CN100548690C - 液体喷射头及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种液体喷射头包括通道单元和促动器。在通道单元中形成有用于喷射液体的喷嘴和共同液体腔室。形成在通道单元中的单独液体通道包括第一通道、压力腔室、第二通道和限制通道。第一通道在喷嘴和压力腔室之间连通。第二通道在压力腔室和限制通道之间连通。限制通道在与液体流动方向垂直的截面面积方面小于第二通道。促动器能够选择性地采取压力腔室的容积为V1的第一状态和压力腔室的容积为比V1大的V2的第二状态。促动器从第一状态改变为第二状态，然后返回到第一状态以从喷嘴喷射液体。单独液体通道设计成使得由表示单独液体通道的特性的预定表达式限定的Tc1和Tc2满足Tc1/Tc2基本上不小于4.7且不大于5.5的条件。

Description

液体喷射头及其驱动方法

技术领域

本发明涉及液体喷射头、尤其是采用了所谓的喷射前填充方法来喷射液体的液体喷射头，并且还涉及液体喷射头的驱动方法。

背景技术

如在日本专利特开No.2003-39673中所披露的一样，以采用喷墨系统的喷墨头为代表的液体喷射头具有形成有用于喷射液体的喷嘴的通道单元。在液体喷射头的通道单元中，形成有：用于给喷嘴供应液体的共同液体腔室；和从共同液体腔室通向相应喷嘴的单独液体通道。压力腔室形成在每个单独液体通道的中部。促动器设置在压力腔室上以向压力腔室中的液体施加压力。在控制液体喷射头中，驱动促动器以向压力腔室中的液体施加压力，从而从对应的喷嘴喷射液体。

在促动器的驱动方法中，向压力腔室中的液体两次施加压力以从喷嘴喷射液体。例如，首先增大压力腔室的容积以降低压力腔室中的压力。接下来，在增大压力腔室容积之后经过预定时间时，使压力腔室的容积恢复到原始容积以增大压力腔室中的压力。由此，以适当的定时向压力腔室中的液体施加适当强度的压力，以从喷嘴喷射液体。

在促动器的驱动方法中，在恢复压力腔室的容积以增大压力腔室中的液体的压力的时刻和从喷嘴喷射出的液体速度之间的关系例如如图9所示。在图9中，横坐标轴对应于时刻，并且纵坐标轴表示喷射液体的速度。如由在图9中的曲线70所示，相对于时刻的液体速度在理论上形成向上凸起的平滑曲线，在该平滑曲线上唯一确定出喷射速度变为最大的时刻。驱动促动器以在喷射速度变为最大的时刻处施加压力引起有效的液体喷射。进行控制以便在喷射速度取峰值的时刻处施加第二压力的喷墨方法被称为喷射前填充方法。

在相对于施加压力的时刻的喷射速度上出现这种峰值的原因如下。当压力腔室中的压力降低时，在单独液体通道中产生出固有振动。当然后向压力腔室中的液体施加压力时，由此产生出的压力波叠加在该固有振动上。因此，在施加第二压力的时刻与固有振动的峰值重合时，从喷嘴喷射出的液体的速度变为最大。另一方面，当从固有振动的峰值偏移的时刻施加第二压力时，液体速度从最大值开始降低。施加第二压力的时刻与引起最大速度的时刻的差别越大，则从喷嘴喷射出的液体的速度越低。由于上面的原因，获得如图9所示的曲线。

另一方面，在通过采用喷射前填充方法从喷嘴喷射出液体时，可能出现如下问题，即喷射特性例如从喷嘴喷射出的液体的速度和量变差，并且喷射特性发生变化。

发明内容

本发明的发明人认为上面的问题是由于以下原因引起的，在压力减小时产生出的固有振动包括以如图9的曲线70的平滑曲线形式示出的固有振动、和周期比显示为该平滑曲线的固有振动短的固有振动。

上面的文献提出考虑周期较短的这种固有振动来设计液体喷射头。根据上面的文献，由图9的曲线70所示的固有振动源自如下振动系统，在该振动系统中促动器的声顺和压力腔室的声顺并联。另一方面，图9的曲线70没有示出的周期较短的固有振动源自如下振动系统，在该振动系统中促动器的声顺和压力腔室的声顺串联。为了减小后者的振动系统对前者的振动系统的影响，上面的文献教导：后者的振动系统的周期T_B和前者的振动系统的周期Tc应该满足T_B＜＜T_C更具体而言T_B＜T_C/10的条件。

因此，上面的文献提出了一个范围，在该范围中不产生周期较短的固有振动。一般来说，已经针对在不产生这种周期较短的固有振动的范围中的液体喷射头提出了许多方案。但是，在一些情况中，按照不产生这种固有振动的方式设计削弱了作为喷射前填充方法的优点的有效喷墨。另外，不能总是设计不产生这种周期较短的固有振动的液体喷射头。实际上，包括上面文献在内的任何现有技术都没有解决在假设产生这种周期较短的固有振动的情况下存在什么措施来改善液体喷射头的喷射特性。

本发明的目的在于提供液体喷射头及该液体喷射头的驱动方法，其中能够驱动液体喷射头使得：即使在假设产生周期较短的固有振动的情况下，喷射特性也相对良好，并且有效地喷射出液体。

根据本发明的一方面，一种液体喷射头包括通道单元，该通道单元包括喷嘴、共同液体腔室、和单独液体通道，从该喷嘴喷射液体。该单独液体通道包括第一通道、压力腔室、第二通道、和限制通道，该第一通道的一个端部连接到喷嘴，该压力腔室的一个端部连接到第一通道的另一个端部，该第二通道的一个端部连接到压力腔室的另一个端部，该限制通道的一个端部连接到第二通道的另一个端部，并且该限制通道的另一个端部连接到共同液体腔室。所述限制通道在与液体流动方向垂直的截面面积方面小于第二通道。该液体喷射头还包括促动器，该促动器能够选择性地采取第一状态和第二状态，在该第一状态下压力腔室的容积为V1，在该第二状态下压力腔室的容积为比V1大的V2。促动器从第一状态改变为第二状态，然后返回到第一状态以从喷嘴喷射液体。由以下表达式1和2定义的Tc1和Tc2满足Tc1/Tc2基本上不小于4.7且不大于5.5的条件：

表达式1

$T_{C1}=2\mathrm{\π}\sqrt{\left(\frac{M_n^{\′}\×M_r^{\′}}{M_n^{\′}+M_r^{\′}}\right)\×(C_a+C_c+C_d+C_s)}$

