腔的壁表面中沿著預(yù)定方向的至少一個(gè)具有壓力吸收表面,該壓力吸收表面具有低于其它壁表面的剛度,并且構(gòu)成為用于吸收壓力變化,所述壓力吸收表面是由具有剛度不同的多個(gè)部分的壓力吸收構(gòu)件構(gòu)成的。按照本發(fā)明的記錄頭,能夠在保持壓力吸收表面的剛度的同時(shí)抑制壓力吸收表面的共振頻率,以致驅(qū)動(dòng)頭的驅(qū)動(dòng)頻率與共振頻率變得不同,并且可以獲得穩(wěn)定的流體噴射特性,即使在以高速驅(qū)動(dòng)記錄頭時(shí)也是如此。由于這個(gè)原因,能夠以高速記錄高畫面質(zhì)量的圖像。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種承載架,包括上述記錄頭之一;和流體盒,構(gòu)成為用于向記錄頭供應(yīng)流體。按照本發(fā)明的承載架,能夠以高速記錄高畫面質(zhì)量的圖像。
本發(fā)明的再另一個(gè)目的是提供一種成像設(shè)備,包括上述記錄頭之一;流體盒,構(gòu)成為用于向記錄頭供應(yīng)流體;和承載架,容納著記錄頭和流體盒,構(gòu)成為用于在垂直于預(yù)定方向的主掃描方向上移動(dòng)。按照本發(fā)明的成像設(shè)備,能夠以高速記錄高畫面質(zhì)量的圖像。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種記錄頭,包括多個(gè)用于噴射流體的噴嘴;多個(gè)受壓腔,它們沿著預(yù)定方向排列并且各自與相應(yīng)的噴嘴之一相通;公共腔,具有多個(gè)壁表面,并且構(gòu)成為用于向受壓腔供應(yīng)流體;和多個(gè)壓力轉(zhuǎn)換裝置,用于改變?cè)撌軌呵粌?nèi)的壓力,公共腔的壁表面中沿著預(yù)定方向的至少一個(gè)具有緩沖表面,該緩沖表面具有低于其它壁表面的剛度,并且構(gòu)成為用于通過(guò)振動(dòng)吸收壓力,所述緩沖表面是由壓力吸收構(gòu)件構(gòu)成的,該壓力吸收構(gòu)件局部具有沒(méi)有形成緩沖表面的區(qū)域,以致緩沖表面沿著預(yù)定方向延伸了小于公共墨腔沿著預(yù)定方向的總長(zhǎng)度的長(zhǎng)度。按照本發(fā)明的記錄頭,能夠與公共腔的形狀無(wú)關(guān)地調(diào)節(jié)壓力吸收構(gòu)件的剛度,并且控制壓力吸收構(gòu)件共振頻率。從而,可以使得壓力吸收構(gòu)件的共振頻率與記錄頭的驅(qū)動(dòng)頻率分離開來(lái),從而使得穩(wěn)定流體噴射特性和實(shí)現(xiàn)高畫面質(zhì)量成為可能,即使當(dāng)以高驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)記錄頭時(shí)也是如此。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種承載架,包括上面剛剛介紹過(guò)的記錄頭;和流體盒,構(gòu)成為用于向記錄頭供應(yīng)流體。按照本發(fā)明的承載架,能夠以高速度記錄高畫面質(zhì)量的圖像。
本發(fā)明的再另一個(gè)目的是提供一種成像設(shè)備,包括上面剛剛介紹過(guò)的記錄頭;流體盒,構(gòu)成為用于向記錄頭供應(yīng)流體;和承載架,容納著記錄頭和流體盒,構(gòu)成為用于在垂直于預(yù)定方向的主掃描方向上移動(dòng)。按照本發(fā)明的成像設(shè)備,能夠以高速度記錄高畫面質(zhì)量的圖像。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種記錄頭,包括多個(gè)用于噴射流體的噴嘴;多個(gè)受壓腔,它們沿著預(yù)定方向排列并且各自與相應(yīng)的噴嘴之一相通;和公共腔,具有多個(gè)壁表面,并且構(gòu)成為用于向受壓腔供應(yīng)流體,公共腔的至少一個(gè)壁表面具有自由振動(dòng)表面,該自由振動(dòng)表面具有較厚部分和較薄部分。按照本發(fā)明的記錄頭,能夠有效地抑制和緩沖公共腔的壓力變化,改善噴墨特性和降低記錄頭的大小和成本。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種承載架,包括上面剛剛介紹過(guò)的記錄頭;和流體盒,構(gòu)成為用于向記錄頭供應(yīng)流體。按照本發(fā)明的承載架,能夠以高速度記錄高畫面質(zhì)量的圖像。
本發(fā)明的再另一個(gè)目的是提供一種成像設(shè)備,包括上面剛剛介紹過(guò)的記錄頭;流體盒,構(gòu)成為用于向記錄頭供應(yīng)流體;和承載架,容納著記錄頭和流體盒,構(gòu)成為用于在垂直于預(yù)定方向的主掃描方向上移動(dòng)。按照本發(fā)明的成像設(shè)備,能夠以高速度記錄高畫面質(zhì)量的圖像。
在結(jié)合圖進(jìn)行閱讀時(shí),通過(guò)下面的詳細(xì)說(shuō)明,本發(fā)明的其它目的和另外的特征將會(huì)變得顯而易見(jiàn)。
圖1是表示沿著與噴嘴排列的方向垂直的方向截取的壓電型噴墨記錄頭的截面圖;圖2是表示沿著噴嘴排列的方向截取的壓電型噴墨記錄頭的截面圖;圖3是表示按照本發(fā)明的記錄頭的第一實(shí)施方式的分解立體圖;圖4是表示沿著與噴嘴排列方向垂直的方向截取的記錄頭的第一實(shí)施方式的截面圖;圖5是表示沿著噴嘴排列的方向截取的記錄頭的第一實(shí)施方式的倒截面圖;圖6是表示沿著噴嘴排列方向截取的公共墨腔的一部分的按比例放大了的截面圖;
圖7是用于解釋說(shuō)明壓力吸收構(gòu)件的平面圖;圖8是用于解釋說(shuō)明另一種壓力吸收構(gòu)件的平面圖;圖9是表示沿著噴嘴排列方向截取的第一比較例的公共墨腔的按比例放大了的截面圖;圖10是用于解釋說(shuō)明在以4kHz的驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)第一比較例時(shí)公共墨腔的壁表面的振動(dòng)模式的示意圖;圖11是用于解釋說(shuō)明以16.8kHz的驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)第二比較例時(shí)公共墨腔的壁表面的振動(dòng)模式的示意圖;圖12是用于解釋說(shuō)明第一比較例的公共墨腔的壓力變化的頻率特性的曲線圖;圖13是用于解釋說(shuō)明記錄頭的第一種實(shí)施方式的公共墨腔的壓力變化的頻率特性的曲線圖;圖14是用于解釋說(shuō)明記錄頭的第一實(shí)施方式的壓力吸收構(gòu)件的楊氏模量和公共墨腔的壓力共振特性的曲線圖;圖15是表示按照本發(fā)明的記錄頭的第一實(shí)施方式的第一修改實(shí)施方式的壓力吸收構(gòu)件的平面圖;圖16是用于解釋說(shuō)明記錄頭的第一實(shí)施方式的第一修改實(shí)施方式的公共墨腔的壓力變化的頻率特性的曲線圖;圖17是表示沿著垂直于噴嘴排列方向的方向截取的按照本發(fā)明的記錄頭的第一實(shí)施方式的第二修改實(shí)施方式的一部分的截面圖;圖18是表示按照本發(fā)明的成像設(shè)備的第一實(shí)施方式的立體圖;圖19是用于解釋說(shuō)明圖18中所示成像設(shè)備的一部分的側(cè)視圖;圖20是表示沿著垂直于噴嘴排列方向的方向截取的按照本發(fā)明的記錄頭的第二實(shí)施方式的一部分的截面圖;圖21是表示沿著噴嘴排列方向截取的記錄頭的第二實(shí)施方式的一部分的截面圖;圖22是表示記錄頭的第二實(shí)施方式的分解立體圖;圖23是表示沿著噴嘴排列的方向截取的記錄頭的第二實(shí)施方式的公共墨腔的按比例放大了的截面圖;圖24是表示沿著圖23中的直線A-A截取的記錄頭的第二實(shí)施方式的倒截面圖;
圖25是表示包括公共墨腔和供墨開口的記錄頭的第二實(shí)施方式的僅僅一部分的截面圖,用于解釋說(shuō)明壓力吸收構(gòu)件;圖26是表示包括公共墨腔和供墨開口的記錄頭的第一比較例的僅僅一部分的示意圖,用于解釋說(shuō)明壓力吸收構(gòu)件;圖27是用于解釋說(shuō)明記錄頭的第二實(shí)施方式的公共墨腔的壓力變化的頻率特性的曲線圖;圖28是表示沿著垂直于噴嘴排列方向的方向截取的記錄頭的第二實(shí)施方式的第一修改實(shí)施方式的截面圖;圖29是表示記錄頭的第二實(shí)施方式的第二修改實(shí)施方式的包括公共墨腔和供墨開口的僅僅一部分的截面圖,用于解釋說(shuō)明壓力吸收構(gòu)件;圖30是表示按照本發(fā)明的記錄頭的第三實(shí)施方式的立體圖;圖31是表示沿著圖30中的直線A-A截取的記錄頭的第三實(shí)施方式的截面圖;圖32是表示沿著圖30中的直線B-B截取的記錄頭的第三實(shí)施方式的截面圖;圖33是表示記錄頭的第三實(shí)施方式的分解立體圖;圖34是表示圖33中所示振動(dòng)板從其底表面觀察的立體圖;圖35是表示按照本發(fā)明的記錄頭的第三實(shí)施方式的第一修改實(shí)施方式的分解立體圖;圖36是表示從振動(dòng)板的底表面觀看的圖35中所示的振動(dòng)板的立體圖;圖37是表示按照本發(fā)明的記錄頭的第三實(shí)施方式的第二修改實(shí)施方式的分解立體圖;圖38是表示從振動(dòng)板的底表面觀看的圖37中所示的振動(dòng)板的立體圖;圖39是表示按照本發(fā)明的記錄頭的第三實(shí)施方式的第三修改實(shí)施方式的分解立體圖;圖40是表示從振動(dòng)板的底表面觀看的圖39中所示的振動(dòng)板的立體圖;圖41是用于解釋說(shuō)明按照本發(fā)明的成像設(shè)備的第三實(shí)施方式的一部分的側(cè)視圖;和圖42是表示圖41中所示的成像設(shè)備的一部分的平面圖。
具體實(shí)施例方式
首先,參照?qǐng)D3到5給出按照本發(fā)明的記錄頭的第一實(shí)施方式的說(shuō)明。圖3是表示記錄頭的這一第一實(shí)施方式的分解立體圖,而圖4是表示沿著受壓墨腔的縱向(即沿著與噴嘴排列方向垂直的方向)截取的噴墨頭的這一第一實(shí)施方式的截面圖。圖5是表示沿著噴嘴排列的方向(圖4中的A-A)截取的記錄頭的這一第一實(shí)施方式的倒截面圖。按照記錄頭的這種第一實(shí)施方式,將本發(fā)明應(yīng)用到了噴墨記錄頭中。
圖3到5中所示的噴墨記錄頭包括由單晶硅(Si)制成的流動(dòng)通道構(gòu)成基板(墨腔基板)1、設(shè)置在流動(dòng)通道構(gòu)成基板1的下表面上的振動(dòng)板2、設(shè)置在流動(dòng)通道構(gòu)成基板1的上表面上的噴嘴板3和框架構(gòu)件14(稍后進(jìn)行介紹)。流動(dòng)通道構(gòu)成基板1、振動(dòng)板2、噴嘴板3和框架構(gòu)件14構(gòu)成了受壓墨腔6和公共墨腔8。噴射墨滴的各個(gè)噴嘴與一個(gè)受壓墨腔6相通,該受壓墨腔6構(gòu)成了流動(dòng)通道。公共墨腔8經(jīng)供墨通道(連通部件)7向受壓墨腔6供應(yīng)墨水,連通部件7構(gòu)成了阻流部分。
在振動(dòng)板2的外表面一側(cè)上,即,在與受壓墨腔6相反的一側(cè)上,針對(duì)各個(gè)受壓墨腔6,設(shè)置了疊層壓電元件12,作為驅(qū)動(dòng)裝置。壓電元件12是固定在底座基板13上的。
在框架構(gòu)件14上形成有與流動(dòng)通道構(gòu)成基板1一起構(gòu)成公共墨腔8的凹槽部分。此外,在框架構(gòu)件14上形成有供墨開口(連通管道)9,該供墨開口9從外部向公共墨腔8供應(yīng)墨水。這個(gè)供墨開口9與諸如墨盒之類的供墨源(未示出)連通。
柔性印刷電路(FPC)線纜18通過(guò)焊接、AFC粘接或引線接合與壓電元件12相連接,用于供應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。FPC線纜18配備有驅(qū)動(dòng)電路(驅(qū)動(dòng)器IC),用于有選擇地向各個(gè)壓電元件12施加驅(qū)動(dòng)波形。
通過(guò)使用諸如氫氧化鉀(KOH)溶液之類的堿性蝕刻劑,對(duì)具有<110>晶體取向的單晶硅基板進(jìn)行各向異性蝕刻,在流動(dòng)通道構(gòu)成基板1上形成了用于構(gòu)成受壓墨腔6的通孔和用于構(gòu)成供墨通道7的凹槽。
振動(dòng)板2由通過(guò)電鑄形成的金屬板制成。與受壓液腔6之一相對(duì)應(yīng)的各個(gè)噴嘴5形成在噴嘴板3上,具有大約10到大約30的直徑。振動(dòng)板2通過(guò)粘接劑固定在流動(dòng)通道構(gòu)成基板上。與圖5中所示的噴嘴5a相對(duì)應(yīng)的受壓墨腔6可以不用于形成圖像,而是將噴嘴5a用作用于抽氣的假噴嘴,以排出氣泡,該噴嘴5a沿著公共墨腔8的縱向位于公共墨腔8的一端。此外,沿著公共墨腔8的縱向位于公共墨腔8的兩端的噴嘴5a都可以用作這樣的假噴嘴。
噴嘴板3可以由諸如不銹鋼和鎳(Ni)之類的金屬、金屬和諸如聚酰亞胺樹脂膜之類的樹脂的組合物、硅或這些材料的組合物制成。在噴嘴板3的噴嘴表面(即,墨水從其噴出的表面)上形成有斥水層,以確保噴嘴表面不沾墨水??梢圆捎霉姆椒?,比如電鍍和涂覆斥水層,在噴嘴表面上形成斥水層。密封劑20填充噴嘴板外周與框架構(gòu)件14之間的縫隙。這一密封劑20也用作粘接劑。
當(dāng)有選擇地將大約20V到大約50V的驅(qū)動(dòng)脈沖電壓施加給具有上述結(jié)構(gòu)的噴墨記錄頭的壓電元件12時(shí),施加了驅(qū)動(dòng)脈沖電壓的壓電元件12在壓電元件12的各層疊置的方向上發(fā)生位移,從而振動(dòng)板2在相應(yīng)噴嘴5的方向上發(fā)生形變。結(jié)果,相應(yīng)受壓墨腔6的容積或容量發(fā)生變化,從而對(duì)該受壓墨腔6內(nèi)的墨水施加了壓力,并且使墨滴從相應(yīng)噴嘴5中噴出,實(shí)現(xiàn)了噴墨記錄。
隨著墨水的噴出,受壓墨腔6中的墨水壓力降低,從而在墨流的慣性的作用下,在受壓墨腔6中產(chǎn)生了微小的負(fù)壓。在這種狀態(tài)下,當(dāng)停止向壓電元件12施加驅(qū)動(dòng)脈沖電壓時(shí),即,當(dāng)切斷驅(qū)動(dòng)脈沖電壓時(shí),振動(dòng)板2回復(fù)到其初始位置并且受壓墨腔6回復(fù)到其初始形狀,結(jié)果,在受壓墨腔6內(nèi)進(jìn)一步地產(chǎn)生了負(fù)壓。在這一狀態(tài)下,墨水得以經(jīng)公共墨腔8和構(gòu)成阻流部分的供墨通道7從供墨開口9供應(yīng)給受壓墨腔6。因此,在噴嘴5上的墨水彎液面的振動(dòng)受到抑制并且穩(wěn)定之后,向壓電元件12施加驅(qū)動(dòng)脈沖電壓,以噴射墨滴,從而實(shí)現(xiàn)下一次噴墨記錄。
在圖3和4中,所示的噴嘴5是面向上的。但是當(dāng)實(shí)際在諸如紙張之類的記錄介質(zhì)上噴射墨滴以實(shí)現(xiàn)噴墨記錄時(shí),在大多數(shù)情況下,墨滴是垂直向下噴射的。因此,按照本實(shí)施方式,在圖5中,在進(jìn)行圖像的噴墨記錄的時(shí)候,墨滴可以對(duì)著水平輸送的記錄介質(zhì)(比如紙張)垂直向下地噴出。
下面,將參照?qǐng)D6到8給出噴墨記錄頭的公共墨腔8的結(jié)構(gòu)的說(shuō)明。圖6是表示沿著噴嘴5排列方向截取的公共墨腔8的一部分的按比例放大了的截面圖。此外,圖7是用于解釋說(shuō)明壓力吸收構(gòu)件的平面圖,而圖8是用于解釋說(shuō)明另一種壓力吸收構(gòu)件的平面圖。