表达式2

$T_{C2}=2\mathrm{\π}\sqrt{M_{C2}\×C_{C2}}$

其中M′n、M′r、Mc2和Cc2分别由以下表达式3至6定义：

表达式3

M′n＝Mn+Mc/2

表达式4

M′r＝Mr+Mc/2

表达式5

$M_{C2}=\frac{M_d\×(M_c+M_s)}{M_d+M_c+M_s}+M_a$

表达式6

$C_{C2}=\frac{C_d\×C_a}{C_d+C_a}$

其中Md、Ms、Ma、Mn、Mr、和Mc分别表示第一通道、第二通道、促动器、喷嘴、限制通道和压力腔室的声质量；并且Ca、Cc、Cd和Cs分别表示促动器、压力腔室、第一通道和第二通道的声顺。

根据上面的方面，液体喷射头构造成使得Tc1和Tc2满足Tc1/Tc2基本上不小于4.7且不大于5.5的条件。因此，如从稍后将描述的分析的结果将理解，假设在液体喷射头中产生出短周期固有振动，通过根据短周期固有振动的峰值喷射液体，能够确保相对良好的喷射特性。

根据本发明的另一个方面，提供液体喷射头的驱动方法。该液体喷射头包括：通道单元，该通道单元包括喷嘴、共同液体腔室、和单独液体通道，从该喷嘴喷射液体，该单独液体通道将喷嘴和共同液体腔室相互连接；设置在单独液体通道中的压力腔室；和促动器，该促动器能够选择性地采取第一状态和第二状态，在该第一状态下该压力腔室的容积为V1，在该第二状态下压力腔室的容积为比V1大的V2。促动器从第一状态改变为第二状态，然后返回到第一状态以从喷嘴喷射液体。单独液体通道包括第一通道、第二通道、和限制通道，该第一通道的一个端部连接到喷嘴，并且第一通道的另一个端部连接到压力腔室的一个端部，该第二通道的一个端部连接到压力腔室的另一个端部，该限制通道的一个端部连接到第二通道的另一个端部，并且该限制通道的另一个端部连接到共同液体腔室。限制通道在与液体流动方向垂直的截面面积方面小于第二通道。所述方法包括：使得促动器采取第一状态的第一步骤；在第一步骤之后将促动器从第一状态改变为第二状态的第二步骤；和在第二步骤之后将促动器从第二状态改变为第一状态的第三步骤。由以下表达式1和2定义的Tc1和Tc2满足Tc1/Tc2基本上不小于4.7且不大于5.5的条件：

表达式1

$T_{C1}=2\mathrm{\π}\sqrt{\left(\frac{M_n^{\′}\×M_r^{\′}}{M_n^{\′}+M_r^{\′}}\right)\×(C_a+C_c+C_d+C_s)}$

表达式2

$T_{C2}=2\mathrm{\π}\sqrt{M_{C2}\×C_{C2}}$

其中M′n、M′r、Mc2和Cc2分别由以下表达式3至6定义：

表达式3

M′n＝Mn+Mc/2

表达式4

M′r＝Mr+Mc/2

表达式5

$M_{C2}=\frac{M_d\×(M_c+M_s)}{M_d+M_c+M_s}+M_a$

表达式6

$C_{C2}=\frac{C_d\×C_a}{C_d+C_a}$

其中Md、Ms、Ma、Mn、Mr、和Mc分别表示第一通道、第二通道、促动器、喷嘴、限制通道、和压力腔室的声质量；并且Ca、Cc、Cd和Cs分别表示促动器、压力腔室、第一通道、和第二通道的声顺。执行第一至第三步骤，从而在第二步骤中从促动器开始自第一状态改变到促动器开始采取第二状态的时间段Tf、和在第三步骤中从促动器自第二状态开始改变到促动器开始采取第一状态的时间段Tr满足如下条件，即Tr/Tc2和Tf/Tc2中的任一个基本上不小于0.3且不大于1.0。

根据上面的方面，在Tr/Tc2和Tf/Tc2中的任一个基本上不小于0.3且不大于1.0的条件下驱动液体喷射头。因此，如从稍后将描述的分析的结果将理解，该液体喷射头能够有效且稳定地喷射液体。

附图说明

从下面的说明书中结合附图将更加全面地了解本发明的其它和进一步的目的、特征和优点，其中：

图1示出作为根据本发明一实施方案的喷墨记录设备的打印机的总体结构；

图2为在图1中所示的喷墨头的头主体的上视图；

图3为在图2中用点划线包围的区域的放大图；

图4为沿着在图3中的IV-IV线的垂直剖视图；

图5为在图4中所示的压电促动器附近的局部放大图；

图6为方框图，示出在图1所示的打印机中包括的控制器的构成；

图7为一曲线图，示出提供给在图5中所示的单独电极以便进行喷墨的电压脉冲信号的波形；

图8A至8C示出在将图7所示的电压脉冲信号提供给单独电极时促动器单元的驱动方式；

图9为一曲线图，示出在将图7所示的电压脉冲信号提供给单独电极时相对于脉冲宽度的从喷墨头喷射出的墨的喷射速度；

图10A为本发明的发明人在分析中所使用的单独液体通道的侧视图；

图10B为单独液体通道的上视图；

图10C为在图10A中用点划线包围的区域的放大图；

图10D为在图10B中用点划线包围的区域的放大图；

图11为一曲线图，示出在采用图10A至10D的模型计算或测量出的长周期固有振动的周期Tc1和压力腔室厚度之间的关系；

图12为一曲线图，示出在采用图10A至10D的模型计算或测量出的长周期固有振动的周期Tc1和第一通道的长度之间的关系；

图13为一曲线图，示出在采用图10A至10D的模型计算或测量出的短周期固有振动的周期Tc2和压力腔室厚度之间的关系；

图14为一曲线图，示出在采用图10A至10D的模型计算或测量出的短周期固有振动的周期Tc2和第一通道长度之间的关系；

图15为一曲线图，示出由于在图10A至10D中所示的单独液体通道中的液体的长周期和短周期固有振动而产生的在喷嘴前端处的弯液面的振动；

图16A至16F为曲线图，示出根据三种类型的液体喷射头和两种施加压力的定时在图10A至10D中所示的单独液体通道中产生出的长周期和短周期固有振动之间的关系；

图17A至17F为示意图，分别示出根据与图16A至16F对应的条件喷射出的液体的喷射状态；

图18为一曲线图，示出在图10A至10D中所示的第一通道长度和单独液体通道的压力腔室厚度的关系、以及与Tc1/Tc2的每个值对应的对从包括有单独液体通道的液体喷射头喷射出的液体的喷射特性的评估；

图19为一曲线图，示出在通过改变驱动条件喷射液体时在图18所示的本发明范围内的液体喷射头的喷射特性；并且

图20为通过标绘在图19的每条曲线上喷射速度取峰值的点而获得的曲线图。

具体实施方式

下面将对本发明的优选实施方案进行说明。

图1示出根据本发明一实施方案的彩色喷墨打印机的总体结构。打印机1在其中包括四个喷墨头2。这些喷墨头2在沿着打印纸张P的输送方向布置的状态中固定在打印机1上。每个喷墨头2具有与图1垂直地延伸的细长轮廓。

打印机1在其中包括沿着打印纸张P的输送通道依次布置的馈纸单元214、输送单元220和接纸单元216。打印机1在其中还包括用来控制打印机的各个组成部件和单元的操作的控制器100，组成部件和单元例如喷墨头2和馈纸单元214。

馈纸单元214包括纸盒215和馈纸辊245。纸盒215能够容纳多张打印纸张P。馈纸辊245能够将层叠在纸盒215中的最上面打印纸张P一张接一张地送出。

在馈纸单元214和输送单元220之间，沿着打印纸张P的输送通道设有两对馈送辊218a和218b、以及219a和219b。从馈纸单元214送出的每张打印纸张P由馈送辊引导以便送给输送单元220。

输送单元220包括无端输送皮带211和两个皮带辊206和207。输送皮带211缠绕在皮带辊206和207上。调节输送皮带211的长度，从而在输送皮带211在皮带辊之间拉伸时能够获得预定的张力。因此，输送皮带211沿着相互平行的两个平面没有松弛地在皮带辊之间拉伸，每个平面包含这些皮带辊的公切线。在这两个平面中，更靠近喷墨头2的平面包括使打印纸张P在其上输送的输送皮带211的输送表面227。

如图1所示，一个皮带辊206与输送马达274连接。输送马达274能够使皮带辊206沿着箭头A的方向转动。另一个皮带辊207能够随着输送皮带211转动。因此，通过驱动输送马达274使皮带辊206转动，从而输送皮带211沿着箭头A的方向运行。

在皮带辊207附近，夹压辊238和夹压接收辊239设置为夹着输送皮带211。夹压辊238由未示出的弹簧向下偏压。设置在夹压辊238下方的夹压接收辊239通过输送皮带211接收受到向下偏压的夹压辊238。这些夹压辊按照能够自由转动的方式受到支撑，并且它们通过随着输送皮带211的运动而转动。

从馈纸单元214送出给输送单元220的打印纸张P夹在夹压辊238和输送皮带211之间。由此，将打印纸张P压在输送皮带211的输送表面227上，并且使之附着在输送表面227上。然后通过使输送皮带211运行将打印纸张P朝着喷墨头2输送。输送皮带211的外圆周表面213可以经过粘性硅橡胶处理。由此，打印纸张P牢牢地附着在输送表面227上。

四个喷墨头2沿着由输送皮带211进行输送的方向彼此相邻地布置。每个喷墨头2在其下端处具有头主体13。如图3所示，在每个头主体13的下表面上形成有大量喷嘴8，墨从每个喷嘴中喷射出。相同颜色的墨从形成在一个喷墨头2上的喷嘴8中喷射出。四个喷墨头2分别喷射出品红色(M)、黄色(Y)、青色(C)和黑色(K)墨。每个喷墨头2如此设置，从而在头主体13的下表面和输送皮带211的输送表面227之间形成有较窄的空间。

由输送皮带211输送的每张打印纸张P穿过在每个喷墨头2和输送皮带211之间的空间。这时，墨从喷墨头2的头主体13朝着打印纸张P的上表面喷射。因此，在打印纸张P的上表面上形成基于存储在控制器100中的图像数据的彩色图像。

在输送单元220和纸张接收单元216之间，设有剥离板240和两对馈送辊221a和221b以及222a和222b。通过输送皮带211将其上已经打印有彩色图像的打印纸张P输送给剥离板240。然后通过剥离板240的右边缘从输送皮带211的输送表面227将打印纸张P剥离。然后通过馈送辊221a至222b将打印纸张P送给纸张接收单元216。因此，其上已经打印有彩色图像的打印纸张P按顺序送给纸张接收单元216，然后层叠在纸张接收单元216上。

纸张传感器233设置在夹压辊238和沿着打印纸张P的输送方向设置在最上游的喷墨头2之间。纸张传感器233由发光元件和光接收元件构成。纸张传感器233能够在输送通道上检测每张打印纸张P的前缘。将由纸张传感器233得到的检测结果发送给控制器100。根据从纸张传感器233发出的检测结果，控制器100能够控制喷墨头2、输送马达174等，从而使得打印纸张P的输送与图像的打印同步。

下面将说明每个喷墨头2的头主体13。图2为在图1中所示的头主体13的上视图。

头主体13包括通道单元4和每个都粘接在通道单元4上的四个促动器单元21。每个促动器单元21基本上为梯形。每个促动器单元21设置在通道单元4的上表面上，从而促动器单元21的梯形面的一对平行的相对侧边在通道单元4的纵向上延伸。两个促动器单元21布置在沿着通道单元4的纵向彼此平行延伸的两条直线中的每一条上。也就是说，总共四个促动器单元21整体上在通道单元4上成之字形布置。在通道单元4上的促动器单元21的每个相邻斜侧边在通道单元4的横向上相互部分地重叠。

每个都为一部分墨通道的集管通道5形成在通道单元4中。每个集管通道5的开口5b形成在通道单元4的上表面上。在沿着通道单元4的纵向方向相互平行延伸的两条假想直线中的每一条上布置有五个开口5b。也就是说，总共形成有十个开口5b。这些开口5b按照避开设有四个促动器单元21的区域形成。墨从未示出的储墨腔通过其开口5b提供到每个集管通道5中。

图3为在图2中用点划线包围的区域的放大顶视图。在图3中，为了便于说明，每个促动器单元21由双点划线示出。另外，因为孔隙12、喷嘴8等形成在通道单元4中或者形成在通道单元4的下表面上，所以虽然应该用虚线示出它们，但是在这里用实线示出它们。

形成在通道单元4中的每个集管通道5分叉成多条副集管通道5a。每条副集管通道5a沿着促动器单元21的斜侧边延伸以与通道单元4的纵向轴线相交。在由两个促动单元21夹着的每个区域中，一条集管通道5由相邻促动器单元21共享。这些副集管通道5a从集管通道5的两侧分出。副集管通道5a在与相应的促动器单元21相对的区域中在通道单元4中彼此相邻地延伸。

通道单元4在其中包括每个都由多个成矩阵布置的压力腔室10构成的压力腔室组9。每个压力腔室10形成有在平面图中具有基本上菱形形状的中空区域，其每个角部都被圆化。每个压力腔室10按照在通道单元4的上表面处打开的方式形成。这些压力腔室10基本上布置在通道单元4的上表面与相应促动器单元21相对的每个区域上方。因此，由压力腔室10构成的每个压力腔室组9占据了具有与一个促动器单元21基本上相同尺寸和形状的区域。每个压力腔室10的开口由粘接在通道单元4的上表面上的相应促动器单元21封闭。在该实施方案中，如图3所示，以规则的间隔沿着通道单元4的纵向方向布置的十六排压力腔室10在通道单元4的横向上相互平行地布置。压力腔室10如此设置，从而属于每一排的压力腔室10数目从相应压电促动器50的轮廓的长边朝着其短边逐渐减少。喷嘴8也同样设置。这实现了整体上用600dpi的分辨率进行成像。