按照記錄頭的這種實(shí)施方式,公共墨腔8是由框架構(gòu)件14和剛度小于框架構(gòu)件14的壓力吸收構(gòu)件21構(gòu)成的,如圖6所示。壓力吸收構(gòu)件21構(gòu)成了壓力吸收表面21a。如果將受壓墨腔6的排列方向表示為X,則公共墨腔8沿著方向X的至少一個(gè)壁表面是由壓力吸收表面21a構(gòu)成的,該壓力吸收表面21a具有小于其它壁表面的剛度并且吸收壓力。
如圖6所示,構(gòu)成壓力吸收表面21a的壓力吸收構(gòu)件21在方向X上具有不均一的厚度。換句話說(shuō),壓力吸收構(gòu)件21的中央部分平均來(lái)說(shuō)比較厚,而壓力吸收構(gòu)件21的兩個(gè)端部分比較薄。更加具體地講,如果沿著方向X將壓力吸收表面21分成大小大致相同的3個(gè)區(qū)域,則沿著方向X,中央部分的平均厚度要大于中央部分兩側(cè)的端部分的平均厚度。這樣,沿著方向X,在壓力吸收構(gòu)件21的中央部分形成了較厚部分23,而在中央部分的兩側(cè)的壓力吸收構(gòu)件21的端部分形成了較薄部分22。當(dāng)然,也可以沿著方向X將壓力吸收表面21a分成超過(guò)3個(gè)大小大致相同的區(qū)域,并且在壓力吸收構(gòu)件21的中央部分形成較厚部分23。該較厚部分23的剛度大于較薄部分22,從而,壓力吸收構(gòu)件21是由剛度不同的多個(gè)部分構(gòu)成的。
在這種情況下,壓力吸收構(gòu)件21具有由第一層21A和第二層21B組成的疊層結(jié)構(gòu)。第一層21A構(gòu)成較薄部分22,該較薄部分22構(gòu)成振動(dòng)板2。第二層21B形成在第一層21A上,并且與第一層21A一同構(gòu)成較厚部分23。通過(guò)采用疊層結(jié)構(gòu),可以很容易地使壓力吸收構(gòu)件21的厚度不均一。而且,通過(guò)采用與振動(dòng)板2相同的層或多個(gè)層來(lái)構(gòu)成一部分疊層結(jié)構(gòu),可以在進(jìn)行形成振動(dòng)板2的處理的時(shí)候同時(shí)形成壓力吸收構(gòu)件21,從而能夠簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。
按照這種實(shí)施方式,在較薄部分22和較厚部分23的交界處形成了階梯部分,可以在圖6中看到。不過(guò),并非必須要設(shè)置階梯部分,而是壓力吸收構(gòu)件21的厚度可以在較薄部分22和較厚部分23之間連續(xù)變化,就是說(shuō),較薄部分22和較厚部分23可以通過(guò)連續(xù)傾斜的部分連接起來(lái)。也可以通過(guò)在較薄部分22和較厚部分23之間設(shè)置這樣的連續(xù)變化部分,來(lái)將壓力吸收構(gòu)件21制作成具有不均一的厚度和剛度不同的部分。壓力吸收構(gòu)件21上設(shè)置較薄部分22和較厚部分23的區(qū)域的大小沒(méi)有必要是相同的,并且這些區(qū)域的數(shù)量當(dāng)然也并不限于3個(gè)。壓力吸收構(gòu)件21中較薄部分22和較厚部分23的數(shù)量和位置可以依壓力吸收構(gòu)件21的材料、大小等而定,并且如果需要的話,可以加以優(yōu)化。
如圖7所示,沿著垂直于方向X的方向取得的(即,沿著壓力吸收構(gòu)件21的短邊取得的)較薄部分22的寬度Uy,可用設(shè)置成與較厚部分23相同。另一方面,如圖8所示,沿著垂直于方向X的方向取得的較薄部分22的寬度Uy可以設(shè)置得大于較厚部分23。在圖7和8中,Ux表示沿著方向X取得的較薄部分22的長(zhǎng)度,而Tx表示沿著方向X取得的壓力吸收構(gòu)件的總長(zhǎng)度。按照本實(shí)施方式,較薄部分22和較厚部分23具有相同的長(zhǎng)度Ux,不過(guò)如上所述,較薄部分22和較厚部分23的長(zhǎng)度可以不同。
通過(guò)將壓力吸收構(gòu)件21的厚度制作得不均一,使得公共墨腔8的結(jié)構(gòu)性振動(dòng)變得復(fù)雜了,從而使其能夠抑制低頻率下大振動(dòng)模式的產(chǎn)生。此外,能夠防止驅(qū)動(dòng)頻率和公共墨腔8的共振頻率相匹配。
而且,通過(guò)使壓力吸收構(gòu)件21具有多個(gè)剛度不同的部分,公共墨腔8的結(jié)構(gòu)性振動(dòng)變得復(fù)雜了,從而使得抑制低頻率下大振動(dòng)模式的產(chǎn)生成為可能。此外,能夠防止驅(qū)動(dòng)頻率和公共墨腔8的共振頻率相匹配。當(dāng)然,也可以通過(guò)使各部分的厚度不同和/或通過(guò)使用于各部分的材料不同,來(lái)將壓力吸收構(gòu)件21的各部分制作成具有不同的剛度。
換句話說(shuō),為了防止在墨滴噴出時(shí)從受壓墨腔6傳播到公共墨腔8的壓力振動(dòng)傳播到其它的受壓墨腔6,需要增大公共墨腔8的壓力緩沖效力。為了增大公共墨腔8的壓力緩沖效力,可以采用通過(guò)公共墨腔8的壁表面自身的振動(dòng)緩沖壓力變化的方法,或者采用在公共墨腔8的壁表面上涂覆具有低彈性的材料(比如橡膠)來(lái)通過(guò)公共墨腔8的壁表面的形變緩沖壓力變化的方法。通過(guò)公共墨腔8的壁表面自身的振動(dòng)來(lái)緩沖壓力變化的方法尤其令人滿意,是因?yàn)樯a(chǎn)容易且壓力緩沖效力相對(duì)較高。在這種情況下,生產(chǎn)容易是由于成本相對(duì)較低并且生產(chǎn)工藝相對(duì)較簡(jiǎn)單的結(jié)果。
但是當(dāng)公共墨腔8的壁表面的剛度降低到更加容易產(chǎn)生振動(dòng)時(shí),會(huì)由壁表面自身的共振產(chǎn)生公共墨腔8的壓力變化?,F(xiàn)在將參照?qǐng)D9到12介紹這種現(xiàn)象。圖9是表示沿著噴嘴排列方向截取的第一比較例的公共墨腔的按比例放大了的截面圖。圖10是用于解釋說(shuō)明在以4kHz的驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)第一比較例時(shí)公共墨腔的壁表面的振動(dòng)模式的示意圖,而圖11是用于解釋說(shuō)明以16.8kHz的驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)第二比較例時(shí)公共墨腔的壁表面的振動(dòng)模式的示意圖。此外,圖12是用于解釋說(shuō)明第一比較例的公共墨腔的壓力變化的頻率特性的曲線圖。
圖9中所示的第一比較例使公共墨腔8的一部分壁表面整個(gè)由較薄部分22構(gòu)成,從而降低了壓力吸收構(gòu)件21的剛度。在這種情況下,當(dāng)以4 kHz的驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)這個(gè)第一比較例時(shí),公共墨腔8的壁表面的振動(dòng)模式為圖10中所示的模式。此外,當(dāng)對(duì)于第二比較例沒(méi)有降低壓力吸收構(gòu)件21的剛度并且以16.8kHz的驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)這一第二比較例時(shí),公共墨腔8的壁表面的振動(dòng)模式為如圖11所示的模式。在圖10中,兩個(gè)白色的矩形帶相當(dāng)于肩并肩排列的兩個(gè)壓力吸收構(gòu)件的立體圖,而在圖10和11中,黑色帶表示壓力吸收構(gòu)件在x、y和z方向上的形變。圖10和11表示在這樣的情況下的振動(dòng)模式公共墨腔8的壁表面的面積對(duì)于第一和第二比較例而言相同,并且在第一和第二比較例之間,只有構(gòu)成壁表面的部分的厚度不同,以致各個(gè)壁表面具有不同的剛度。
從圖10和11中可以看出,與公共墨腔8具有沒(méi)有降低剛度的壁表面的第二比較例的共振頻率相比,公共墨腔8具有降低了剛度的壁表面的第一比較例的共振頻率移入到了低頻帶中。由此,隨著噴射墨滴的周期的縮短,就是說(shuō),隨著噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)頻率升高,第一比較例的公共墨腔8的壁表面的共振頻率可能會(huì)與驅(qū)動(dòng)頻率相匹配。在正常情況下,噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)頻率處于大約數(shù)kHz到大約十幾kHz的數(shù)量級(jí)。這樣,驅(qū)動(dòng)頻率的頻帶低于公共墨腔8的共振頻率,但是在公共墨腔8的壁表面的剛度降低的情況下,共振頻率減小,從而減小了的共振頻率可能會(huì)與噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)頻率相匹配。
在公共墨腔8的壁表面的共振點(diǎn)上,公共墨腔8自身的壓力在壁表面振動(dòng)的作用下發(fā)生急劇變化。這樣,當(dāng)公共墨腔8的壁表面的剛度降低到按照第一比較例中那樣構(gòu)成壓力吸收構(gòu)件21時(shí),公共墨腔8的壓力變化的頻率特性變成了如圖12所示那樣,并且壓力變化在共振頻率下表現(xiàn)出很大的值。在圖12中,縱軸表示第一比較例的公共墨腔8的壓力(kPa),而橫軸表示頻率(kHz)。
因此,按原樣設(shè)置以緩沖公共墨腔8的壓力的壓力吸收構(gòu)件21實(shí)際上可能會(huì)由于設(shè)置了該壓力吸收構(gòu)件21而增大公共墨腔8的壓力變化。為了防止壓力吸收構(gòu)件21增大公共墨腔8的壓力變化,必須要將噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)頻率設(shè)定成不與公共墨腔8的壁表面的共振頻率相匹配,從而,在這種情況下,噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)條件受到了限制。
如上所述,發(fā)展趨勢(shì)是增大噴墨記錄頭的噴嘴5的數(shù)量,以便迎合高速記錄的需求。不過(guò),隨著噴嘴5數(shù)量的增加和由此造成的獨(dú)立的受壓墨腔6的數(shù)量的增加,公共墨腔8沿著排列受壓墨腔6的方向X的長(zhǎng)度會(huì)增大。結(jié)果,壓力吸收構(gòu)件21沿著方向X的長(zhǎng)度也會(huì)增大。但是隨著壓力吸收構(gòu)件21長(zhǎng)度的增大,其剛度會(huì)隨之降低,從而公共墨腔8的壁表面的共振點(diǎn)會(huì)進(jìn)一步向低頻帶轉(zhuǎn)移。因此,為了防止噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)頻率與共振頻率相匹配,必須要對(duì)噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)條件加以設(shè)定并且會(huì)受到更加苛刻的限制。
尤其是在具有大量噴嘴和長(zhǎng)公共墨腔的線型噴墨記錄頭的情況下,會(huì)產(chǎn)生很大的壓力變化,并且造成上述的不便之處。
另一方面,按照記錄頭的這種實(shí)施方式,壓力吸收構(gòu)件21不是完全由較薄部分22構(gòu)成的,而是由較薄部分22和較厚部分23的組合方式構(gòu)成的。由于這個(gè)原因,能夠在獲得壓力緩沖效果的同時(shí)抑制公共墨腔8的壁表面的共振頻率的降低。因此,即使在以高速驅(qū)動(dòng)噴墨記錄頭的時(shí)候,也能夠獲得穩(wěn)定的墨滴噴射特性。
圖13是用于解釋說(shuō)明記錄頭的第一種實(shí)施方式的公共墨腔8的壓力變化的頻率特性的曲線圖。在圖13中,縱軸表示記錄頭的第一實(shí)施方式的公共墨腔8的壓力(kPa),而橫軸表示頻率(kHz)。圖13表示針對(duì)這樣的情況的頻率特性壓力吸收構(gòu)件21的壓力吸收表面21a沿著圖6中的方向X的兩端上的較薄部分22占?jí)毫ξ毡砻?1a總面積的35%,而較厚部分23占?jí)毫ξ毡砻?1a總面積的剩下的30%。通過(guò)對(duì)針對(duì)這一第一實(shí)施方式的圖13和針對(duì)上述的第一比較例的圖12進(jìn)行比較,容易看出,該第一實(shí)施方式的壓力吸收構(gòu)件21可以獲得更高的壓力緩沖效果,即使第一比較例的壓力吸收構(gòu)件21的剛度要小一些。
如圖6所示,記錄頭的這一第一實(shí)施方式沿方向X支撐壓力吸收構(gòu)件21的兩端。不過(guò),由于壓力吸收構(gòu)件21在受支撐端部的附近的厚度與壓力吸收構(gòu)件21的其它部分的厚度相比減小了,就是說(shuō),壓力吸收構(gòu)件21在受支撐端部附近的剛度與壓力吸收構(gòu)件21的其它部分的剛度相比減小了,因此能夠使得壓力吸收構(gòu)件21的形變量總體上很大。因此,雖然局部增大了壓力吸收構(gòu)件21的厚度,并且壓力吸收構(gòu)件21的原始功能在增大了厚度的部分上略有退化,但是壓力吸收構(gòu)件21的原始功能的退化在總體上得到了抑制??捎脤毫ξ諛?gòu)件21的原始功能的退化抑制到最小,以致該退化可以忽略不計(jì)。
此外,公共墨腔8的兩個(gè)端部在公共墨腔8中產(chǎn)生壓力共振時(shí)受到的影響最大。由于這個(gè)原因,通過(guò)將具有大的壓力吸收效果的較薄部分22設(shè)置在壓力變化量很大的端部處,能夠有效地獲得壓力緩沖效果。
而且,沿著方向X使較厚部分23處于壓力吸收構(gòu)件21的中央部分并且使較薄部分22處于較厚部分22的兩端這樣的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu),就是說(shuō),只有兩種厚度,能夠使壓力吸收構(gòu)件21容易生產(chǎn)。雖然壓力吸收構(gòu)件21具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu),但是卻能夠提高緩沖效果。
而且,具有非均一厚度的壓力吸收構(gòu)件21可以通過(guò)疊層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。就是說(shuō),可用由第一層21A和第二層21B來(lái)構(gòu)成疊層結(jié)構(gòu),其中第一層21A構(gòu)成較薄部分22,而第二層21B形成在第一層21A上并且與第一層21A一起構(gòu)成較厚部分23。這樣的疊層結(jié)構(gòu)可以通過(guò)簡(jiǎn)單的工藝形成。按照這種第一實(shí)施方式,較薄部分22是由一層(第一層21A)構(gòu)成的,而較厚部分23是由兩層(第一和第二層21A和21B)構(gòu)成的,但是構(gòu)成較薄部分22和較厚部分23中的每一個(gè)的層的數(shù)量并不僅限于此。例如,較薄部分22可以由單獨(dú)一層構(gòu)成,而較厚部分23可以由三層構(gòu)成。
如果將壓力吸收構(gòu)件21的較薄部分22的長(zhǎng)度制作得在方向X上較長(zhǎng),則能夠獲得高的壓力緩沖效果,但是由于壓力吸收表面21a的振動(dòng),就是說(shuō),壓力吸收構(gòu)件21的振動(dòng),會(huì)在較低頻率下產(chǎn)生壓力變化。另一方面,如果將壓力吸收構(gòu)件21的較薄部分22的長(zhǎng)度制作得在方向X上較短,會(huì)使壓力吸收表面21a的振動(dòng)得到改善,但是壓力緩沖效果會(huì)下降。據(jù)此,按照本實(shí)施方式,可以根據(jù)實(shí)際情況選取壓力吸收構(gòu)件21的大小和厚度、材料的彈性系數(shù)等,以獲得期望的壓力緩沖效果和壓力吸收表面21的振動(dòng)。此外,可以對(duì)壓力吸收構(gòu)件21的材料的彈性系數(shù)等進(jìn)行選擇,以使壓力緩沖效果和壓力吸收表面21a的振動(dòng)最佳。