如下所述的单独电极35按照与每个压力腔室10相对的方式形成在每个促动器单元21的上表面上。单独电极35具有稍小于并且与压力腔室10形状基本上类似的形状。单独电极35按照位于促动器单元21的上表面与相应压力腔室10相对的区域内。

压力腔室10和单独电极35中的任一个具有在图3中垂直延伸的形状。压力腔室10和单独电极35中的任一个在图3中从其垂直中心朝着向上和向下方向中的任一个逐渐变小。这实现了大量压力腔室10和大量单独电极35的密集布置。

在通道单元4上形成有大量喷嘴8。这些喷嘴8按照避开通道单元4的下表面中与相应副集管通道5a相对的区域的方式设置。另外，这些喷嘴8设置在通道单元4的下表面中与相应促动器单元21相对的区域内。在每个区域中的喷嘴8以规则的间隔布置在多条直线上，每条直线在通道单元4的纵向上延伸。

在将这些喷嘴8投影在沿着通道单元4的纵向方向延伸的假想直线上时，所获得的投影点与该直线垂直地以与打印分辨率对应的规则间隔连续布置在假想直线上。由此，喷墨头2能够基本上在形成有这些喷嘴的通道单元4的区域纵向上的整个区域上以与打印分辨率对应的规则间隔连续地进行打印。

在通道单元4中形成有许多每一个都用作节流阀的许多孔隙12。这些孔隙12设置在与相应压力腔室组9相对的区域内。在该实施方案中，每个限制通道12沿着一个水平方向延伸。

在该通道单元4中，连通孔按照将每条相应的限制通道12、压力腔室10和喷嘴8相互连通的方式形成。这些连通孔相互连通以形成单独墨通道32，如图4所示。每个单独墨通道32与相应的副集管通道5a连通。提供给每条集管通道5的墨经由副集管通道5a提供给每条单独墨通道32，然后从相应的喷嘴8中喷射出。

下面将对头主体13的剖面结构进行说明。图4为沿着在图3中的IV-IV线的垂直剖视图。

头主体13的通道单元4具有层状结构，其中多块板分层布置。也就是说，按照从通道单元4的上表面开始的顺序，依次设有空腔板22、基板23、孔隙板24、供应板25、集管板26、27和28、盖板29以及喷嘴板30。在板22至29中形成有许多连通孔。这些板在将它们设置成贯穿相应板形成的连通孔相互连通之后分层布置，从而形成每条单独墨通道32和每条副集管通道5a。在头主体13中，如图4所示，每条单独墨通道的各个部分设置在彼此相邻的不同位置处，例如压力腔室10形成在通道单元4的最上面层中；副集管通道5a形成在通道单元4的中间层中；并且喷嘴8形成在通道单元4的最下面层中。副集管通道5a和喷嘴8通过连通孔经由压力腔室10相互连通。

下面对贯穿相应板形成的连通孔进行说明。这些连通孔包括以下部分。第一为贯穿空腔板22形成的压力腔室10。第二为形成从压力腔室10的一个端部引导至副集管通道5a的通道的连通孔A，该通道将被称为第二墨通道。连通孔A从基板23更具体地说压力腔室10的入口开始到供应板25更具体地说副集管通道5a的出口形成穿过这些板。连通孔A包括贯穿孔隙板24形成的限制通道12。

第三为形成从压力腔室10的另一个端部延伸至喷嘴8的通道的连通孔B。该连通孔B从基板23具体地说压力腔室10的出口开始穿过这些板形成至盖板29。在下面，连通孔B将被称为下伸部分33。第四为贯穿喷嘴板30形成的喷嘴8。第五为形成副集管通道5a的连通孔C。连通孔C贯穿集管板26至28形成。

上面的连通孔相互连通以形成从副集管通道5a的墨入口即副集管通道5a的出口延伸至喷嘴8的单独墨通道32。提供给副集管通道5a的墨流向在下面通道中的喷嘴8。首先，墨从副集管通道5a向上流向限制通道12的一个端部。接着，墨在限制通道12的纵向上水平流向限制通道12的另一个端部。墨然后从限制通道12的另一个端部向上流向压力腔室10的一个端部。墨然后在压力腔室10的纵向上水平流向压力腔室10的另一个端部。墨然后斜向下流动穿过三块板，然后在下面直接流向喷嘴8。

形成穿过基板23和喷嘴8的局部通道23b比下伸部分33的除了局部通道23b之外的任何部分都窄。换句话说，对于下伸部分33的与下伸部分33的纵向轴线垂直的剖面而言，所述纵向轴线沿着表示单独通道32的图4的双头箭头延伸，局部通道23b和喷嘴8的横截面面积小于下伸部分33的任意其它部分的横截面面积。这是这样一种结构，其中其两个端部位于喷嘴8处并且靠近连通孔23b的固有振动相对容易在填充至下伸部分33的墨中产生出。

另外，限制通道12与限制通道12的纵向轴线(该轴线沿着表示单独墨通道32的图4的双头箭头延伸)垂直的横截面面积小于形成穿过基板23的局部通道23a即第二通道的横截面面积，所述第二通道的横截面与局部通道23a的垂直轴线垂直。因此，限制通道12用作节流阀。这实现了适用于通过喷射前填充方法进行喷墨的结构。

如图5所示，每个促动器单元21具有层状结构，其中四个压电层41、42、43和44分层布置。压电层41至44中的每一层具有大约为15微米的厚度。促动器单元21的整个厚度大约为60微米。压电层41至44中的任一层设置在多个压力腔室10上，如图3所示。压电层41至44中的每一层由具有铁电性的压电锆钛酸铅(PZT)基陶瓷材料制成。

促动器单元21包括单独电极35和共同电极34，每个电极例如由Ag-Pd基金属材料制成。如上所述，每个单独电极35设置在促动器单元21的上表面上以便与相应的压力腔室10相对。单独电极35的一个端部从与压力腔室10相对的区域延伸出，并且在延伸部分上形成有焊盘36。焊盘36例如由含金玻璃粉制成。焊盘36具有大约15微米的厚度并且凸起形成。焊盘36与设在未示出的柔性印刷电路(FPC)上的触点电连接。如下所述，控制器100通过FPC给每个单独电极35提供电压脉冲。

共同电极34按照基本上分布在位于这些层的界面的整个区域上的方式插入在压电层41和42之间。也就是说，共同电极34在与促动器单元21相对的区域中分布在所有压力腔室10上。共同电极34具有约2微米的厚度。共同电极34在未示出的区域中接地以便保持在地电位处。在该实施方案中，在压电层41上按照避开那组单独电极35的方式形成有与单独电极35不同且未示出的表面电极。该表面电极通过形成穿过压电层41的通孔与共同电极34电连接。与许多单独电极35相同，表面电极与在FPC50上的另一个触点和布线连接。

如图5所示，每个单独电极35和共同电极34按照只是夹着最上面的压电层41的方式设置。由单独电极35和共同电极34夹着的压电层的那个区域被称为活性部分。在该实施方案的促动器单元21中，只有最上面压电层41在其中包括这些活性部分，并且剩余的压电层42至44在其中没有包括任何活性部分。也就是说，促动器单元21具有所谓的单压电晶片型结构。

如下所述，在向每个单独电极35选择性地提供预定的电压脉冲时，向在与该单独电极35对应的压力腔室10中的墨施加压力。由此，墨经由相应的单独墨通道32从相应喷嘴8喷射出。也就是所，与每个压力腔室10相对的一部分促动器单元21用作与压力腔室10和相应的喷嘴8对应的单独压电促动器50。在由四层压电层构成的层状结构中，为每个压力腔室10形成这种促动器，例如如图5所示的单元结构。因此构成该促动器单元21。在该实施方案中，在一次喷射操作中从喷嘴8喷射出的墨量大约为5至7pl(皮升)。

在该实施方案中，每个单独墨通道32和每个压电促动器50如此设计，从而由下面表达式1和2限定的Tc1和Tc2满足Tc1/Tc2不小于4.7且不大于5.5的条件，优选的是满足Tc1/Tc2不小于4.8且不大于5.4的条件。Tc1和Tc2取决于单独墨通道的各个部分的形状和尺寸以及压电促动器50的特性。单独墨通道32和压电促动器50根据在Tc1和Tc2以及上面参数之间的关系来设计。也就是说，如此选择参数，从而Tc1和Tc2满足上面的条件。在将在下面描述的分析中将详细说明在这些参数以及Tc1和Tc2之间的关系。

表达式1

$T_{C1}=2\mathrm{\π}\sqrt{\left(\frac{M_n^{\′}\×M_r^{\′}}{M_n^{\′}+M_r^{\′}}\right)\×(C_a+C_c+C_d+C_s)}$

表达式2

$T_{C2}=2\mathrm{\π}\sqrt{M_{C2}\×C_{C2}}$

在表达式1和2中，M′n、M′r、Mc2和Cc2分别由以下表达式3至6所限定。在表达式3至6中，Md、Ms、Ma、Mn、Mr、和Mc分别表示下伸部分33、局部通道23a、压电促动器50、喷嘴8、限制通道12和压力腔室10的声质量；并且Ca、Cc、Cd和Cs分别表示压电促动器50、压力腔室10、下伸部分33和局部通道23a的声顺。

表达式3

M′n＝Mn+Mc/2

表达式4

M′r＝Mr+Mc/2

表达式5

$M_{C2}=\frac{M_d\×(M_c+M_s)}{M_d+M_c+M_s}+M_a$

表达式6

$C_{C2}=\frac{C_d\×C_a}{C_d+C_a}$

接下来将对促动器单元21的控制进行说明。为了控制促动器单元21，打印机1在其中包括控制器100和驱动器IC80。打印机1在其中包括：作为算术处理器的中央处理单元(CPU)；只读存储器(ROM)，用于在其中存储有要有CPU执行的计算机程序和在这些程序中所使用的数据；以及随机存取存储器(RAM)，用于在其中暂时存储在计算机程序执行中的数据。这些和其它硬件组成部件构成具有将在下面说明的功能的控制器100。

如图6所示，控制器100在其中包括打印控制单元101和操作控制单元106。打印控制单元101在其中包括图像数据存储部分102、波形图案存储部分103和打印信号产生部分104。该图像数据存储部分102在其中存储有从例如个人计算机(PC)99发送出的用于打印的图像数据。

波形图案存储部分103在其中存储有与许多喷射脉冲波形对应的波形数据。每个喷射脉冲波形根据图像的色调等对应于基本波形。与该波形对应的电压脉冲信号通过相应的驱动器IC80提供给单独电极35，由此从每个喷墨头2中喷射出与每个色调对应的墨量。

打印信号产生部分104根据存储在图像数据存储部分102中的图像数据产生出串行打印数据。该打印数据与对应于存储在波形图案存储部分103中的相应喷射脉冲波形的其中一个数据项对应。该打印数据用于指示以预定的定时向每个单独电极35提供喷射脉冲波形。根据存储在图像数据存储部分102中的图像数据，打印信号产生部分104根据与图像数据对应的定时、波形和单独电极产生出打印数据。然后打印信号产生部分104向每个驱动器IC80输出所产生出的打印数据。

每个促动器单元21都设有驱动器IC80。该驱动器IC80包括移位寄存器、多路复用器和驱动缓存器，但是没有示出其中任何一个。

移位寄存器将从打印信号产生部分104输出的串行打印数据转换成并行数据。也就是说，遵循打印数据的指令，移位寄存器将单独数据项输出给与每个压力腔室10及相应喷嘴8对应的压电促动器50。

根据从移位寄存器输出的每个数据项，多路复用器从存储在波形图案存储部分103中的波形数据项中选择出适当一个波形数据项。然后多路复用器将所选的数据项输出给驱动缓存器。

根据从多路复用器输出的波形数据项，驱动缓存器产生出具有预定电平的喷射电压脉冲信号。驱动缓存器然后通过FPC将喷射电压脉冲信号提供给与每个压电促动器50对应的单独电极35。

下面将对喷射电压脉冲信号和在已经接收到该信号的单独电极35的电位中的变化进行说明。

下面将对包含在喷射电压脉冲信号中的每时刻的电压进行说明。图7示出其上提供有喷射电压脉冲信号的单独电极35的电位变化的实施例。在图7中所示的喷射电压脉冲信号的波形61为用于从喷嘴8喷射出一个墨滴的波形实施例。

在时刻t1处，喷射电压脉冲信号开始提供给单独电极35。根据从与单独电极35对应的喷嘴8喷射墨的定时来控制时刻t1。在提供喷射电压脉冲信号的波形61时，在到时刻t1的时期中以及在时刻t4之后的时期中，将电压保持在不为零的U0处。在从时刻t2到时刻t3的时期中，将电压保持在地电位。从时刻t1到时刻t2的时期Tr为过渡时期，其中单独电极35的电位从U0变为地电位。从时刻t3到时刻t4的时期Tf为过渡时期，其中单独电极35的电位从地电位变为U0。将时期Tr和Tf设定为相同的时长。如图5所示，每个压电促动器50具有与电容器相同的结构。因此，在单独电极35的电位改变时，上面的过渡时期根据电荷量的累积和放出而出现。