本發(fā)明人制作出了使用不同的壓力吸收構(gòu)件21和頭結(jié)構(gòu)的記錄頭的這一第一實(shí)施方式的樣品。表1表示所制作的32種類型的噴墨記錄頭的樣品,在針對(duì)各個(gè)采樣進(jìn)行了下述評(píng)估的情況下,對(duì)它們都進(jìn)行了噴墨測(cè)試。評(píng)估A是針對(duì)評(píng)估相互干擾進(jìn)行的,即,壓力吸收構(gòu)件21是否充分地發(fā)揮了作用。評(píng)估B是針對(duì)評(píng)估頻率依從性進(jìn)行的,即,壓力吸收構(gòu)件21的共振是否影響了噴墨特性。
表1
評(píng)估A是通過(guò)是實(shí)際安裝噴墨記錄頭的各個(gè)樣品并且打印評(píng)估圖表、以判斷是否在所打印的樣品中產(chǎn)生了圖像異常來(lái)進(jìn)行的。在表1中,“○”代表通過(guò)評(píng)估A沒(méi)有檢測(cè)到圖像異常,而“×”代表通過(guò)評(píng)估A檢測(cè)到了圖像異常。另一方面,評(píng)估B是這樣進(jìn)行的由噴墨記錄頭的各個(gè)樣品自身噴射墨水,同時(shí)改變驅(qū)動(dòng)頻率,以觀察諸如噴墨速度、噴墨量和噴墨曲線(或噴墨軌跡)之類的噴墨特性。在表1中,“○”代表噴墨特性沒(méi)有表現(xiàn)出驅(qū)動(dòng)頻率依從性,而“×”代表噴墨特性表現(xiàn)出了驅(qū)動(dòng)頻率依從性。
而且,選取了下述項(xiàng)目作為可以被認(rèn)為是影響評(píng)估A和B的結(jié)構(gòu)因子。
SF1)較薄部分22的厚度Ud(m);SF2)較薄部分22沿其短邊的長(zhǎng)度Uy(m);SF3)較薄部分22沿其長(zhǎng)邊(方向X)的長(zhǎng)度Ux(m);SF4)較薄部分22的楊氏模量E(Pa)。
在下列的公式中,上述結(jié)構(gòu)因子被看作是變量,而a、b、c和d被看作是適配參數(shù)(fitting parameters)并且被最佳化,從而獲得了代表壓力吸收構(gòu)件21的性能的參數(shù)K。這個(gè)參數(shù)K的值即指表1中的K值。
K=Uda×Uyb×Uxc×Ed我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)將固定參數(shù)a、b、c和d設(shè)定為a=2、b=-2.5、c=-3.5和d=2/3時(shí),K值適當(dāng)?shù)乇硎境隽藟毫ξ諛?gòu)件21的性能。
從表1中可以看出,當(dāng)K值落在大約2×1010到大約9×1010的范圍之內(nèi)時(shí),評(píng)估A和B是令人滿意的。
換句話說(shuō),構(gòu)成壓力吸收表面21a的壓力吸收構(gòu)件21的剛度和共振頻率可以得到優(yōu)化,以致即使在高驅(qū)動(dòng)頻率下,也能夠肯定地獲得穩(wěn)定的噴墨特性,此時(shí)較薄部分22的厚度Ud(m)、較薄部分22沿其短邊的長(zhǎng)度Uy(m)、較薄部分22沿其長(zhǎng)邊(即,沿方向X)的長(zhǎng)度Ux(m)和較薄部分22的楊氏模量E(Pa)滿足下述關(guān)系(1)。
2×1010<Ud2×Uy-2.5×Ux-3.5×E2/3<9×1010———(1)隨著噴嘴5數(shù)量的增加和噴墨記錄頭的大小(長(zhǎng)度)的增加,壓力吸收構(gòu)件21的壓力吸收表面21a的面積增大。在這種情況下,如果使用軟性材料(比如樹脂)來(lái)制作壓力吸收構(gòu)件21,會(huì)在低頻帶中產(chǎn)生壓力吸收構(gòu)件21的更大的共振。此外,由于很難處理大面積的軟性材料,因此最好使用硬質(zhì)材料來(lái)制作壓力吸收構(gòu)件21,即使壓力吸收構(gòu)件21的剛度會(huì)變得略微有些高。即使當(dāng)為壓力吸收構(gòu)件21使用了高剛度的材料時(shí),也能夠獲得足夠的壓力吸收效果。
本發(fā)明人已經(jīng)針對(duì)噴嘴5的數(shù)量超過(guò)200的噴墨記錄頭,對(duì)于為壓力吸收構(gòu)件21使用的各種材料,進(jìn)行了公共墨腔6的共振特性的研究。圖14是用于解釋說(shuō)明記錄頭的第一實(shí)施方式的壓力吸收構(gòu)件21的楊氏模量和公共墨腔8的壓力共振特性的曲線圖。在圖14中,縱軸表示壓力共振指數(shù),而橫軸表示壓力吸收構(gòu)件21的楊氏模量(MPa)。
為了獲得表示壓力共振的程度或范圍的簡(jiǎn)單指數(shù),假設(shè)噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)頻帶為大約1kHz到大約16kHz,并且對(duì)壓力共振產(chǎn)生時(shí)的壓力變化求和。這樣,可以對(duì)表示具有不同楊氏模量的壓力吸收構(gòu)件的壓力共振的程度或范圍的指數(shù)進(jìn)行比較。例如,在圖13所示的頻率特性的情況下,共振點(diǎn)存在于4kHz、10kHz和10.8kHz的頻率上,并且在這三個(gè)共振點(diǎn)上的壓力變化值分別為0.8、1.1和0.5。這樣,可以通過(guò)0.8+1.1+0.5=2.4求得表示壓力共振的程度和范圍的指數(shù)。在本說(shuō)明書中,將把代表壓力共振的程度或范圍的指數(shù)稱為“壓力共振指數(shù)”。
從圖14中可以看出,當(dāng)壓力吸收構(gòu)件21的楊氏模量變得小于100MPa時(shí),壓力共振指數(shù)迅速增大。換句話說(shuō),公共墨腔8的壓力變化更加容易影響噴墨特性。據(jù)此,最好用于壓力吸收構(gòu)件21的材料具有100MPa或更大的楊氏模量。
通過(guò)為構(gòu)成壓力吸收表面21a的壓力吸收構(gòu)件21使用楊氏模量為100Pa或更大的材料,當(dāng)噴嘴5的數(shù)量增多并且噴墨記錄頭的大小變大時(shí),由于壓力吸收表面21a的面積大,故而能夠抑制共振頻率變低。由于這個(gè)原因,即使在噴墨記錄頭具有大量的噴嘴5并且很大(或很長(zhǎng))的情況下,也能夠獲得穩(wěn)定的噴墨特性。
鎳(Ni)適于制作壓力吸收構(gòu)件21,因?yàn)殒嚨臈钍夏A繛榇蠹s150MPa。換句話說(shuō),鎳滿足上述作為用于壓力吸收構(gòu)件21的材料的要求,并且還易于加工處理。
在壓力吸收構(gòu)件21沿方向X的總長(zhǎng)度Tx中,較薄部分22的長(zhǎng)度Ux是很重要的。如果較薄部分22在壓力吸收構(gòu)件21中所占比例降低,將無(wú)法得到充足的壓力吸收效果。這是因?yàn)楫?dāng)較厚部分23變長(zhǎng)時(shí),較薄部分22的結(jié)構(gòu)緩沖能力發(fā)生了變化,并且變成了不能總體上充分吸收公共墨腔8的壓力。另一方面,如果較薄部分22在壓力吸收構(gòu)件21中所占比例增大了,壓力吸收構(gòu)件21的振動(dòng)會(huì)造成前述的問(wèn)題。
本發(fā)明人通過(guò)改變較薄部分22沿方向X的長(zhǎng)度Ux和壓力吸收構(gòu)件21沿方向X的總長(zhǎng)度Tx制備了記錄頭的這一第一實(shí)施方式的樣品,并且對(duì)這些樣品的噴墨特性進(jìn)行了評(píng)估。表2中給出了評(píng)估結(jié)果,其中NG表示評(píng)估結(jié)果不滿意(不好),而OK表示評(píng)估結(jié)果令人滿意。
表2
從表2中給出的評(píng)估結(jié)果看,壓力吸收構(gòu)件21的較薄部分22的長(zhǎng)度Ux與總長(zhǎng)度Tx的比例Ux/Tx最好設(shè)置在大約0.25到大約0.45的范圍之內(nèi)。
換句話說(shuō),可以通過(guò)滿足下述關(guān)系(2)來(lái)優(yōu)化壓力吸收構(gòu)件21的結(jié)構(gòu),其中Ux(μm)指的是較薄部分22沿方向X的長(zhǎng)度,Tx(μm)指的是壓力吸收構(gòu)件21沿方向X的總長(zhǎng)度。因此,能夠更加確定地吸收壓力和更加確定地抑制共振,以穩(wěn)定噴墨特性。
0.25<Ux/Tx<0.45———(2)下面,將參照?qǐng)D15和16給出按照本發(fā)明地記錄頭地第一實(shí)施方式的第一修改實(shí)施方式的說(shuō)明。圖15是表示記錄頭的第一實(shí)施方式的本第一修改實(shí)施方式的壓力吸收構(gòu)件的平面圖。在圖15中,與圖3到8中的相應(yīng)部分本質(zhì)相同的那些部分使用相同的圖標(biāo)記標(biāo)注,并且將會(huì)省略掉對(duì)它們的說(shuō)明。圖16是用于解釋說(shuō)明記錄頭的第一實(shí)施方式的這一第一修改實(shí)施方式的公共墨腔的壓力變化的頻率特性的曲線圖。在圖16中,縱軸表示記錄頭的第一實(shí)施方式的這一第一修改方式的公共墨腔8的壓力(kPa),而橫軸表示頻率(kHz)。按照記錄頭的第一實(shí)施方式的這一第一修改實(shí)施方式,本發(fā)明應(yīng)用于噴墨記錄頭。
按照記錄頭的第一實(shí)施方式的這一第一修改實(shí)施方式,壓力吸收構(gòu)件21具有兩個(gè)較薄部分22和一個(gè)較厚部分23,但是每個(gè)較薄部分22具有設(shè)置在較薄部分22的區(qū)域之內(nèi)的第二較厚部分24。
通過(guò)設(shè)置第二較厚部分24,使得公共墨腔8的壁表面的共振頻率朝向高頻帶轉(zhuǎn)移。由于這個(gè)原因,能夠進(jìn)一步抑制共振點(diǎn)在噴墨頭的驅(qū)動(dòng)頻帶內(nèi)產(chǎn)生。
此外,通過(guò)設(shè)置第二較厚部分24,較薄部分22的強(qiáng)度增大了。結(jié)果,變得更加易于加工和生產(chǎn)噴墨記錄頭。在圖16中,實(shí)線表示記錄頭的第一實(shí)施方式的這一第一修改實(shí)施方式的公共墨腔的壓力變化的頻率特性。作為比較之用,點(diǎn)劃線表示沒(méi)有配備第二較厚部分24的記錄頭的第一實(shí)施方式的公共墨腔8的壓力變化的頻率特性。而且,虛線表示圖9中所示的具有較薄部分22厚度均一的壓力吸收部分21的噴墨記錄頭的第一比較例的公共墨腔8的壓力變化的頻率特性。
從圖16中可以看出,配備有第二較厚部分24的記錄頭的第一實(shí)施方式的這一第一修改實(shí)施方式具有比記錄頭的第一實(shí)施方式更小的壓力變化,并且其壓力變化與噴墨記錄頭的第一比較例相比要小得多。
結(jié)果,配備有第二較厚部分24的記錄頭的第一實(shí)施方式的這一第一修改實(shí)施方式具有令人滿意的較之沒(méi)有配備第二較厚部分24的噴墨記錄頭壓力變化小的噴墨特性。
因?yàn)槟軌蛲ㄟ^(guò)在壓力吸收構(gòu)件21的較薄部分22的區(qū)域中設(shè)置第二較厚部分24而將壓力吸收構(gòu)件21的共振頻率與噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)頻率分離開來(lái),所以能夠有效地獲得穩(wěn)定地噴墨特性。而且,在組裝工藝期間,比較容易處理噴墨記錄頭,并且使生產(chǎn)效率得到了提高,因?yàn)橥ㄟ^(guò)設(shè)置第二較厚部分24,使壓力吸收構(gòu)件21的強(qiáng)度得到了提高。
如果將第二較厚部分24的厚度制作得與較厚部分23相同,則能夠同時(shí)形成較厚部分23和第二較厚部分24。在這種情況下,生產(chǎn)工藝可以得到簡(jiǎn)化,并且使生產(chǎn)成本得到降低。
下面,將參照?qǐng)D17給出按照本發(fā)明的記錄頭的第一實(shí)施方式的第二修改實(shí)施方式。圖17是表示沿著垂直于噴嘴排列方向的方向截取的記錄頭的第一實(shí)施方式的這一第二修改實(shí)施方式的一部分的截面圖。在圖17中,與圖3到8中的相應(yīng)部分本質(zhì)相同的那些部分使用相同的圖標(biāo)記標(biāo)注,并且將會(huì)省略掉對(duì)它們的說(shuō)明。按照記錄頭的第一實(shí)施方式的這一第二修改實(shí)施方式,本發(fā)明應(yīng)用于噴墨記錄頭。
按照記錄頭的第一實(shí)施方式的這一第二修改實(shí)施方式,如圖17所示,壓力吸收構(gòu)件21設(shè)置在構(gòu)成公共墨腔8的框架構(gòu)件14的壁表面的一部分上。在這種情況下,最好在壓力吸收構(gòu)件21的后表面上設(shè)置一個(gè)緩沖腔25,以使得壓力吸收構(gòu)件21能夠進(jìn)行位移,并且通過(guò)大氣連通通道(未示出)使緩沖腔25與大氣相通。除了通過(guò)由振動(dòng)板2構(gòu)成壓力吸收構(gòu)件21的部分可獲得的效果之外,記錄頭的第一實(shí)施方式的這一第二修改實(shí)施方式能夠獲得可通過(guò)上面介紹的記錄頭的第一實(shí)施方式和第一實(shí)施方式的第一修改實(shí)施方式獲得的效果。
按照本發(fā)明的噴墨記錄頭,將公共墨腔的一個(gè)壁表面構(gòu)成為壓力吸收表面,并且構(gòu)成壓力吸收表面的構(gòu)件具有不均一的厚度和/或剛度不同的多個(gè)部分。結(jié)果,能夠在保持壓力吸收構(gòu)件的剛度的同時(shí)抑制壓力吸收構(gòu)件的共振頻率的降低,并且可以將噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)頻率制作得不同于壓力吸收表面的共振頻率。由于這個(gè)原因,即使當(dāng)以高驅(qū)動(dòng)頻率驅(qū)動(dòng)噴墨記錄頭時(shí),也能夠獲得穩(wěn)定的噴墨特性。
按照本發(fā)明的噴墨記錄頭應(yīng)用于線型噴墨記錄頭尤其有效。換句話說(shuō),線型噴墨記錄頭具有大量的噴嘴(位),并且壓力吸收構(gòu)件沿其縱向(方向X)的長(zhǎng)度很大。從而,在線型噴墨記錄頭的情況下,要由本發(fā)明減小的壓力吸收構(gòu)件自身的共振會(huì)顯著地產(chǎn)生。但是通過(guò)將本發(fā)明應(yīng)用于線型噴墨記錄頭,在保持壓力吸收構(gòu)件的剛度的同時(shí)吸收公共墨腔的壓力變化成為了可能,并且即使在同時(shí)對(duì)記錄介質(zhì)上的直線的全長(zhǎng)進(jìn)行記錄的全線型噴墨記錄頭的情況下,也能夠獲得穩(wěn)定的噴墨特性。
下面,將給出生產(chǎn)按照本發(fā)明的記錄頭的第一實(shí)施方式的第一種方法的說(shuō)明。
使用厭氧粘接劑將用作壓力轉(zhuǎn)換裝置的疊層壓電元件粘接在由專用不銹鋼(SUS)制成的支撐基板(底座基板11)上,并且使用切割鋸在壓電元件中形成凹槽,從而形成分開以致與各個(gè)受壓墨腔6相對(duì)應(yīng)的壓電元件。通過(guò)焊接將用作導(dǎo)體構(gòu)件的FPC線纜18與形成有凹槽的壓電元件12的側(cè)表面連接起來(lái),以形成催動(dòng)器單元。
另一方面,通過(guò)蝕刻形成采用電鑄法形成的噴嘴板3和振動(dòng)板2以及由硅制成的流動(dòng)通道構(gòu)成基板(墨腔基板)1。以高精度對(duì)噴嘴板3、振動(dòng)板2和流動(dòng)通道構(gòu)成基板1進(jìn)行定位和疊置,并且將環(huán)氧樹脂涂覆到各個(gè)接合面上,以將噴嘴板3、振動(dòng)板2和流動(dòng)通道構(gòu)成基板1粘接在一起。通過(guò)環(huán)氧粘接劑將催動(dòng)器單元的壓電元件12的頂表面粘接到振動(dòng)板2的后表面上。
制備用于構(gòu)成公共墨腔8的樹脂制成的框架構(gòu)件14,該公共墨腔8沿其長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度為35mm,沿其短邊的長(zhǎng)度為1mm,而深度為2mm,并且通過(guò)厭氧粘接劑將這個(gè)框架構(gòu)件14粘接到振動(dòng)板2的后表面和底座基板11的端部表面上,從而構(gòu)成噴墨記錄頭。