在该实施方案中，存储在波形图案存储部分103中的喷射电压脉冲信号的波形数据已经受到如此控制，从而Tr和Tf满足在向单独电极35提供任何喷射电压脉冲信号时Tr/Tc2和Tf/Tc2中任一个不小于0.3但是不大于1.0的条件。另外，从时刻t1到时刻t3的时期To已经被控制为其时长为在上面表达式2中所示的Tc2的值的2.40至2.65倍。

下面将对在向单独电极35提供上面的喷射电压脉冲信号时如何驱动压电促动器50进行说明。

在该实施方案的每个促动器单元21中，只有最上面压电层41已经沿着从每个单独电极35朝着共同电极34的方向被极化。因此，在将单独电极35设定在与共同电极34不同的电位处以便沿着与极化方向相同的方向即沿着从单独电极35朝着共同电极34的方向向压电层41施加电场时，其上已经施加有电场的部分即活性部分会在厚度上拉长，即，使与该层垂直地拉长。这时，活性部分试图与该层平行地即在该层的平面中收缩。另一方面，剩余三层压电层42至44没有被极化，并且它们即使在向它们施加电场时也不会自身变形。

因此在压电层41和压电层42至44之间产生出变形差异。因此，每个压电促动器50整个变形以朝着相应的压力腔室10，即朝着压电层42至44侧凸起，这被称为单压电晶片变形。

下面将对在向相应的单独电极35提供与波形61对应的电压脉冲信号时压电促动器50的驱动进行说明。图8A至8C示出压电促动器50随着时间的变化。

图8A示出在图7中所示的到时刻t1的时期中压电促动器50的状态。在这时，单独电极35的电位为U0。压电促动器50通过上述单压电晶片变形伸入到相应的压力腔室10中。压力腔室10的容积在此刻为V1。压力腔室10的这个状态被称为第一状态。

图8B示出在图7中所示的从时刻t2到时刻t3的时期中压电促动器50的状态。这时，单独电极35处于地电位。因此，施加在压电层41的活性部分上的电场消失，并且解除压电促动器50的单压电晶片变形。压力腔室10的容积V2在此刻大于在图8A中所示的压力腔室10的容积V1。压力腔室10的这个状态将被称为第二状态。由于压力腔室10的容积增大，所以从相应副集管通道5a将墨吸入到压力腔室10中。

图8C示出在图7中所示的时刻t4之后的时期中的压电促动器50的状态。在这时，单独电极35的电位为U0。因此，压电促动器50重新恢复到第一状态。通过压电促动器50这样将压力腔室10从第二状态改变为第一状态，从而向在压力腔室10中的墨施加了压力。由此，从相应的喷嘴8中喷射出墨滴。墨滴击打打印纸张P的打印表面以形成墨点。

如上所述，在该实施方案的压电促动器50的驱动中，首先将压力腔室10的容积增大以在压力腔室10中的墨中产生出负压力波，如从图8A到图8B所示一样。该压力波通过在通道单元4中的墨通道一端反射，由此作为朝着喷嘴8前进的正压力波返回。通过估计出正压力波到达压力腔室10的内部所处的时刻，再次减小压力腔室10的容积，如从图8B至图8C所示一样。这就是所谓的喷射前填充方法。

为了通过上述喷射前填充方法实现喷墨，将如图7所示的用于喷墨并且具有波形61的电压脉冲的脉冲宽度To调节为声波长度(AL)。在该实施方案中，每个压力腔室10设在相应单独墨通道32的整个长度中心附近，并且AL为在压力腔室10中产生出的压力波从相应的限制通道12前进至相应的喷嘴8所经过的时期长度。在该结构中，如上所述反射的正压力波叠加在由于相应压电促动器50的变形而产生出的正压力波上，从而向墨施加了更高的压力。因此，与其中只是将压力腔室10的容积减小一次以将墨推出的情况相比，在喷射相同墨量时保持降低了用于压电促动器50的驱动电压。因此，喷射前填充方法在压力腔室10的高密集布置、喷墨头2的紧凑化以及用于驱动喷墨头2的运行成本方面是有利的。

下面将对由本发明的发明人进行的一系列分析进行说明。

图9为一曲线图，示出在喷墨头通过改变To的值来喷射液体时具有与上面实施方案相同的结构的喷墨头的总体喷射特性。在图9中，横坐标轴线表示To/Tc的值，并且纵坐标轴线表示液体喷射速度。Tc表示充满从副集管通道5a经过压力腔室10延伸至喷嘴8的单独墨通道32的整个墨的固有振动周期，如图4所示。如由图9的曲线70所示，墨喷射速度在向相应的单独电极35提供满足To/Tc＝1/2的条件的电压脉冲信号时取最大值。也就是说，在向单独电极35提供其波形61满足To＝AL＝1/2Tc的条件的电压脉冲信号时，使墨在喷墨速度中效率最大地喷射出。

Tc为取决于液体喷射头的结构的参数。更具体地说，它取决于单独墨通道32的形状、压电促动器50的声顺等。因此，在具有特定结构的液体喷射头通过喷射前填充方法喷墨时，根据由液体喷射头的结构所决定的Tc值，将提供给每个单独电极35的电压脉冲信号控制为满足To＝AL的条件。

本发明的发明人已经确认在向具有各种结构的相应液体喷射头的单独电极35提供满足To＝AL条件的电压信号时出现以下问题。也就是说，在从相应喷嘴8喷射出的液滴中，出现以下问题：(1)液滴分开；(2)墨滴的量和喷射速度相对于用于驱动压电促动器50所消耗的能量降低，也就是说液滴喷射效率降低；(3)在喷射出所期望的液滴之后产生出低速小液滴；(4)液滴的喷射速度变化；等等。

本发明的发明人已经如下分析了上面问题所产生的原因。首先，本发明的发明人已经确认，除了充满单独墨通道32的全部墨的固有振动之外，该振动在下面将被称为长周期固有振动，在单独墨通道32中产生出其周期短于长周期固有振动的固有振动，这在下面将被称为短周期固有振动。接着，本发明的发明人已经发现长周期固有振动的周期Tc1和短周期固有振动的周期Tc2可以通过上面的表达式1和2推导出。