框架構(gòu)件14中構(gòu)成公共墨腔8的開口由振動(dòng)板2覆蓋。所使用的振動(dòng)板2具有通過(guò)Ni電鑄形成的2層疊層結(jié)構(gòu),并且疊層結(jié)構(gòu)的兩層分別具有3μm和27μm的厚度。振動(dòng)板2覆蓋框架構(gòu)件14的開口的部分,即,覆蓋公共墨腔8的部分,具有由兩層組成并且厚度為30μm(=3μm+27μm)的用以構(gòu)成較厚部分23的中央部分,和在沿著公共墨腔8的縱向位于中央部分的兩側(cè)并且由厚度為3μm的一個(gè)(較薄)層構(gòu)成的端部。
將按照上述方式生產(chǎn)的并且具有200個(gè)噴嘴5(即,總計(jì)為200位的噴嘴5)的噴墨記錄頭安裝到打印機(jī)上,并且進(jìn)行打印測(cè)試。打印測(cè)試的結(jié)果證明,可以實(shí)現(xiàn)滿意的打印,而不會(huì)產(chǎn)生遭到惡化的畫面質(zhì)量,即使當(dāng)通過(guò)從所有的噴嘴5噴射墨水來(lái)進(jìn)行多次打印時(shí)也是如此。
作為比較之用,制作了具有由厚度為3μm的單獨(dú)一(較薄)層構(gòu)成的封閉著公共墨腔8的振動(dòng)板2的噴墨記錄頭。此外,將這個(gè)噴墨記錄頭安裝到打印機(jī)上,并且進(jìn)行打印測(cè)試。打印測(cè)試的結(jié)果證明,通過(guò)打印產(chǎn)生了遭到惡化的圖像質(zhì)量。
因此證明,通過(guò)按照本發(fā)明的記錄頭的這一第一實(shí)施方式改善了噴墨特性。
下面,將會(huì)給出生產(chǎn)按照本發(fā)明的記錄頭的第一實(shí)施方式的第二種方法的說(shuō)明。
使用厭氧粘接劑將用作壓力轉(zhuǎn)換裝置的疊層壓電元件粘接在由專用不銹鋼(SUS)制成的支撐基板(底座基板11)上,并且使用切割鋸在壓電元件中形成凹槽,從而形成分開以致與各個(gè)受壓墨腔6相對(duì)應(yīng)的壓電元件。通過(guò)焊接將用作導(dǎo)體構(gòu)件的FPC線纜18與形成有凹槽的壓電元件12的側(cè)表面連接起來(lái),以形成催動(dòng)器單元。
另一方面,通過(guò)蝕刻形成采用電鑄法形成的噴嘴板3和振動(dòng)板2以及由硅制成的流動(dòng)通道構(gòu)成基板(墨腔基板)1。以高精度對(duì)噴嘴板3、振動(dòng)板2和流動(dòng)通道構(gòu)成基板1進(jìn)行定位和疊置,并且將環(huán)氧樹脂涂覆到各個(gè)接合面上,以將噴嘴板3、振動(dòng)板2和流動(dòng)通道構(gòu)成基板1粘接在一起。通過(guò)環(huán)氧粘接劑將催動(dòng)器單元的壓電元件12的頂表面粘接到振動(dòng)板2的后表面上。
制備用于構(gòu)成公共墨腔8的樹脂制成的框架構(gòu)件14,該公共墨腔8沿其長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度為63mm,沿其短邊的長(zhǎng)度為2.5mm,而深度為3mm,并且通過(guò)厭氧粘接劑將這個(gè)框架構(gòu)件14粘接到振動(dòng)板2的后表面和底座基板11的端部表面上,從而構(gòu)成噴墨記錄頭。
框架構(gòu)件14中構(gòu)成公共墨腔8的開口由振動(dòng)板2覆蓋。所使用的振動(dòng)板2具有通過(guò)Ni電鑄形成的3層疊層結(jié)構(gòu),并且第一到第三層,即,疊層結(jié)構(gòu)的三個(gè)層,分別具有3μm、15μm和15μm的厚度。振動(dòng)板2覆蓋框架構(gòu)件14的開口的部分,即,覆蓋公共墨腔8的部分,具有由第一到第三層組成并且厚度為33μm(=3μm+15μm+15μm)的用以構(gòu)成較厚部分23的中央部分,和在沿著公共墨腔8的縱向位于中央部分的兩側(cè)并且由厚度為18μm(3μm+15μm)的第一和第二層構(gòu)成的端部。
將按照上述方式生產(chǎn)的并且具有360個(gè)噴嘴5(即,總計(jì)為360位的噴嘴5)的噴墨記錄頭安裝到打印機(jī)上,并且進(jìn)行打印測(cè)試。打印測(cè)試的結(jié)果證明,可以實(shí)現(xiàn)滿意的打印,而不會(huì)產(chǎn)生遭到惡化的畫面質(zhì)量,即使當(dāng)通過(guò)從所有的噴嘴5噴射墨水來(lái)進(jìn)行多次打印時(shí)也是如此。
作為比較之用,制作了具有由厚度為3μm的單獨(dú)一(較薄)層構(gòu)成的封閉著公共墨腔8的振動(dòng)板2的噴墨記錄頭。此外,將這個(gè)噴墨記錄頭安裝到打印機(jī)上,并且進(jìn)行打印測(cè)試。打印測(cè)試的結(jié)果證明,通過(guò)打印產(chǎn)生了遭到惡化的圖像質(zhì)量。
因此,也證明了在這種情況下,通過(guò)按照本發(fā)明的記錄頭的這一第一實(shí)施方式改善了噴墨特性。
下面,將參照?qǐng)D18和19給出按照本發(fā)明的成像設(shè)備的第一實(shí)施方式的說(shuō)明。圖18是表示成像設(shè)備的這一第一實(shí)施方式的立體圖,并且圖19是用于解釋說(shuō)明圖18中所示成像設(shè)備的一部分的側(cè)視圖。成像設(shè)備的這一第一實(shí)施方式采用了按照本發(fā)明的承載架的第一實(shí)施方式。
圖18和19中所示的成像設(shè)備,即,噴墨記錄設(shè)備,在主體111中容納了一個(gè)打印機(jī)構(gòu)112。這個(gè)打印機(jī)構(gòu)112包括可在主體111內(nèi)沿主掃描方向移動(dòng)的承載架123、具有上述的記錄頭的第一實(shí)施方式和第一實(shí)施方式的第一及第二修改實(shí)施方式中任何一種的結(jié)構(gòu)的噴墨記錄頭124、用于向噴墨記錄頭供應(yīng)墨水的墨盒125等。圖19中所示的供紙盒(或供紙托架)114可拆除地設(shè)置在主體111的下部,該供紙盒114中裝著一疊多個(gè)記錄介質(zhì)(在這種情況下,是記錄紙)113。記錄介質(zhì)113可以從噴墨記錄設(shè)備的前面放到供紙盒114上。用于手動(dòng)供應(yīng)記錄介質(zhì)113的手動(dòng)送紙托架115可在不使用的時(shí)候如圖19所示那樣關(guān)閉上,并且在使用的時(shí)候沿逆時(shí)針?lè)较虼蜷_。打印機(jī)構(gòu)112在從供紙盒114或手動(dòng)送紙托架115供應(yīng)的記錄介質(zhì)113上打印圖像,并且將打印好的記錄介質(zhì)113退出到設(shè)置在噴墨記錄設(shè)備的背側(cè)上的出紙托架116上。
在打印機(jī)構(gòu)112中,承載架123由主引導(dǎo)桿121和子引導(dǎo)桿122支撐,并且可以沿著主掃描方向滑動(dòng)。主和子引導(dǎo)桿121和122是橫穿主體111的左和右側(cè)板設(shè)置的。用于噴射黃色(Y)、青色(C)、品紅(M)和黑色(Bk)墨滴的噴墨記錄頭124設(shè)置在承載架上,使得噴嘴沿著垂直于主掃描方向的方向排列,并且噴墨方向?yàn)橄蛳碌姆较?。?dāng)然,用于噴射Y、C、M和Bk墨水的噴墨記錄頭124也可以形成為單獨(dú)一個(gè)頭組件或單元。相對(duì)于噴墨記錄頭124,Y、C、M和Bk墨盒125是可替換地設(shè)置的。
墨盒125在其上部具有用于與大體相通的開口,在其下部具有用于向相應(yīng)的噴墨記錄頭124供墨的開口,并且在其內(nèi)部具有用于人容納墨水的多孔或蜂窩狀構(gòu)件。多孔或蜂窩狀構(gòu)件的毛細(xì)管作用將供應(yīng)給噴墨記錄頭124的墨水保持在微小的負(fù)壓上。
當(dāng)然,代替配備用于Y、C、M和Bk的四個(gè)噴墨記錄頭124,還可以配備單獨(dú)一個(gè)從其噴嘴噴射Y、C、M和Bk墨水的噴墨記錄頭。
承載架123的背側(cè),即,沿著記錄介質(zhì)輸送方向的下游側(cè),是由主引導(dǎo)桿121可滑動(dòng)地支撐的。承載架123的前側(cè),即,沿著記錄介質(zhì)輸送方向的上游側(cè),是由子引導(dǎo)桿122可滑動(dòng)地支撐的。為了在主掃描方向上移動(dòng)承載架123,跨接著由主掃描電機(jī)127驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)輪128和從動(dòng)輪129設(shè)置了一根正時(shí)皮帶130,并且將承載架123固定在該正時(shí)皮帶130上。這樣,通過(guò)主掃描電機(jī)127正向和反向旋轉(zhuǎn),承載架123進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
另一方面,為了將放在供紙盒114上的記錄介質(zhì)輸送到噴墨記錄頭124的下側(cè),如圖19所示,設(shè)置了用于從供紙盒114分離盒供應(yīng)記錄介質(zhì)113的供紙輥131、摩擦墊132、用于引導(dǎo)記錄介質(zhì)113的引導(dǎo)構(gòu)件133、用于翻轉(zhuǎn)盒輸送記錄介質(zhì)113的輸送輥134、推頂著輸送輥134的外周表面的輸送輥135和用于限制記錄介質(zhì)113與輸送輥134的供應(yīng)角度的末端輥136。輸送輥134由子掃描電機(jī)137經(jīng)齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。
與承載架123在主掃描方向上的移動(dòng)范圍一致地,設(shè)置了接收構(gòu)件139來(lái)將從輸送輥134輸送過(guò)來(lái)的記錄介質(zhì)113引導(dǎo)到噴墨記錄頭124的下側(cè)。沿著記錄介質(zhì)輸送方向,在接收構(gòu)件139的下游側(cè),設(shè)置了用于在退出方向上輸送記錄介質(zhì)113的輸送輥141和正齒輪142。而且,還設(shè)置了用于朝著出紙托架11 6退出記錄介質(zhì)113的退出輥143和正齒輪144,與引導(dǎo)構(gòu)件145和146一起構(gòu)成了記錄介質(zhì)113的退出路徑。
在記錄的時(shí)候,在沿著主掃描方向移動(dòng)承載架123的同時(shí),響應(yīng)于圖像信號(hào)驅(qū)動(dòng)噴墨記錄頭124,從而將墨水噴射到靜止的記錄介質(zhì)113上,并且記錄一條線。然后,在輸送了記錄介質(zhì)預(yù)定量之后,以同樣的方式記錄下一條線。當(dāng)接收到記錄終止信號(hào)或表示記錄介質(zhì)113的后端已經(jīng)到達(dá)記錄區(qū)域的信號(hào)時(shí),記錄操作終止并且退出記錄介質(zhì)113。在這種情況下,在各個(gè)噴墨記錄頭124中,公共墨腔的壓力變化大致得到了吸收,并且同時(shí),共振得到了抑制,從而得到了沒(méi)有相互干擾的穩(wěn)定的噴墨特性。由于這個(gè)原因,能夠在記錄介質(zhì)113上記錄具有高畫面質(zhì)量的圖像。
當(dāng)從噴墨記錄設(shè)備的前面觀察時(shí),如圖18所示,在記錄區(qū)域以外的位置上,在沿著承載架123的移動(dòng)方向的右端,設(shè)置有恢復(fù)單元147。恢復(fù)單元147修復(fù)噴墨記錄頭124的噴墨故障等。恢復(fù)單元147包括壓蓋裝置、吸取裝置和清潔裝置。當(dāng)承載架123處于打印等候狀態(tài)(在這種狀態(tài)下,將承載架123移動(dòng)到與恢復(fù)單元147相應(yīng)的位置上)時(shí),壓蓋裝置在噴墨記錄頭上設(shè)置一個(gè)蓋子,以使噴嘴保持為濕潤(rùn)狀態(tài),從而防止墨水干結(jié)而造成噴墨故障。在記錄期間,與記錄無(wú)關(guān)的墨水可以噴射到壓蓋裝置中,以保持所有噴嘴的墨水粘稠度恒定,從而保持穩(wěn)定的噴墨特性。
當(dāng)發(fā)生了噴墨故障等時(shí),噴墨記錄頭124的噴嘴由壓蓋裝置密封起來(lái),并且由吸取裝置從噴墨記錄頭124的噴嘴中將氣泡等連同墨水一起經(jīng)管道(未示出)吸取出來(lái)。然后,由清潔裝置清除粘附在噴嘴表面上的墨水、灰塵顆粒等,以排除噴墨記錄頭124的噴墨故障等。吸取裝置吸出的墨水回收到回收墨罐(未示出)中,該回收墨罐設(shè)置在主體111的下部。所回收的墨水由回收墨罐中的墨水吸收構(gòu)件容留。
因此,按照成像設(shè)備和承載架的這一實(shí)施方式,能夠獲得穩(wěn)定的噴墨特性,即使在高速驅(qū)動(dòng)噴墨記錄頭的時(shí)候也是如此,因?yàn)閲娔涗涱^具有前面所述的噴墨記錄頭的第一實(shí)施方式和第一實(shí)施方式的第一及第二修改實(shí)施方式中任何一個(gè)的結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明的成像設(shè)備可以構(gòu)成打印機(jī)、傳真設(shè)備、復(fù)印設(shè)備、繪圖儀、組合設(shè)備等等。
此外,按照本發(fā)明的記錄頭可以噴射除了墨水之外的流體,比如DNA樣本、抗蝕劑、成型材料等。按照本發(fā)明的承載架和成像設(shè)備可以配備這樣的噴射除了墨水之外的流體的記錄頭。
此外,按照本發(fā)明的記錄頭的壓力轉(zhuǎn)換裝置(或催動(dòng)器裝置)并不限于壓電型催動(dòng)器,而是可以使用各個(gè)其它的催動(dòng)器,比如靜電型催動(dòng)器、熱力型催動(dòng)器和使用形狀記憶合金的催動(dòng)器。
下面,將參照?qǐng)D20到30給出按照本發(fā)明的記錄頭的第二實(shí)施方式的說(shuō)明。按照記錄頭的這一第二實(shí)施方式,本發(fā)明應(yīng)用于噴墨記錄頭。
圖20是表示沿著垂直于噴嘴排列方向的方向截取的按照本發(fā)明的記錄頭的第二實(shí)施方式的一部分的截面圖。圖21是表示沿著噴嘴排列方向截取的記錄頭的第二實(shí)施方式的一部分的截面圖。此外,圖22是表示記錄頭的第二實(shí)施方式的分解立體圖。在圖20到24中,省略了壓力吸收構(gòu)件的圖示,而該壓力吸收構(gòu)件將參照?qǐng)D25到30加以詳細(xì)介紹。
如圖22所示,噴嘴記錄頭具有由流動(dòng)通道構(gòu)成基板(墨腔基板)31、噴嘴板38和振動(dòng)板36組成的疊層結(jié)構(gòu)。在流動(dòng)通道構(gòu)成基板31上形成有多個(gè)受壓墨腔34,并且在噴嘴板38上設(shè)置有多個(gè)與相應(yīng)的受壓墨腔34連通的噴嘴33。在振動(dòng)板36上設(shè)置了多個(gè)壓電元件37,作為壓力轉(zhuǎn)換元件。FPC線纜45與壓電元件37電連接,用于提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該FPC線纜45配備有驅(qū)動(dòng)電路(驅(qū)動(dòng)器IC)46,用于有選擇地為各個(gè)壓電元件37施加驅(qū)動(dòng)波形。壓電元件37使振動(dòng)板36相對(duì)于相應(yīng)地受壓墨腔34發(fā)生位移。按照這種實(shí)施方式,桿形壓電元件是使用金剛石切割器切出的,并且分成了各自與受壓墨腔34之一對(duì)應(yīng)的壓電元件37。
對(duì)圖22中所示的各個(gè)受壓墨腔34進(jìn)行了截取,如圖21所示。如果必要的話,可以設(shè)置圖21中所示的支撐構(gòu)件41。
根據(jù)圖像信號(hào)(或成像信號(hào)),從驅(qū)動(dòng)器IC 46經(jīng)FPC線纜45向壓電元件37提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這樣,壓電元件37根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生位移(即,收縮和膨脹),并且壓電元件37的位移傳遞給了振動(dòng)板36。通過(guò)適當(dāng)控制受壓墨腔34的內(nèi)部壓力,使得墨滴42從相應(yīng)的噴嘴33中噴出。
壓電元件37設(shè)置在底座基板32上,而底座基板32設(shè)置在圖20中所示的框架43上??蚣?3安裝在按照本發(fā)明的成像設(shè)備的第二實(shí)施方式的主體的承載架(未示出)上。成像設(shè)備的第二實(shí)施方式可以具有與成像設(shè)備的第一實(shí)施方式(即,圖18和19中所示的噴墨記錄設(shè)備)相同的結(jié)構(gòu)。FPC線纜45與成像設(shè)備的電路(未示出)相連接,并且圖20中所示的供墨源(比如墨盒)向受壓墨腔34供墨。
圖23是表示沿著噴嘴33排列的方向(即,沿著受壓墨腔34的縱向)截取的記錄頭的第二實(shí)施方式的公共墨腔39的按比例放大了的截面圖。按照這一實(shí)施方式,對(duì)稱地設(shè)置了兩列噴嘴33。圖23省略了一列噴嘴33得圖示,而是僅給出了噴墨記錄頭的一半。
如圖23所示,與底座基板32一樣,流動(dòng)通道構(gòu)成基板31設(shè)置在框架43上。密封劑47也用作粘接劑。圖23中所示的結(jié)構(gòu)與圖20到22中所示的結(jié)構(gòu)稍有不同,不過(guò)具有相同功能的部分使用了相同的圖標(biāo)記進(jìn)行標(biāo)注。
當(dāng)然,記錄頭的這種第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)并不限于圖20到23所示的結(jié)構(gòu)。
在圖20到23中,噴嘴是面向上示出的,而噴墨方向是向上的方向。不過(guò)當(dāng)在諸如紙張之類的記錄介質(zhì)上實(shí)際噴射墨滴以進(jìn)行噴墨記錄時(shí),大多數(shù)情況下墨滴是垂直向下噴射的。因此,按照本實(shí)施方式,在進(jìn)行圖像的噴墨記錄的時(shí)候,墨滴可以從圖24中的噴嘴對(duì)著水平輸送的記錄介質(zhì)(比如紙張)垂直向下地噴出。
圖24是表示沿著圖23中的直線A-A截取的記錄頭的第二實(shí)施方式的倒截面圖。圖24表示記錄頭處于噴嘴33面向下從而墨滴42垂直向下噴出的狀態(tài)。來(lái)自供墨源44的墨水經(jīng)供墨開口(連通管道)48供應(yīng)給公共墨腔39,并且經(jīng)相應(yīng)的通過(guò)供墨通道(連通部件)40與公共墨腔39相通的受壓墨腔34到達(dá)各個(gè)噴嘴33。與沿著公共墨腔39的縱向位于公共墨腔39一端的噴嘴33相應(yīng)的受壓墨腔34可以不用于形成圖像,從而使用這一噴嘴33作為用于吸取從而噴出氣泡的假噴嘴。此外,沿著公共墨腔39的縱向位于公共墨腔39的兩端上的噴嘴33都可以用作這樣的假噴嘴。
圖25是表示包括公共墨腔39和供墨開口48的圖24中所示的記錄頭的第二實(shí)施方式的僅僅一部分的截面圖,用于解釋說(shuō)明壓力吸收構(gòu)件。此外,為了進(jìn)行比較之用,圖26是表示包括公共墨腔39和供墨開口48的記錄頭的第一比較例的僅僅一部分的示意圖,用于解釋說(shuō)明壓力吸收構(gòu)件。
在圖25中,圖中從左到右的方向X相當(dāng)于公共墨腔39的縱向,即,噴嘴33(或受壓墨腔34)排列的方向。壓力吸收構(gòu)件50設(shè)置在公共墨腔39沿方向X延伸的至少一個(gè)壁表面上。壓力吸收構(gòu)件50構(gòu)成了用于通過(guò)振動(dòng)吸收壓力的緩沖表面。
在沿著方向X的區(qū)域51中,沒(méi)有設(shè)置壓力吸收構(gòu)件50。雖然沒(méi)有配備壓力吸收構(gòu)件50的區(qū)域51沿著方向X設(shè)置在公共墨腔39兩側(cè)的兩個(gè)位置上,但是這樣的區(qū)域51的數(shù)量和區(qū)域51的位置并不局限于圖25所示的情況。
與圖26中所示的第一比較例相比,由于設(shè)置了沒(méi)有配備壓力吸收構(gòu)件50的區(qū)域51,圖25中所示的壓力吸收構(gòu)件50沿其縱向的長(zhǎng)度較短。從而,作為振動(dòng)板36的壓力吸收構(gòu)件50的剛度變高,從而壓力吸收構(gòu)件50的共振頻率向高頻帶轉(zhuǎn)移。這樣,能夠?qū)⒐舱耦l率與存在于低頻帶中的噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)頻帶分離開來(lái),以防止由于共振造成的壓力變化引發(fā)的噴墨故障。但是在圖26中所示的第一比較例的情況下,壓力吸收構(gòu)件50沿其縱向較長(zhǎng),從而使得壓力吸收構(gòu)件50的剛度較低,共振點(diǎn)向低頻帶轉(zhuǎn)移,這可能會(huì)造成共振頻率與驅(qū)動(dòng)頻率相匹配。
圖27是用于解釋說(shuō)明記錄頭的第二實(shí)施方式的公共墨腔的壓力變化的頻率特性的曲線圖。在圖27中,縱軸表示記錄頭的第二實(shí)施方式的公共墨腔39的壓力(kPa),而橫軸表示頻率(kHz)。圖27表示對(duì)這樣的情況的評(píng)估結(jié)果在圖25中,公共墨腔39沿著方向X的總長(zhǎng)度中,長(zhǎng)度的大約25%形成為位于沿方向X的兩端的區(qū)域51。通過(guò)對(duì)圖27與針對(duì)圖26中所示的第一比較例的由圖16中的虛線所示的評(píng)估結(jié)果進(jìn)行比較,可用看出,按照本第二實(shí)施方式,產(chǎn)生共振點(diǎn)的頻率大大向高頻帶轉(zhuǎn)移了。因此,能夠以高度驅(qū)動(dòng)噴墨記錄頭,并且能夠增大噴墨記錄頭的打印速度。
如圖25所示,按照這一第二實(shí)施方式的壓力吸收構(gòu)件50的緩沖表面理想地是單獨(dú)一個(gè)連續(xù)的區(qū)域,而不是分成多個(gè)區(qū)域。如果將壓力吸收構(gòu)件50的緩沖表面分成多個(gè)區(qū)域,各個(gè)獨(dú)立區(qū)域的剛度變高,而壓力吸收效果降低。另一方面,如果壓力吸收構(gòu)件50的厚度減小,例如,為了抑制壓力吸收效果降低,則變得很難生產(chǎn)壓力吸收構(gòu)件50,從而壓力吸收構(gòu)件50并且因此噴墨記錄頭的產(chǎn)量會(huì)降低。換句話說(shuō),通過(guò)將壓力吸收構(gòu)件50的緩沖表面形成為單獨(dú)一個(gè)連續(xù)區(qū)域,能夠更加有效地吸收壓力。
此外,如圖25所示,期望將沒(méi)有配備壓力吸收構(gòu)件50的區(qū)域51沿著方向X安排在公共墨腔39的兩端。如果將區(qū)域51安排在其它位置上,比如公共墨腔39沿著方向X的中央部分上,則壓力吸收構(gòu)件50的緩沖表面就會(huì)分成多個(gè)區(qū)域,分開的區(qū)域的剛度變高,從而壓力吸收效果下降,如上所述。另一方面,如果僅在公共墨腔39沿方向X的一端上安排區(qū)域51,則在配備區(qū)域51的那一段上,壓力吸收效果可能會(huì)不足,從而造成局部噴墨失敗。因此,期望將區(qū)域51安排在公共墨腔39沿方向X的兩端上。
圖28是表示沿著垂直于噴嘴33排列方向的方向截取的記錄頭的第二實(shí)施方式的第一修改實(shí)施方式的截面圖。在圖28中,與圖20到25中相應(yīng)部分相同的那些部分使用了相同的圖標(biāo)記加以標(biāo)注,并且省略了對(duì)它們的說(shuō)明。
在圖28中,壓力吸收構(gòu)件50是由與形成針對(duì)受壓墨腔34設(shè)置的振動(dòng)板36的層為同一層的層構(gòu)成的。換句話說(shuō),用作針對(duì)受壓墨腔34的振動(dòng)板36的層也用作針對(duì)公共墨腔39的壓力吸收構(gòu)件50。
按照記錄頭的第二實(shí)施方式的這一第一修改實(shí)施方式,能夠同時(shí)形成振動(dòng)板36和壓力吸收構(gòu)件50,從而生產(chǎn)工藝能夠得到簡(jiǎn)化。一般來(lái)說(shuō),要用作壓力吸收構(gòu)件,振動(dòng)板的剛度過(guò)低了,從而很容易產(chǎn)生與共振有關(guān)的問(wèn)題。不過(guò),通過(guò)將記錄頭的第二實(shí)施方式的基本結(jié)構(gòu)應(yīng)用于第二實(shí)施方式的這一第一修改實(shí)施方式,能夠抑制與共振有關(guān)的問(wèn)題,因?yàn)榭梢允箟毫ξ諛?gòu)件50的共振頻率相對(duì)于噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)頻率充分向高頻帶轉(zhuǎn)移。
不過(guò),無(wú)法在圖28中設(shè)置沒(méi)有壓力吸收構(gòu)件50的區(qū)域51。換句話說(shuō),在圖28中,振動(dòng)板36也設(shè)置在相當(dāng)于區(qū)域51的各個(gè)受壓墨腔34上,并且為了使用同一層結(jié)構(gòu)構(gòu)成整個(gè)噴墨記錄頭,還必須將構(gòu)成振動(dòng)板36的層設(shè)置在公共墨腔39上,作為壓力吸收構(gòu)件50。
圖29是表示記錄頭的第二實(shí)施方式的第二修改實(shí)施方式的包括公共墨腔39和供墨開口48的僅僅一部分的截面圖,用于解釋說(shuō)明壓力吸收構(gòu)件。在圖29中,與圖25和28中相應(yīng)部分相同的那些部分使用了相同的圖標(biāo)記加以標(biāo)注,并且省略了對(duì)它們的說(shuō)明。
與圖28中的第二實(shí)施方式的第一修改實(shí)施方式不同,圖29中所示的第二實(shí)施方式的這一第二修改實(shí)施方式設(shè)有沒(méi)有壓力吸收構(gòu)件50的區(qū)域51。更加具體地講,構(gòu)成壓力吸收構(gòu)件50的層形成在整個(gè)公共墨腔39上,并且固定構(gòu)件52局部地設(shè)置在壓力吸收構(gòu)件50上。固定構(gòu)件52抑制壓力吸收構(gòu)件50的振動(dòng),并且起到區(qū)域51的作用。這樣,緩沖表面由沒(méi)有配備固定構(gòu)件52的壓力吸收構(gòu)件50的部分構(gòu)成。通過(guò)由壓力吸收構(gòu)件50的一部分構(gòu)成固定構(gòu)件52,使得在不需要進(jìn)行額外的加工的情況下,在振動(dòng)吸收構(gòu)件50上形成區(qū)域51成為了可能。
在圖28中,壓力吸收構(gòu)件50和振動(dòng)板36可由分開的層獨(dú)立構(gòu)成。在這種情況下,能夠通過(guò)與形成公共墨腔39的壁表面的材料相同的材料形成壓力吸收構(gòu)件50,并且該材料用作壓力吸收構(gòu)件50的部分做得較薄,從而形成壓力吸收構(gòu)件50。不過(guò)在這種情況下,形成公共墨腔39的材料,即,形成框架43的材料,必須制作得較薄,以便獲得壓力吸收(緩沖)功能,從而需要更加困難的工藝來(lái)形成壓力吸收構(gòu)件50。由于這個(gè)原因,壓力吸收構(gòu)件50可由諸如聚酰胺樹脂之類的樹脂制成,與形成框架43的材料相比,這種樹脂具有較低的彈性。通過(guò)為壓力吸收構(gòu)件50使用這樣的樹脂,能夠通過(guò)相對(duì)簡(jiǎn)單的工藝生產(chǎn)壓力吸收構(gòu)件。
如果試圖增大壓力吸收構(gòu)件50的共振頻率,則壓力吸收效果本身會(huì)降低。由于這個(gè)原因,期望對(duì)壓力吸收構(gòu)件50的形狀、大小、材料等進(jìn)行優(yōu)化,以使共振頻率能夠朝向高頻帶充分轉(zhuǎn)移,而不會(huì)將壓力吸收效果降低到造成噴墨特性降低到不能容忍的程度。因此,本發(fā)明人制作了8種記錄頭的第二實(shí)施方式的樣品,這些樣品具有結(jié)構(gòu)不同的壓力吸收構(gòu)件50和公共墨腔39。表3表示對(duì)經(jīng)過(guò)噴墨測(cè)試的所制作的8種噴墨記錄頭的樣品中的每一種進(jìn)行的下述評(píng)估A和C。進(jìn)行評(píng)估A來(lái)評(píng)估相互干擾,即,是否壓力吸收構(gòu)件50充分起到了作用。進(jìn)行評(píng)估C來(lái)評(píng)估高驅(qū)動(dòng)頻率下的噴墨穩(wěn)定性,即,壓力吸收構(gòu)件50的共振點(diǎn)是否向高頻帶充分轉(zhuǎn)移。
表3
評(píng)估A是通過(guò)是實(shí)際安裝噴墨記錄頭的各個(gè)樣品并且打印評(píng)估圖表、以判斷是否在所打印的樣品中產(chǎn)生了圖像異常來(lái)進(jìn)行的。在表3中,“○”代表針對(duì)所有噴嘴33(或通道)的評(píng)估A沒(méi)有檢測(cè)到圖像異常,“△”代表針對(duì)10%或更少的噴嘴33(或通道)的評(píng)估A檢測(cè)到了圖像異常,而“×”代表針對(duì)多于10%的噴嘴33(或通道)的評(píng)估A檢測(cè)到了圖像異常。另一方面,評(píng)估C是這樣進(jìn)行的由噴墨記錄頭的各個(gè)樣品自身噴射墨水,同時(shí)改變驅(qū)動(dòng)頻率,以觀察諸噴墨穩(wěn)定性。在表3中,“△”代表10%或更少的噴嘴(或通道)的噴墨穩(wěn)定性較低,而“×”代表超過(guò)10%的噴嘴(或通道)的噴墨穩(wěn)定性較低。
而且,選取了下述項(xiàng)目作為可以被認(rèn)為是影響評(píng)估A和C的結(jié)構(gòu)因子。
SF11)公共墨腔39沿方向X的總長(zhǎng)度;SF12)壓力吸收構(gòu)件50沿方向X的緩沖面的長(zhǎng)度Ldx(m);SF13)壓力吸收構(gòu)件50沿垂直于方向X的方向的緩沖面的長(zhǎng)度Ldy(m);SF14)構(gòu)成緩沖表面的壓力吸收構(gòu)件50的厚度Td(m);SF15)構(gòu)成緩沖表面的壓力吸收構(gòu)件50的彈性Gd(Pa)。
在下列的公式中,上述結(jié)構(gòu)因子SF11到SF15被看作是變量,而a1、b1、c1、d1和e1被看作是適配參數(shù)并且被最佳化,從而通過(guò)考慮壓力吸收構(gòu)件50的壓力吸收效果和共振頻率的不利效果或副作用,獲得了代表壓力吸收構(gòu)件50的性能的參數(shù)K1。這個(gè)參數(shù)K1的值即指表3中的K1值。
K1=Lxa1×Ldxb1×Ldyc1×Tdd1×Gde1我們發(fā)現(xiàn),當(dāng)將適配參數(shù)a1、b1、c1、d1和e1設(shè)定為a1=-1、b1=1、c1=1、d1=-0.3和e1=-1時(shí),K1值適當(dāng)?shù)乇硎境隽藟毫ξ諛?gòu)件50的性能。
從表3中可以看出,當(dāng)K1值較大時(shí),壓力吸收構(gòu)件50的壓力吸收效果變高,但是壓力吸收構(gòu)件50的共振頻率的不利效果或副作用變大。當(dāng)K1值落在大約1.0×10-13到大約2.0×10-13的范圍之內(nèi)時(shí),就是說(shuō),當(dāng)下列關(guān)系得到滿足時(shí),評(píng)估A和B是令人滿意的。
1.0×10-13<Lx-1×Ldx×Ldy×Td-0.3×Gd-1<2.0×10-13因此,從上述評(píng)估結(jié)果可以證明,通過(guò)采用記錄頭的第二實(shí)施方式和第二實(shí)施方式的第一和第二修改實(shí)施方式中的任何一種的結(jié)構(gòu),即使在進(jìn)行高速記錄的時(shí)候,也可以獲得令人滿意的噴墨特性,并且通過(guò)在成像設(shè)備的承載架中設(shè)置這樣的記錄頭,能夠記錄具有高畫面質(zhì)量的圖像。
下面,將給出生產(chǎn)按照本發(fā)明的記錄頭的第二實(shí)施方式的第一種方法的說(shuō)明。