下面的分析表明表达式1和2正确地推导出Tc1和Tc2。在该分析中，假设下面的液体喷射头。该液体喷射头包括通道单元和促动器。在该通道单元中形成有用于喷射液体的喷嘴和共同液体腔室。将液体提供给共同液体腔室。另外，在通道单元中，单独液体通道形成为与共同液体腔室连通。单独液体通道包括：其一个端部与喷嘴连通的第一通道；其一个端部与第一通道的另一个端部连通的压力腔室；其一个端部与压力腔室的另一个端部连通的第二通道；以及其一个端部与第二通道的另一个端部连通并且其另一个端部与共同液体腔室连通的限制通道。限制通道在与液体流动方向垂直的截面面积方面小于第二通道。提供到共同液体腔室中的液体流经单独液体通道，然后从喷嘴将该液体喷射到通道单元外面。

液体喷射头的促动器能够选择性地采取其中压力腔室的容积为V1的第一状态和其中压力腔室的容积为大于V1的V2的第二状态。在促动器从第一状态改变为第二状态然后返回到第一状态时，从喷嘴喷射出液体。

上面通道单元的共同液体腔室、单独液体通道、第二通道、限制通道、压力腔室、第一通道和喷嘴分别对应于在图4中所示的副集管通道5a、单独墨通道32、局部通道23a、限制通道12和局部通道23a、压力腔室10、下伸部分33和喷嘴8。图10A至10D示出在该分析中假设的通道单元的单独液体通道132。图10A为单独液体通道132的侧视图。图10B为单独液体通道132的顶视图。图10C为在图10A中用点划线包围的区域的放大图。图10D为在图10B中用点划线包围的区域的放大图。如图10A和10B所示，通道单元在其中具有喷嘴108、共同液体腔室105和单独液体通道132。单独液体通道132包括：其一个端部与喷嘴108连通的第一通道133；其一个端部与第一通道133的另一个端部连通的压力腔室110；其一个端部与压力腔室110的另一个端部连通的第二通道123；以及其一个端部与第二通道123的另一个端部并且其另一个端部与共同液体腔室105连通的限制通道112。限制通道112在与液体流动方向垂直的截面面积方面小于第二通道123。喷嘴108由其截面逐渐变小的锥形部分108a和圆柱形笔直部分108b构成。

单独液体通道132的相应部分的尺寸如在下表1和4中所示一样。在该分析中，对于在压力腔室110的深度E4和第一通道133的长度L4中变化不同的单独液体通道132的数量而言，将Tc1和Tc2的实验值与根据表达式1和2得到的其理论值进行比较。在表1中，压力腔室110的面积为在图10B中所示的压力腔室110的上表面面积，即压力腔室110的水平截面的面积。下表2示出在该分析中充满单独液体通道132的液体的特性即密度、粘度等。

下表3示出根据表1和2对第二通道123、限制通道112和喷嘴108的声顺和声质量的计算结果。下表4示出相对于其各种深度值对压力腔室110的声顺和声质量的计算结果；以及相对于其各种长度值对第一通道133的声顺和声质量的计算结果。通过用通过将声波速度的平方乘以液体密度获得的值除以每个部分的容积来获得每个声顺的值。通过用与液体流动方向垂直的截面面积即垂直截面面积除以通过将沿着液体流动方向的长度乘以液体密度而获得的值，从而获得每个部分的声质量值。在压力腔室110的声质量计算中，将通过将压力腔室110的短轴长度A2的一半乘以压力腔室110的深度E4而获得的值用于与液体流动方向垂直的截面；并且将压力腔室110的长轴长度A1用于沿着液体流动方向的长度。对于液体的声波速度和密度，采用在表2中所示的值。

表1

表2

密度(g/cm<sup>3</sup>)	1.08
		粘度[cP]	3.50
ST[D/C]	38.80
		接触角[度]	20
液体头差[mm]	20
		声波速度[m/s]	1440

表3

	声顺[m<sup>5</sup>/N]	声质量[kg/m<sup>4</sup>]
			第二通道	1.136E-21	4.244E+06
限制通道	3.364E-23	4.244E+08
			喷嘴	2.699E-22	8.18E+07

表4

下表5示出在该分析中所假设的促动器的固有振动频率Fr、声顺和声质量之间的关系。在该分析中所假设的促动器可以为压电促动器，例如在图5中所示的压电促动器50，或者可以为采用另一种系统的促动器。

表5

下表6和7示出在上述条件下推导出的Tc1和Tc2的实验值以及根据表达式1和2获得的Tc1和Tc2的理论值。图11至14为曲线图，示出表6和7的结果。表6和7的理论和实验值两者相对于其固有振动频率为720kHz的促动器推导出。

在图6中所示的理论值为通过在上面的表达式3和4以及1中替代在压力腔室110的深度或第一通道133的长度进行各种变化时获得的每个部分例如促动器和压力腔室110的声顺和声质量计算出的Tc1的值。在图7中所示的理论值为通过在上面的表达式5和6以及2中替代在压力腔室110的深度或第一通道133的长度以及促动器的固有振动频率进行各种变化时获得的每个部分例如促动器和压力腔室110的声顺和声质量计算出的Tc2的值。

在该分析中，在用于理论值的计算的条件中，除了压力腔室110的深度和第一通道133的长度之外的那些部分的条件如在上面表1、3和4中所示一样。在表6和7中的任一个中，通过将第一通道133的长度设定为830微米来计算出第二至第七排的值。在表6和7中的任一个中，通过将压力腔室110的深度设定为100微米来计算出第八至第十一排的值。

通过在其压力腔室110具有在表6和7中每一个的第二列中所示的深度或其第一通道133具有在表6和7中每个的第二列中所示的长度的液体喷射头中实际测量出Tc1和Tc2来获得在表6和7中所示的实验值。在该实验中所使用的液体喷射头中，这些部分除了压力腔室110的深度和第一通道133的长度之外的条件如在上面表格1、3和4中所示一样。

如下获得Tc1和Tc2的实验值。首先，用液体充满其结构如表6和7中所示一样的每个通道单元。接下来，在低电压下向相应的促动器施加正弦波信号，从而不喷射液体。然后用激光多普勒振动计通过在30至800kHz的范围内进行扫描测量出弯液面振动速度。然后通过从与在测量结果中的振动速度峰值对应的频率中计算出谐振周期来获得Tc1和Tc2中的每一个。

表6

表7

如在表6和7以及图11至14中所示一样，实验值与相应的理论值很好地对应。这表明表达式1和2分别正确地推导出Tc1和Tc2。

接下来，本发明的发明人针对从喷嘴喷射出的液体的喷射特性在其Tc1/Tc2不同的各种液体喷射头中如何改变进行实验；然后分析实验值。下面将对该分析进行说明。

图15为一曲线图，示出由于长周期和短周期固有振动而产生出的在喷嘴前端处的弯液面的振动。在图15中，纵坐标轴线表示在弯液面处的振动速度，并且横坐标轴线表示时间。曲线141表示由于长周期固有振动而导致的在弯液面处产生出的振动。曲线142表示由于短周期固有振动而在弯液面处产生出的振动。