使用厭氧粘接劑將用作壓力轉(zhuǎn)換裝置的疊層壓電元件粘接在由專用不銹鋼(SUS)制成的支撐基板(底座基板32)上,并且使用切割鋸在壓電元件中形成凹槽,從而形成分開以致與各個(gè)受壓墨腔34相對(duì)應(yīng)的壓電元件37。通過(guò)焊接將用作導(dǎo)體構(gòu)件的FPC線纜45與形成有凹槽的壓電元件37的側(cè)表面連接起來(lái),以形成催動(dòng)器單元。
另一方面,通過(guò)蝕刻形成采用電鑄法形成的噴嘴板38和振動(dòng)板36以及由硅制成的流動(dòng)通道構(gòu)成基板(墨腔基板)31。以高精度對(duì)噴嘴板38、振動(dòng)板36和流動(dòng)通道構(gòu)成基板31進(jìn)行定位和疊置,并且將環(huán)氧樹脂涂覆到各個(gè)接合面上,以將噴嘴板38、振動(dòng)板36和流動(dòng)通道構(gòu)成基板31粘接在一起。通過(guò)環(huán)氧粘接劑將催動(dòng)器單元的壓電元件37的頂表面粘接到振動(dòng)板36的后表面上。
形成公共墨腔39,該公共墨腔8沿其長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度為35mm,沿其短邊的長(zhǎng)度為1mm,而深度為2mm。用樹脂制成框架構(gòu)件43,該框架構(gòu)件43具有設(shè)置在公共墨腔39的壁表面的中央部分上的長(zhǎng)20mm寬1.2mm的開口。將厚度為20μm的聚酰胺樹脂膜粘到框架43的開口處。通過(guò)厭氧粘接劑將這個(gè)框架構(gòu)件43粘接到振動(dòng)板36的后表面和底座基板32的端部表面上,從而構(gòu)成噴墨記錄頭。
將按照上述方式生產(chǎn)的噴墨記錄頭安裝到打印機(jī)上,并且進(jìn)行打印測(cè)試。打印測(cè)試的結(jié)果證明,可以實(shí)現(xiàn)滿意的打印,而不會(huì)產(chǎn)生遭到惡化的畫面質(zhì)量,即使當(dāng)通過(guò)從所有的噴嘴33噴射墨水來(lái)進(jìn)行多次打印時(shí)也是如此。
作為比較之用,制作了具有粘貼在開口上的尺寸為37mm×2mm并且是為公共墨腔39的整個(gè)側(cè)表面設(shè)置的聚酰胺樹脂膜的噴墨記錄頭。此外,將這個(gè)噴墨記錄頭安裝到打印機(jī)上,并且進(jìn)行打印測(cè)試。打印測(cè)試的結(jié)果證明,通過(guò)打印產(chǎn)生了遭到惡化的圖像質(zhì)量。
因此證明,通過(guò)按照本發(fā)明的記錄頭的這一第二實(shí)施方式改善了噴墨特性。
下面,將會(huì)給出生產(chǎn)按照本發(fā)明的記錄頭的第二實(shí)施方式的第二種方法的說(shuō)明。
使用厭氧粘接劑將用作壓力轉(zhuǎn)換裝置的疊層壓電元件粘接在由專用不銹鋼(SUS)制成的支撐基板(底座基板32)上,并且使用切割鋸在壓電元件中形成凹槽,從而形成分開以致與各個(gè)受壓墨腔34相對(duì)應(yīng)的壓電元件37。通過(guò)焊接將用作導(dǎo)體構(gòu)件的FPC線纜45與形成有凹槽的壓電元件37的側(cè)表面連接起來(lái),以形成催動(dòng)器單元。
另一方面,通過(guò)蝕刻形成采用電鑄法形成的噴嘴板38和振動(dòng)板36以及由硅制成的流動(dòng)通道構(gòu)成基板(墨腔基板)31。以高精度對(duì)噴嘴板38、振動(dòng)板36和流動(dòng)通道構(gòu)成基板31進(jìn)行定位和疊置,并且將環(huán)氧樹脂涂覆到各個(gè)接合面上,以將噴嘴板38、振動(dòng)板36和流動(dòng)通道構(gòu)成基板31粘接在一起。通過(guò)環(huán)氧粘接劑將催動(dòng)器單元的壓電元件37的頂表面粘接到振動(dòng)板36的后表面上。
形成公共墨腔39,該公共墨腔8沿其長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度為63mm,沿其短邊的長(zhǎng)度為2.5mm,而深度為3mm。用樹脂制成框架構(gòu)件43,該框架構(gòu)件43具有設(shè)置在公共墨腔39的壁表面的中央部分上的長(zhǎng)25mm寬1.2mm的開口。通過(guò)厭氧粘接劑將這個(gè)框架構(gòu)件43粘接到振動(dòng)板36的后表面和底座基板32的端部表面上,使得振動(dòng)板36覆蓋住框架構(gòu)件43的開口,從而構(gòu)成噴墨記錄頭。
將按照上述方式生產(chǎn)的噴墨記錄頭安裝到打印機(jī)上,并且進(jìn)行打印測(cè)試。打印測(cè)試的結(jié)果證明,可以實(shí)現(xiàn)滿意的打印,而不會(huì)產(chǎn)生遭到惡化的畫面質(zhì)量,即使當(dāng)通過(guò)從所有的噴嘴33噴射墨水來(lái)進(jìn)行多次打印時(shí)也是如此。
因此證明,通過(guò)按照本發(fā)明的記錄頭的這一第二實(shí)施方式改善了噴墨特性。
為了滿足進(jìn)一步增大記錄速度和進(jìn)一步提高噴墨記錄設(shè)備所記錄圖像的畫面質(zhì)量需求,可以增大噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)頻率或增加每個(gè)噴墨記錄頭的噴嘴數(shù)量。
不過(guò),當(dāng)增大噴墨記錄頭的驅(qū)動(dòng)頻率時(shí),由于從受壓墨腔到公共墨腔傳播的壓力的反射,受壓墨腔中的壓力會(huì)經(jīng)歷復(fù)雜的行為,從而變得難以精確地噴射墨滴。另一方面,當(dāng)噴嘴數(shù)量較大時(shí),公共墨腔沿其縱向的端部有時(shí)具有變窄的形狀,以便合乎要求地噴出公共墨腔中的氣泡。但是因?yàn)樽冋男螤睿材粌?nèi)的壓力變化沿其縱向朝著端部變大,并且對(duì)受壓墨腔的壓力的影響沿著公共墨腔的縱向從其端部比中央部分要大。換句話說(shuō),受壓墨腔的壓力動(dòng)態(tài)依據(jù)各個(gè)受壓墨腔所處的位置而不同,并且極難適當(dāng)控制所有受壓墨腔的壓力動(dòng)態(tài)。由于這個(gè)原因,不僅期望公共墨腔中的壓力變化,而且期望抑制受壓墨腔的壓力變化,不管受壓墨腔的所處位置如何。
在日本專利第3069477號(hào)中提出了一種通過(guò)在公共墨腔中設(shè)置氣腔以起到空氣緩沖器的作用來(lái)抑制公共墨腔中的壓力變化的方法。此外,在日本公開專利申請(qǐng)第7-171969號(hào)中提出了一種通過(guò)為墨腔的至少一部分使用多孔或蜂窩狀彈性材料來(lái)吸收噴墨產(chǎn)生的壓力的方法。
日本公開專利申請(qǐng)第9-141856號(hào)中提出,在公共墨腔的一部分中設(shè)置緩沖腔,并且在受壓墨腔和能量產(chǎn)生部分之間設(shè)置彈性構(gòu)件來(lái)截?cái)嗑彌_腔和公共墨腔,從而使用彈性構(gòu)件作為緩沖器。此外,日本公開專利申請(qǐng)第2000-301714號(hào)中提出,在公共墨腔中設(shè)置包括壓電元件的彈性層,并且通過(guò)依據(jù)公共墨腔的壓力對(duì)壓電元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)來(lái)吸收壓力。
不過(guò),按照日本專利第3069477號(hào)中提出的方法,氣腔中的空氣量不能由其自身恢復(fù),從而難以長(zhǎng)時(shí)間保持緩沖效果。因此,需要不斷控制氣腔中容納的空氣量,為了實(shí)現(xiàn)這樣的控制,需要加熱元件,并且當(dāng)用在使用除了熱力催動(dòng)器之外的催動(dòng)器的噴墨記錄頭中時(shí),所提出的方法難于實(shí)現(xiàn),或者會(huì)使成本升高。而且,氣腔中空氣量的自身控制是很難的,并且從氣腔中分離出來(lái)的空氣可能會(huì)進(jìn)入受壓墨腔中,從而阻止了受壓墨腔的壓力充分增大。結(jié)果,在最壞的情況下,可能會(huì)發(fā)生噴墨失敗。
按照日本公開專利申請(qǐng)第7-171969號(hào)中提出的方法,需要額外的工藝來(lái)設(shè)置多孔或蜂窩狀材料,從而噴墨記錄頭的成本升高。
此外,按照日本公開專利申請(qǐng)第9-141856號(hào)中提出的方法,需要確保用于緩沖腔的足夠大的面積,以獲得足夠的緩沖效果。但是結(jié)果,公共墨腔形狀的設(shè)計(jì)自由度受到了限制,從而變得難于形成能夠符合要求地噴射出氣泡的公共墨腔。
而且,按照日本公開專利申請(qǐng)第2000-301714號(hào)提出的方法,難以將壓電元件控制得有效地吸收壓力,并且必須額外地設(shè)置控制單元來(lái)控制壓電元件。從而,噴墨記錄設(shè)備的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜并且噴墨記錄設(shè)備的成本升高。
由此,現(xiàn)在將給出按照本發(fā)明的記錄頭的第三實(shí)施方式的說(shuō)明,這種記錄頭具有得到減小的尺寸和成本,并且能夠提高噴墨特性。
將參照?qǐng)D30到34給出記錄頭的第三實(shí)施方式的說(shuō)明。圖30是表示記錄頭的第三實(shí)施方式的立體圖。圖31是表示沿著圖30中的直線A-A截取的記錄頭的第三實(shí)施方式的截面圖,而圖32是表示沿著圖30中的直線B-B截取的記錄頭的第三實(shí)施方式的截面圖。此外,圖33是表示記錄頭的第三實(shí)施方式的分解立體圖,而圖34是表示圖33中所示振動(dòng)板從其底表面觀察的立體圖。按照記錄頭的這一第三實(shí)施方式,本發(fā)明應(yīng)用于噴墨記錄頭。
圖30到33所示的噴墨記錄頭包括由單晶硅(Si)制成的流動(dòng)通道構(gòu)成基板(墨腔基板)401、設(shè)置在流動(dòng)通道構(gòu)成基板401的下表面上的振動(dòng)板402、設(shè)置在流動(dòng)通道構(gòu)成基板401的上表面上的噴嘴板403。流動(dòng)通道構(gòu)成基板401、振動(dòng)板402和噴嘴板403構(gòu)成了受壓墨腔406和公共墨腔408。噴射墨滴的各個(gè)噴嘴經(jīng)噴嘴通路405與一個(gè)受壓墨腔406相通,該受壓墨腔406構(gòu)成了流動(dòng)通道。公共墨腔408經(jīng)供墨通道(連通部件)409向受壓墨腔406供應(yīng)墨水,連通部件409構(gòu)成了阻流部分。
在振動(dòng)板402的外表面一側(cè)上,即,在與受壓墨腔406相反的一側(cè)上,針對(duì)各個(gè)受壓墨腔406,設(shè)置了疊層壓電元件412,作為壓力產(chǎn)生裝置(或催動(dòng)器裝置)。該壓電元件412是公知的電子機(jī)械轉(zhuǎn)換元件,并且固定在底座基板413上,該底座基板413由諸如金屬或陶瓷之類的高剛度材料制成。
在兩個(gè)相鄰的受壓墨腔406之間設(shè)置了間隔壁401a。在相鄰的壓電元件412之間與間隔壁401a相應(yīng)的位置上設(shè)置了支撐部分414。按照這種實(shí)施方式,對(duì)壓電元件構(gòu)件進(jìn)行了不全切(半切)切割,以形成梳形切口,從而每隔梳形的一個(gè)齒形成一個(gè)壓電元件412,并且由兩個(gè)形成壓電元件的相鄰齒之間的齒構(gòu)成支撐部分414。支撐部分414和壓電元件412具有相同的結(jié)構(gòu),只是支撐部分414不起壓電元件412的作用,因?yàn)椴粚?duì)其施加驅(qū)動(dòng)電壓。
通過(guò)粘接劑將框架構(gòu)件415設(shè)置在振動(dòng)板402的外周部分上。如圖33所示,在框架構(gòu)件415上形成有構(gòu)成公共墨腔408的凹槽部分。此外,在框架構(gòu)件415上形成有供墨開口416,該供墨開口416從外部向公共墨腔408供應(yīng)墨水。這個(gè)供墨開口416與諸如墨盒之類的供墨源(未示出)連通。例如,框架構(gòu)件415是通過(guò)注模工藝由環(huán)氧樹脂或聚亞苯基亞硫酸脂(polyphenylene sulfite)制成的。
通過(guò)使用諸如氫氧化鉀(KOH)溶液之類的堿性蝕刻劑,對(duì)具有<110>晶體取向的單晶硅基板進(jìn)行各向異性蝕刻,在流動(dòng)通道構(gòu)成基板401上形成了用于構(gòu)成噴嘴通路405、受壓墨腔406和供墨通道407的孔、槽等。當(dāng)然,也可以使用除了硅之外的材料,比如不銹鋼和光電導(dǎo)(或光敏)樹脂,來(lái)制作流動(dòng)通道構(gòu)成基板401。
振動(dòng)板402由金屬板制成,該金屬板例如是通過(guò)電鑄工藝形成的。按照本實(shí)施方式,振動(dòng)板由具有2層結(jié)構(gòu)的鎳(Ni)板制成。不過(guò),除了鎳之外的材料,比如其它的金屬、樹脂、金屬和樹脂層的疊層結(jié)構(gòu)以及金屬層的疊層結(jié)構(gòu),也用于制作振動(dòng)板402。
在噴嘴板403上形成與受壓墨腔406之一相對(duì)應(yīng)的各個(gè)噴嘴404,這些噴嘴404具有大約10μm到大約35μm的直徑。噴嘴板403可以由諸如不銹鋼和鎳(Ni)之類的金屬、金屬和諸如聚酰亞胺樹脂膜之類的樹脂的組合物、硅或這些材料的組合物制成。按照本實(shí)施方式,噴嘴板403是由采用電鑄工藝形成的鍍鎳層制成的。噴嘴404的內(nèi)部形狀(或內(nèi)壁形狀)可以是喇叭形、近似圓柱形或者近似錐形,使得噴嘴在噴墨側(cè)的直徑為大約20μm到大約35μm。在每列噴嘴404中,噴嘴404是以150dpi的間距排列的。
在噴嘴板403的噴嘴表面(即,墨水從其噴出的表面)上形成有斥水層,以確保噴嘴表面不沾墨水。可以采用公知的方法,比如電鍍和涂覆斥水層,在噴嘴表面上形成斥水層。更加具體地講,PTFE-Ni共晶電鍍、氟樹脂地電解沉積、蒸發(fā)氟樹脂的蒸鍍和涂覆硅樹脂或氟樹脂溶液之后的烘焙可以作為公知方法使用。通過(guò)根據(jù)墨水成分和特性選擇斥水層,能夠穩(wěn)定墨滴的形狀和噴墨特性,并且獲得高的畫面質(zhì)量。
壓電元件412具有由交替疊置的壓電層和內(nèi)電極層組成的疊層結(jié)構(gòu)。壓電層是由厚度為大約10μm到大約50μm的鋯鈦酸鉛(PZT)制成的,并且內(nèi)電極層是由厚度為幾個(gè)μm的銀鈀(AgPd)制成的。此外,內(nèi)電極層交替地與端面電極(外部或獨(dú)立電極)和公共電極電連接,并且驅(qū)動(dòng)信號(hào)是經(jīng)FPC線纜417供應(yīng)給這些電極的。將受壓墨腔406制成隨著壓電常數(shù)為d23的壓電元件412的收縮與膨脹而收縮膨脹。壓電元件412在有對(duì)其施加的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)候膨脹并且進(jìn)行充電,并且壓電元件412在電荷進(jìn)行放電時(shí)沿相反的方向收縮。
如圖33所示,公共墨腔408具有在平面圖內(nèi)沿著受壓墨腔406(或噴嘴404)的排列方向的細(xì)長(zhǎng)矩形形狀。這一受壓墨腔406排列的方向也稱為公共墨腔408的縱向。
構(gòu)成受壓墨腔406的壁表面的振動(dòng)板402構(gòu)成公共墨腔408的壁表面的一部分。由振動(dòng)板402形成的公共墨腔408的這部分壁表面稱為自由振動(dòng)表面421。如圖34所示,其中忽略了與壓電元件412相連接的部分,自由振動(dòng)表面421包括較厚部分422和較薄部分423。較厚部分422和較薄部分423具有大致為矩形的平面形狀,并且以沿著公共墨腔408的縱向延伸的條帶樣式設(shè)置。在這種情況下,振動(dòng)板402具有三層組成的疊層結(jié)構(gòu),并且較厚部分422是由疊層結(jié)構(gòu)的全部三層構(gòu)成的,而較薄部分423僅僅是由疊層結(jié)構(gòu)中的一層構(gòu)成的。當(dāng)然,在較薄部分423由一層構(gòu)成的情況下,較厚部分422也可以由兩層構(gòu)成,或者,在較薄部分423由兩層構(gòu)成的情況下,較厚部分422可以由三層構(gòu)成。
當(dāng)有選擇地將大約20V到大約50V的驅(qū)動(dòng)脈沖電壓施加給具有上述結(jié)構(gòu)的噴墨記錄頭的壓電元件412時(shí),施加了驅(qū)動(dòng)脈沖電壓的壓電元件412在壓電元件412的各層疊置的方向上發(fā)生位移,從而振動(dòng)板402在相應(yīng)噴嘴404的方向上發(fā)生形變。結(jié)果,相應(yīng)受壓墨腔406的容積或容量發(fā)生變化,從而對(duì)該受壓墨腔406內(nèi)的墨水施加了壓力,并且使墨滴從相應(yīng)噴嘴404中噴出,實(shí)現(xiàn)了噴墨記錄。
隨著墨水的噴出,受壓墨腔406中的墨水壓力降低,從而在墨流的慣性的作用下,在受壓墨腔406中產(chǎn)生了微小的負(fù)壓。在這種狀態(tài)下,當(dāng)停止向壓電元件412施加驅(qū)動(dòng)脈沖電壓時(shí),即,當(dāng)切斷驅(qū)動(dòng)脈沖電壓時(shí),振動(dòng)板402回復(fù)到其初始位置并且受壓墨腔406回復(fù)到其初始形狀,結(jié)果,在受壓墨腔406內(nèi)進(jìn)一步地產(chǎn)生了負(fù)壓。在這一狀態(tài)下,墨水得以經(jīng)公共墨腔408和構(gòu)成阻流部分的供墨通道407從供墨開口409供應(yīng)給受壓墨腔406。因此,在噴嘴404上的墨水彎液面的振動(dòng)受到抑制并且穩(wěn)定之后,向壓電元件412施加驅(qū)動(dòng)脈沖電壓,以噴射墨滴,從而實(shí)現(xiàn)下一次噴墨記錄。
當(dāng)在受壓墨腔406上施加壓力以噴出墨滴時(shí),在受壓墨腔406中產(chǎn)生的壓力波經(jīng)供墨通道407和供墨開口409傳播到了公共墨腔408中。不過(guò),在公共墨腔408中,由于構(gòu)成公共墨腔408的壁表面的自由振動(dòng)表面421的較薄部分423的作用,壓力變化得到了吸收和緩沖。結(jié)果,阻止了壓力波反射回受壓墨腔406,從而改善了彎液面(meniscus)的可控性和噴墨特性。
本發(fā)明人針對(duì)具有由振動(dòng)板403自身(僅使用較厚部分422)構(gòu)成的公共墨腔408的壁表面的第三比較例和具有由包括較厚部分422和較薄部分423的自由振動(dòng)表面421構(gòu)成的公共墨腔408的壁表面的記錄頭的這一第三實(shí)施方式進(jìn)行了數(shù)值模擬。針對(duì)記錄頭的第三比較例和這一第三實(shí)施方式,對(duì)位于公共墨腔408中央部分的受壓墨腔406的壓力變化和位于公共墨腔408沿著其縱向的端部的受壓墨腔406的壓力變化進(jìn)行了比較。
在向壓電元件412供應(yīng)了驅(qū)動(dòng)脈沖電壓以對(duì)相應(yīng)的受壓墨腔406施加壓力之后,對(duì)20μs時(shí)間期間的受壓墨腔406的壓力變化的有效值求平均。我們發(fā)現(xiàn),對(duì)于第三比較例而言,位于公共墨腔408的端部的受壓墨腔406的壓力變化比位于公共墨腔408中央部分的情況大大約15%,并且該壓力變化比較大。另一方面,我們發(fā)現(xiàn),對(duì)于記錄頭的第三實(shí)施方式而言,位于公共墨腔408的端部受壓墨腔406的壓力變化僅比位于公共墨腔408的中央部分的情況大大約2%,并且該壓力變化比較小。因此,證明通過(guò)由較薄部分423和較厚部分422來(lái)形成自由振動(dòng)表面421,使得壓力吸收效率得到了提高。
將第三比較例和記錄頭的這一第三實(shí)施方式分別安裝在打印機(jī)上并且進(jìn)行了打印測(cè)試。打印測(cè)試的結(jié)果證明,當(dāng)通過(guò)從所有噴嘴404噴射墨水由第三比較例進(jìn)行了多次打印時(shí),產(chǎn)生了下降的畫面質(zhì)量。但是另一方面,我們發(fā)現(xiàn),通過(guò)記錄頭的這一第三實(shí)施方式可以實(shí)現(xiàn)滿意的打印,而不會(huì)產(chǎn)生下降的畫面質(zhì)量,即使當(dāng)通過(guò)從所有噴嘴404噴射墨水進(jìn)行了多次打印時(shí)也是如此。
因此,由于公共墨腔408的至少一部分壁表面是由具有較厚部分422和較薄部分423的自由振動(dòng)表面421構(gòu)成的,因此公共墨腔408的壓力可以被較薄部分422吸收,同時(shí)自由振動(dòng)表面421的剛度和強(qiáng)度可以由較厚部分422來(lái)維持。由于這一原因,可以采用簡(jiǎn)單的工藝來(lái)生產(chǎn)噴墨記錄頭。此外,公共墨腔408中的壓力變化能夠得到有效的緩沖或吸收,并且彎液面的可控性和噴墨特性可以得到改善。還能夠改善氣泡噴出,并且能夠提高噴墨記錄頭的設(shè)計(jì)自由度。
換句話說(shuō),通過(guò)在公共墨腔408中設(shè)置自由振動(dòng)表面421,公共墨腔408的壓力可以通過(guò)自由振動(dòng)表面421的緩沖作用得到降低。但是由于緩沖能力隨著自由振動(dòng)表面421變薄而增大,因此最好為公共墨腔408的整個(gè)壁表面設(shè)置較薄的自由振動(dòng)表面421。不過(guò),從加工和組裝的角度看,很難形成覆蓋大面積的薄的自由振動(dòng)表面421,并且這樣的薄的自由振動(dòng)表面421的強(qiáng)度可能會(huì)不足。因此,記錄頭的這一第三實(shí)施方式在自由振動(dòng)表面421上設(shè)置了較厚部分422和較薄部分423,從而可以采用簡(jiǎn)單的工藝來(lái)生產(chǎn)噴墨記錄頭、自由振動(dòng)表面421具有足夠的強(qiáng)度、能夠獲得有效的緩沖效果并且能夠降低公共墨腔408內(nèi)的壓力。
在這種情況下,自由振動(dòng)表面421和設(shè)置在受壓墨腔406的一個(gè)表面上的振動(dòng)板402可以整個(gè)由同一層形成,從而減少了噴墨記錄頭的組成部分的數(shù)量。因?yàn)檎駝?dòng)板402和自由振動(dòng)表面421可同時(shí)由同一次工藝形成,因此能夠降低生產(chǎn)成本和生產(chǎn)工序和組裝工序的數(shù)量。這是因?yàn)?,在形成了?gòu)成受壓墨腔406的部分和構(gòu)成公共墨腔408的部分之后,受壓墨腔406和公共墨腔408可以通過(guò)連接構(gòu)成振動(dòng)板402和自由振動(dòng)表面421的層的簡(jiǎn)單工序來(lái)形成。
通過(guò)為自由振動(dòng)表面421采用疊層結(jié)構(gòu),能夠通過(guò)相對(duì)于構(gòu)成較厚部分422的層數(shù)改變構(gòu)成較薄部分423的層數(shù)這一簡(jiǎn)單工序形成較薄部分423??梢酝ㄟ^(guò)由組成疊層結(jié)構(gòu)的所有的層(最大層數(shù))來(lái)形成較厚部分422,采用簡(jiǎn)單的工序?qū)⒄駝?dòng)表面421形成得具有足夠的強(qiáng)度。
下面,將參照?qǐng)D35和36給出按照本發(fā)明的記錄頭的第三實(shí)施方式的第一修改實(shí)施方式的介紹。圖35是表示記錄頭的第三實(shí)施方式的第一修改實(shí)施方式的分解立體圖,而圖36是表示從振動(dòng)板的底表面觀看的圖35中所示的振動(dòng)板的立體圖。在圖35和36中,與圖30到34中的相應(yīng)部分本質(zhì)相同的那些部分由相同的圖標(biāo)記標(biāo)注,并且省略了對(duì)它們的說(shuō)明。
圖35中所示的構(gòu)成公共墨腔408的壁表面的自由振動(dòng)板421具有設(shè)置在其外周部分上的較薄部分423,如圖36所示,和以島狀形成在自由振動(dòng)板421的中心部分的較厚部分422。
將第三比較例和記錄頭的這一第三實(shí)施方式的第一修改實(shí)施方式分別安裝在打印機(jī)上并且進(jìn)行了打印測(cè)試。打印測(cè)試的結(jié)果證明,當(dāng)通過(guò)從所有噴嘴404噴射墨水由第三比較例進(jìn)行了多次打印時(shí),產(chǎn)生了下降的畫面質(zhì)量。但是另一方面,我們發(fā)現(xiàn),通過(guò)記錄頭的這一第三實(shí)施方式的第一修改實(shí)施方式可以實(shí)現(xiàn)滿意的打印,而不會(huì)產(chǎn)生下降的畫面質(zhì)量,即使當(dāng)通過(guò)從所有噴嘴404噴射墨水進(jìn)行了多次打印時(shí)也是如此。
下面,將參照?qǐng)D37和38給出按照本發(fā)明的記錄頭的第三實(shí)施方式的第二修改實(shí)施方式的介紹。圖37是表示記錄頭的第三實(shí)施方式的第二修改實(shí)施方式的分解立體圖,而圖38是表示從振動(dòng)板的底表面觀看的圖37中所示的振動(dòng)板的立體圖。在圖37和38中,與圖30到34中的相應(yīng)部分本質(zhì)相同的那些部分由相同的圖標(biāo)記標(biāo)注,并且省略了對(duì)它們的說(shuō)明。
圖37中所示的構(gòu)成公共墨腔408的壁表面的自由振動(dòng)板421具有設(shè)置在其外周部分上每一邊上的兩個(gè)較薄部分423,如圖38所示,和以島狀形成在自由振動(dòng)板421的中心部分的較厚部分422,較厚部分422形成在各個(gè)較薄部分423之內(nèi)和沿著公共墨腔408的縱向分開的相鄰較薄部分423之間。
將第三比較例和記錄頭的這一第三實(shí)施方式的第二修改實(shí)施方式分別安裝在打印機(jī)上并且進(jìn)行了打印測(cè)試。打印測(cè)試的結(jié)果證明,當(dāng)通過(guò)從所有噴嘴404噴射墨水由第三比較例進(jìn)行了多次打印時(shí),產(chǎn)生了下降的畫面質(zhì)量。但是另一方面,我們發(fā)現(xiàn),通過(guò)記錄頭的第三實(shí)施方式的這一第二修改實(shí)施方式可以實(shí)現(xiàn)滿意的打印,而不會(huì)產(chǎn)生下降的畫面質(zhì)量,即使當(dāng)通過(guò)從所有噴嘴404噴射墨水進(jìn)行了多次打印時(shí)也是如此。
下面,將參照?qǐng)D39和40給出按照本發(fā)明的記錄頭的第三實(shí)施方式的第三修改實(shí)施方式的介紹。圖39是表示記錄頭的第三實(shí)施方式的第三修改實(shí)施方式的分解立體圖,而圖40是表示從振動(dòng)板的底表面觀看的圖39中所示的振動(dòng)板的立體圖。在圖39和40中,與圖30到34中的相應(yīng)部分本質(zhì)相同的那些部分由相同的圖標(biāo)記標(biāo)注,并且省略了對(duì)它們的說(shuō)明。
如圖39所示,公共墨腔408在垂直于其縱向的方向上朝向端部40ga變窄,從而有效地排出氣泡。圖39中所示的構(gòu)成公共墨腔408的壁表面的自由振動(dòng)板421具有于公共墨腔408的形狀相應(yīng)設(shè)置的較厚部分422和較薄部分423。就是說(shuō),較薄部分423具有于公共墨腔408的端部408a的形狀相應(yīng)的形狀。
將第三比較例和記錄頭的這一第三實(shí)施方式的第三修改實(shí)施方式分別安裝在打印機(jī)上并且進(jìn)行了打印測(cè)試。打印測(cè)試的結(jié)果證明,當(dāng)通過(guò)從所有噴嘴404噴射墨水由第三比較例進(jìn)行了多次打印時(shí),產(chǎn)生了下降的畫面質(zhì)量。但是另一方面,我們發(fā)現(xiàn),通過(guò)記錄頭的第三實(shí)施方式的這一第三修改實(shí)施方式可以實(shí)現(xiàn)滿意的打印,而不會(huì)產(chǎn)生下降的畫面質(zhì)量,即使當(dāng)通過(guò)從所有噴嘴404噴射墨水進(jìn)行了多次打印時(shí)也是如此。
通過(guò)在自由振動(dòng)板421的寬度在垂直于公共墨腔408的縱向的方向上變窄的部分上或附近設(shè)置較薄部分423,能夠有效地抑制和緩沖公共墨腔408的壓力變化。換句話說(shuō),由于板構(gòu)件的緩沖能力近似與其長(zhǎng)度的立方成正比,如果自由振動(dòng)板421是沒(méi)有較薄部分423的板構(gòu)件,則在自由振動(dòng)板421寬度變窄的部分上緩沖能力急劇下降。因此,通過(guò)在自由振動(dòng)表面421寬度變窄的部分上或附近設(shè)置較薄部分423,能夠有效地減小公共墨腔408的壓力。
通過(guò)沿著公共墨腔408的縱向使較薄部分423朝向公共墨腔408的端部的形狀變窄,能夠改善墨水的流速,并且能夠有效地降低公共墨腔408的壓力,同時(shí)改善氣泡的噴出。
一般來(lái)說(shuō),如果公共墨腔沿著垂直與其縱向的方向截取的橫截面面積沿著縱向朝向端部減小并且自由振動(dòng)表面的寬度也朝向端部變窄,則緩沖能力將會(huì)降低,從而增大了公共墨腔內(nèi)的壓力。因此,朝向端部減小公共墨腔的橫截面面積將會(huì)大大影響公共墨腔內(nèi)的壓力。
但是按照記錄頭的這一第三實(shí)施方式,將較薄部分423設(shè)置在自由振動(dòng)板421在公共墨腔408的橫截面面積減小的位置處的部分上或附近。因此,能夠降低公共墨腔408內(nèi)的壓力。此外,能夠通過(guò)減小公共墨腔408朝向端部的橫截面面積來(lái)提高墨水流速。因此,能夠?qū)⒐材?08成形得在抑制公共墨腔408的壓力增大的同時(shí),可以使氣泡合乎要求地噴出。
下面,將參照?qǐng)D41和42給出按照本發(fā)明的成像設(shè)備的第三實(shí)施方式的說(shuō)明。圖41是用于解釋說(shuō)明按照本發(fā)明的成像設(shè)備的第三實(shí)施方式的一部分的側(cè)視圖,而圖42是表示圖41中所示的成像設(shè)備的一部分的平面圖。在成像設(shè)備的這一第三實(shí)施方式中,將本發(fā)明應(yīng)用于噴墨記錄設(shè)備。此外,成像設(shè)備的這一第三實(shí)施方式采用了按照本發(fā)明的承載架的第三實(shí)施方式。
在圖41和42中所示的噴墨記錄設(shè)備中,承載架703由引導(dǎo)桿701和支柱702可滑動(dòng)地支撐,引導(dǎo)桿701和支柱702是橫穿左和右側(cè)板(未示出)固定的。承載架703由主掃描電機(jī)704經(jīng)正時(shí)皮帶705沿著承載架掃描方向(主掃描方向)CSD運(yùn)動(dòng)。
承載架703包括由四個(gè)記錄頭707組成地記錄頭單元,這四個(gè)記錄頭707用于噴射Y、C、M和Bk墨水。各個(gè)記錄頭707具有上述的記錄頭的第三實(shí)施方式和第三實(shí)施方式的第一到第三修改實(shí)施方式中的任何一種的結(jié)構(gòu)。記錄頭707的噴嘴沿著垂直于主掃描方向的方向CSD排列,以致在圖41中向下噴射Y、C、M和Bk墨水。
如圖41所示,含有Y、C、M和Bk墨水并且向相應(yīng)的記錄頭707供應(yīng)Y、C、M和Bk墨水的子罐708設(shè)置在承載架703上。雖然在圖41中沒(méi)有示出,Y、C、M和Bk墨水是經(jīng)各個(gè)供墨管從主罐(或墨盒)供應(yīng)到子罐708的。
另一方面,設(shè)置了供紙部件(比如供紙盒710)來(lái)供應(yīng)記錄介質(zhì)712,比如疊放在堆疊部件711上的紙張。該供紙部件包括用于從分離和供應(yīng)疊放在堆疊部件711上的記錄介質(zhì)712的供紙輥713和面對(duì)著供紙輥713的分離墊714。分離墊714由摩擦系數(shù)大的材料制成,并且向供紙輥713施加負(fù)荷。
輸送部件將從供紙部件供應(yīng)的記錄介質(zhì)712輸送到記錄頭707下方。該輸送部件包括傳送帶712,記錄介質(zhì)712借助靜電吸引力粘附在該傳送帶上,并且由該傳送帶輸送;反向輥722,用于輸送經(jīng)反向輥722和傳送帶721之間的導(dǎo)軌715從供紙部分接收到的記錄介質(zhì)712;輸送導(dǎo)軌723,用于將幾乎垂直90度輸送的記錄介質(zhì)712翻轉(zhuǎn)成沿著傳送帶721;和末端推壓輥725,該通過(guò)推壓構(gòu)件724將該輥朝向傳送帶721推動(dòng)。充電輥726構(gòu)成充電裝置,用于對(duì)傳送帶721的表面充電。
傳送帶721是由沒(méi)有末端的帶子構(gòu)成的,它跨接在輸送輥727和拉緊輥728上。當(dāng)輸送輥727由子掃描電機(jī)731經(jīng)正時(shí)皮帶732和正時(shí)輥733轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),傳送帶721沿著圖42中所示的帶傳送方向BTD移動(dòng)。
傳送帶721包括前表面721a和后表面。前表面721a是由樹脂制成的,比如EFTE純材料,沒(méi)有經(jīng)過(guò)阻抗控制并且僅僅具有大約40μm的厚度。這一前表面721a構(gòu)成介質(zhì)粘附(或吸附)表面,記錄介質(zhì)712粘附于該表面上。后表面由與前表面721a相同的材料制成,但是使用碳進(jìn)行了阻抗控制,從而起到了中間電阻或接地層的作用。
充電輥726接觸傳送帶721的前表面721a,并且隨著傳送帶721的移動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。例如,在承載充電輥726的軸的兩端施加2.5N的推力。輸送輥727也起到接地輥的作用,并且與傳送帶721的后表面(中間電阻層)接觸,以使后表面接地。
與記錄頭707的記錄區(qū)域相對(duì)應(yīng)地,在傳送帶721的后側(cè)上設(shè)置了引導(dǎo)構(gòu)件736。引導(dǎo)構(gòu)件736地頂表面朝向記錄頭707凸出,高于連接輸送輥727和制成傳送帶721的拉緊輥728的切線。因此,傳送帶721被引導(dǎo)構(gòu)件736的頂表面向上推動(dòng),并且引導(dǎo)到了記錄頭707的記錄區(qū)域中。
設(shè)置了出紙部分來(lái)退出由記錄頭707記錄了圖像的記錄介質(zhì)712。出紙部分包括用于將記錄介質(zhì)712與傳送帶721分開的分離部分、出紙輥742和743以及出紙托架744,所退出的記錄介質(zhì)712堆放在該出紙托架744上。雙面供紙單元751可拆卸地設(shè)置在噴墨記錄設(shè)備地背部。該雙面供紙單元751將通過(guò)傳送帶721在反方向上運(yùn)動(dòng)并且在供應(yīng)翻面的記錄介質(zhì)712之前對(duì)其翻面而返回的記錄介質(zhì)712再次送入到反向輥722和傳送帶721之間。
記錄介質(zhì)712是一個(gè)個(gè)地從供紙部分分離并且供應(yīng)的,并且?guī)缀醮怪陛斔偷挠涗浗橘|(zhì)712由導(dǎo)軌715引導(dǎo),并且以?shī)A緊的狀態(tài)在傳送帶721和反向輥722之間輸送。此后,記錄介質(zhì)712的末端由輸送導(dǎo)軌723引導(dǎo),并且由末端推壓輥725推頂著傳送帶721,以翻轉(zhuǎn)記錄介質(zhì)712的輸送方向大約90度。
在控制電路(未示出)的控制下,來(lái)自高電壓源(未示出)的交流電壓供應(yīng)給充電輥726,從而正輸出和負(fù)輸出相對(duì)于充電輥726交替重復(fù)。因此,在傳送帶721上形成了交替電荷電壓分布模式,即,在子掃描方向上具有預(yù)定寬度的帶形內(nèi)交替地充電成正和負(fù)極性的電荷分布模式。子掃描方向相當(dāng)于傳送帶721的移動(dòng)方向。當(dāng)記錄介質(zhì)供應(yīng)到以這種方式充電的傳送帶721上時(shí),記錄介質(zhì)721被極化成與傳送帶721上的電荷分布模式相反的電荷,從而形成了并聯(lián)電容。結(jié)果,將記錄介質(zhì)712吸引到并粘附到傳送帶721上,并且在傳送帶721移動(dòng)的時(shí)候,記錄介質(zhì)712得以在子掃描方向上輸送。
在沿著主掃描方向CSD移動(dòng)承載架的同時(shí),根據(jù)圖像信號(hào)驅(qū)動(dòng)記錄頭707,使得墨滴從各個(gè)受到驅(qū)動(dòng)的記錄頭707中噴射到靜止的記錄介質(zhì)712上,以記錄一條線。在輸送了記錄介質(zhì)預(yù)定量之后,以同樣的方式記錄下一條線。當(dāng)接收到記錄終止信號(hào)或表示記錄介質(zhì)712的后端已經(jīng)到達(dá)記錄區(qū)域的信號(hào)時(shí),記錄操作終止并且將記錄介質(zhì)712退出到出紙托架744上。
在這種情況下,在各個(gè)噴墨記錄頭707中,公共墨腔的壓力變化得到了抑制,從而得到了穩(wěn)定的噴墨特性,如上面結(jié)合記錄頭的第三實(shí)施方式和第三實(shí)施方式的第一到第三修改實(shí)施方式所介紹的。由于這個(gè)原因,能夠在記錄介質(zhì)712上記錄具有高畫面質(zhì)量的圖像。
此外,按照本發(fā)明的記錄頭可以噴射除了墨水之外的流體,比如DNA樣本、抗蝕劑、成型材料等。按照本發(fā)明的承載架和成像設(shè)備可以配備這樣的噴射除了墨水之外的流體的記錄頭。
此外,本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施方式,在不超出本發(fā)明的范圍的情況下,可以進(jìn)行各種各樣的改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種記錄頭,包括多個(gè)用于噴射流體的噴嘴;多個(gè)受壓腔,它們沿著預(yù)定方向排列并且各自與相應(yīng)的噴嘴之一相通;和公共腔,具有多個(gè)壁表面,并且構(gòu)成為用于向受壓腔供應(yīng)流體,沿著預(yù)定方向的公共腔的壁表面中的至少一個(gè)具有壓力吸收表面,該壓力吸收表面具有低于其它壁表面的剛度,并且構(gòu)成為用于吸收壓力變化,所述壓力吸收表面是由具有非均一厚度的壓力吸收構(gòu)件構(gòu)成的。
2.按照權(quán)利要求1所述的記錄頭,其中壓力吸收表面分成一個(gè)中央部分和沿著預(yù)定方向位于中央部分兩側(cè)的兩個(gè)端部分,并且壓力吸收構(gòu)件在中央部分上的平均厚度大于該壓力吸收構(gòu)件在端部分上的平均厚度。
3.按照權(quán)利要求1所述的記錄頭,其中壓力吸收構(gòu)件具有較薄部分和較厚部分,這兩個(gè)部分具有至少兩種厚度。
4.按照權(quán)利要求3所述的記錄頭,其中較厚部分設(shè)置在壓力吸收構(gòu)件沿著預(yù)定方向的中央部分上,而較薄部分設(shè)置在壓力吸收構(gòu)件的中央部分沿著預(yù)定方向的兩側(cè)上。
5.按照權(quán)利要求3所述的記錄頭,其中壓力吸收構(gòu)件具有由多個(gè)層組成的疊層結(jié)構(gòu),并且構(gòu)成較薄部分的疊層結(jié)構(gòu)的層數(shù)不同于構(gòu)成較厚部分的疊層結(jié)構(gòu)的層數(shù)。
6.按照權(quán)利要求3所述的記錄頭,滿足關(guān)系2×1010<Ud2×Uy-2.5×Ux-3.5×E2/3<9×1010其中Ud(m)表示較薄部分的厚度,Uy(m)表示較薄部分沿垂直于預(yù)定方向的方向的長(zhǎng)度,Ux(m)表示較薄部分沿預(yù)定方向的長(zhǎng)度,和E(Pa)表示較薄部分的楊氏模量。
7.按照權(quán)利要求1所述的記錄頭,其中壓力吸收構(gòu)件具有100MPa或更大的楊氏模量。
8.按照權(quán)利要求1所述的記錄頭,其中壓力吸收構(gòu)件是由鎳制成的。
9.按照權(quán)利要求3所述的記錄頭,滿足關(guān)系0.25<Ux/Tx<0.45其中Ux(μm)指的是較薄部分沿預(yù)定方向X的長(zhǎng)度,而Tx(μm)指的是壓力吸收構(gòu)件沿預(yù)定方向X的總長(zhǎng)度。
10.按照權(quán)利要求2所述的記錄頭,其中壓力吸收構(gòu)件的端部包括設(shè)置在其一部分中的第二較厚部分。
11.按照權(quán)利要求10所述的記錄頭,其中壓力吸收構(gòu)件的較厚部分和第二較厚部分具有相同的厚度。
12.按照權(quán)利要求1所述的記錄頭,還包括振動(dòng)板,構(gòu)成受壓腔的至少一個(gè)表面,其中一個(gè)層形成所述振動(dòng)板和壓力吸收構(gòu)件的至少一部分。
13.一種線型記錄頭,包括如權(quán)利要求1中所述的記錄頭。
14.一種記錄頭,包括多個(gè)用于噴射流體的噴嘴;多個(gè)受壓腔,它們沿著預(yù)定方向排列并且各自與相應(yīng)的噴嘴之一相通;和公共腔,具有多個(gè)壁表面,并且構(gòu)成為用于向受壓腔供應(yīng)流體;和多個(gè)壓力轉(zhuǎn)換裝置,用于改變?cè)谠撌軌呵恢畠?nèi)的壓力,公共腔的壁表面中沿著預(yù)定方向的至少一個(gè)具有壓力吸收表面,該壓力吸收表面具有低于其它壁表面的剛度,并且構(gòu)成為用于吸收壓力變化,所述壓力吸收表面是由具有剛度不同的多個(gè)部分的壓力吸收構(gòu)件構(gòu)成的。
15.一種線型記錄頭,包括如權(quán)利要求14所述的記錄頭。
16.一種承載架,包括如權(quán)利要求1所述的記錄頭;和流體盒,構(gòu)成為用于向記錄頭供應(yīng)流體。
17.一種承載架,包括如權(quán)利要求14所述的記錄頭;和流體盒,構(gòu)成為用于向記錄頭供應(yīng)流體。
18.一種成像設(shè)備,包括如權(quán)利要求1所述的記錄頭;流體盒,構(gòu)成為用于向記錄頭供應(yīng)流體,承載架,容納著記錄頭和流體盒,構(gòu)成為用于在垂直于預(yù)定方向的主掃描方向上移動(dòng)。
19.一種成像設(shè)備,包括如權(quán)利要求14所述的記錄頭;流體盒,構(gòu)成為用于向記錄頭供應(yīng)流體,承載架,容納著記錄頭和流體盒,構(gòu)成為用于在垂直于預(yù)定方向的主掃描方向上移動(dòng)。
20.一種記錄頭,包括多個(gè)用于噴射流體的噴嘴;多個(gè)受壓腔,它們沿著預(yù)定方向排列并且各自與相應(yīng)的噴嘴之一相通;公共腔,具有多個(gè)壁表面,并且構(gòu)成為用于向受壓腔供應(yīng)流體;和多個(gè)壓力轉(zhuǎn)換裝置,用于改變?cè)谠撌軌呵恢畠?nèi)的壓力,公共腔的壁表面中沿著預(yù)定方向的至少一個(gè)具有緩沖表面,該緩沖表面具有低于其它壁表面的剛度,并且構(gòu)成為用于通過(guò)振動(dòng)吸收壓力,所述緩沖表面是由壓力吸收構(gòu)件構(gòu)成的,該壓力吸收構(gòu)件局部具有沒(méi)有形成緩沖表面的區(qū)域,以致緩沖表面沿著預(yù)定方向延伸了小于公共墨腔沿著預(yù)定方向的總長(zhǎng)度的長(zhǎng)度。
21.按照權(quán)利要求20所述的記錄頭,其中壓力吸收構(gòu)件具有構(gòu)成緩沖表面的連續(xù)表面。
22.按照權(quán)利要求20所述的記錄頭,其中所述區(qū)域設(shè)置在所述公共腔的壁表面中沿著預(yù)定方向的至少一個(gè)的兩端
23.按照權(quán)利要求20所述的記錄頭,其中構(gòu)成受壓腔的至少一部分壁表面具有低于其它壁表面的剛度,以構(gòu)成壓力轉(zhuǎn)換裝置的振動(dòng)板,和振動(dòng)板和緩沖表面都是由共用的第一層構(gòu)成的。
24.按照權(quán)利要求23所述的記錄頭,還包括第二層,局部形成在共用的第一層上,并且構(gòu)成所述區(qū)域,所述共用第一層沿著預(yù)定方向延伸,并且由其沒(méi)有在其上形成第二層的表面構(gòu)成緩沖表面。
25.按照權(quán)利要求20所述的記錄頭,其中緩沖表面具有低于公共腔的其它壁表面的彈性。
26.按照權(quán)利要求20所述的記錄頭,其中構(gòu)成緩沖表面的壓力吸收構(gòu)件的彈性Gd(Pa)滿足關(guān)系1.0×10-13<Lx-1×Ldx×Ldy×Td-0.3×Gd-1<2.0×10-13其中Lx(m)表示公共腔沿預(yù)定方向的長(zhǎng)度,Ldx(m)表示壓力吸收構(gòu)件沿預(yù)定方向的緩沖面的長(zhǎng)度,Lyx(m)表示壓力吸收構(gòu)件沿垂直于預(yù)定方向的方向的緩沖面的長(zhǎng)度,而Td(m)表示構(gòu)成緩沖表面的壓力吸收構(gòu)件的厚度。
27.一種承載架,包括如權(quán)利要求20所述的記錄頭;和流體盒,構(gòu)成為用于向記錄頭供應(yīng)流體。
28.一種成像設(shè)備,包括如權(quán)利要求20所述的記錄頭;流體盒,構(gòu)成為用于向記錄頭供應(yīng)流體,承載架,容納著記錄頭和流體盒,構(gòu)成為用于在垂直于預(yù)定方向的主掃描方向上移動(dòng)。
29.一種記錄頭,包括多個(gè)用于噴射流體的噴嘴;多個(gè)受壓腔,它們沿著預(yù)定方向排列并且各自與相應(yīng)的噴嘴之一相通;和公共腔,具有多個(gè)壁表面,并且構(gòu)成為用于向受壓腔供應(yīng)流體,公共腔的至少一個(gè)壁表面具有自由振動(dòng)表面,該自由振動(dòng)表面具有較厚部分和較薄部分。
30.按照權(quán)利要求29所述的記錄頭,其中構(gòu)成自由振動(dòng)表面的構(gòu)件一體地構(gòu)成受壓腔的表面。
31.按照權(quán)利要求29所述的記錄頭,其中構(gòu)成自由振動(dòng)表面的構(gòu)件具有由多個(gè)疊層組成的疊層結(jié)構(gòu)。
32.按照權(quán)利要求30所述的記錄頭,其中較厚部分的厚度與構(gòu)成受壓腔的壁表面的構(gòu)件的厚度相等。
33.按照權(quán)利要求29所述的記錄頭,其中較薄部分安排在自由振動(dòng)表面上自由振動(dòng)表面沿著垂直于預(yù)定方向的方向的寬度比其它部分窄的部分附近。
34.按照權(quán)利要求29所述的記錄頭,其中較薄部分安排在公共腔上沿著垂直于預(yù)定方向的方向截取的公共腔的橫截面積比其它部分減小的部分的附近。
35.按照權(quán)利要求29所述的記錄頭,其中沿著垂直于預(yù)定方向的方向截取的公共腔的橫截面積朝向公共腔沿著預(yù)定方向的端部減小。
36.一種承載架,包括如權(quán)利要求29所述的記錄頭;和流體盒,構(gòu)成為用于向記錄頭供應(yīng)流體。
37.一種成像設(shè)備,包括如權(quán)利要求29所述的記錄頭;流體盒,構(gòu)成為用于向記錄頭供應(yīng)流體,承載架,容納著記錄頭和流體盒,構(gòu)成為用于在垂直于預(yù)定方向的主掃描方向上移動(dòng)。
全文摘要
一種記錄頭,配備有多個(gè)用于噴射流體的噴嘴;多個(gè)受壓腔,它們沿著預(yù)定方向排列并且各自與相應(yīng)的噴嘴之一相通;和公共腔,具有多個(gè)壁表面,并且構(gòu)成為用于向受壓腔供應(yīng)流體。公共腔的壁表面中沿著預(yù)定方向的至少一個(gè)具有壓力吸收表面,該壓力吸收表面具有低于其它壁表面的剛度,并且構(gòu)成為用于吸收壓力變化,所述壓力吸收表面是由具有非均一厚度的壓力吸收構(gòu)件構(gòu)成的。
文檔編號(hào)B41J2/055GK1700987SQ20048000119
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2004年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月24日
發(fā)明者尾方賢一, 吉田崇裕, 江口???申請(qǐng)人:株式會(huì)社理光