图15的曲线图示出这样一种情况，其中长周期固有振动的周期仅为短周期固有振动的周期的五倍。在该分析中，假设这样的液体喷射头，其中长周期固有振动的周期大约为短周期固有振动的周期的五倍。这是因为以下原因。通过例如在时刻ta处使得长周期固有振动的峰值P1与短周期固有振动的峰值P2一致，从而使得弯液面振动稳定。为了使得长周期固有振动的周期与短周期固有振动的峰值一致，应该满足0.25×Tc1＝(n+0.25)×Tc2，其中n为自然数。但是，在n不小于2的情况中，因为短周期固有振动的周期太短，所以弯液面过于细分，并且因此喷射特性不会稳定。本发明的发明人已经确认在n＝1附近喷射特性是稳定的。

接下来，本发明的发明人认为，优选实现这样一种液体喷射头，其中短周期固有振动的峰值P2稍微在长周期固有振动的峰值P1之前暂时出现。这是由于以下原因。在根据短周期固有振动的峰值P2进行喷射前填充时，与其中根据长周期固有振动的峰值P1进行喷射前填充的情况相比，喷射特性难以相对于在促动器中的变化改变。在根据短周期固有振动的峰值P2从喷嘴喷射出液体的情况中，当长周期固有振动的峰值P1在短周期固有振动的峰值P2之后出现时，将要从喷嘴喷射出的液滴的尾部通过峰值P1被推出，该尾部使液滴的后端与弯液面连接。这样能形成液滴从喷嘴喷出的组合形式。相反，如果短周期固有振动的峰值P2在长周期固有振动的峰值P1之后出现，则这种组合的液滴不能喷射出。

考虑到上面情况，本发明的发明人针对从喷嘴喷射出的液体喷射特性在其中Tc1/Tc2的值接近五的各种液体喷射头中如何改变进行实验和分析。从实验和分析的结果中，本发明的发明人首先发现，从喷嘴喷射出的液体的喷射特性分成第一至第三类型。第一至第三类型分别对应于这样的情况，其中Tc1/Tc2小于4.7的情况；其中Tc1/Tc2不小于4.7且不大于5.5的情况；以及其中Tc1/Tc2大于5.5的情况。图16A至图16F为曲线图，示出在改变施加压力的定时时在相应液体喷射头中的长周期固有振动和短周期固有振动之间的关系，示出分成第一至第三类型的喷射特性。

在图16A至16F中的任一个中，横坐标轴表示时间，并且纵坐标轴表示弯液面的振动速度。图16A至16F中的任一个示出两种振动，即由于所施加的负压而产生出的振动以及由于在喷射前填充方法中在一次液体喷射操作中所施加的正压力而产生出的振动。图16A、16C和16E示出这样的情况，其中施加正压力的定时即时刻tb、tc和td与短周期固有振动的相位一致。图16B、16D和16F示出这样的情况，其中这些定时即时刻te、tf和tg与长周期固有振动的相位一致。

由于下面的原因，所以存在两种情况，其中上面的定时与短周期固有振动的相位一致，以及其中上面的定时与长周期固有振动的相位一致。在喷射前填充方法中，上面定时与由于所施加的负压力而产生出的固有振动相位一致的原因在于通过将由于所施加的正压力而产生出的固有振动叠加在由于所施加的负压力而产生出的固有振动上来有效喷射出液体。在其中长周期固有振动的周期与短周期固有振动的周期稍微相差整数倍的这种分析情况中，在定时与长周期固有振动的相位一致时，该定时可以与短周期固有振动的相位不一致；并且在定时与短周期固有振动的相位一致时，该定时可以与长周期固有振动的相位不一致。因此，在任一种情况中，都必须检查喷射特性。

在图16A至16F中，曲线151a至151c和161a至161c表示由于所施加的负压力而产生出的长周期固有振动。曲线152a至152c和162a至162c表示由于所施加的正压力而产生出的长周期固有振动。曲线153a至153c和163a至163c表示由于所施加的负压力而产生出的短周期固有振动。曲线154a至154c和164a至164c表示由于所施加的正压力而产生出的短周期固有振动。

在图16A和16B的曲线图中，长周期固有振动的峰值P3和P5分别暂时领先于短周期固有振动的峰值P4和P6。相比之下，在图16C和16D的曲线图中，短周期固有振动的峰值P8和P10分别暂时领先于长周期固有振动的峰值P7和P9。还有在图16E和16F的曲线图中，短周期固有振动的峰值P12和P14分别暂时领先于长周期固有振动的峰值P11和P13。

图17A至17F示出在图16A至16F的相应条件下从喷嘴108喷射出的液滴的状态。图17A至17F分别对应于图16A至16F。

与图16A和17A对应的喷射特性如下。喷射正压力的定时与短周期固有振动的相位一致。短周期固有振动的峰值P4暂时在长周期固有振动的峰值P3之后出现。因此，从喷嘴108喷射出的液体分开以产生出尾部液滴171。

与图16B和17B对应的喷射特性如下。喷射正压力的定时与长周期固有振动的相位一致。因此，因为由于所施加的负压力而产生出的短周期固有振动的相位与由于所施加的正压力而产生出的短周期固有振动的相位偏离，所以尾部液滴172被分开并且液滴不会组合在一起。

与图16C和17C对应的喷射特性如下。喷射正压力的定时与短周期固有振动的相位一致。从由短周期固有振动的峰值P8喷射出的暂时领先液滴173后面通过长周期固有振动的峰值P7将尾部液滴174推出。因为由于所施加的负压力而产生出的短周期固有振动的相位与由于所施加的正压力而产生出的短周期固有振动的相位一致，所以领先液滴173和尾部液滴174相互组合在一起。

与图16D和17D对应的喷射特性如下。暂时领先的液滴175分开。但是，因为尾部液滴176从领先液滴175后面赶上，所以在击打中分开的领先液滴175的影响相对较小。

与16E和17E对应的喷射特性如下。因为由于所施加的负压力而产生出的长周期固有振动的峰值P15与由于所施加的正压力而产生出的长周期固有振动的峰值P11相差较大，所以不能有效地喷射出液体。通过短周期固有振动的峰值P16喷射出低速尾部液滴177。已经击打打印纸张等的尾部液滴177在纸张上产生出噪声。

与图16F和17F对应的喷射特性如下。由于所施加的负压力而产生出的短周期固有振动和由于所施加的正压力而产生出的短周期固有振动在相位上彼此相反。这使得弯液面振动不稳定。因此，从喷嘴108喷射出的液滴速度改变。

在下表8中概括了上述实验和分析的结果。表8示出第一通道133的长度和压力腔室110的厚度与Tc1/Tc2的关系以及对具有所示的Tc1/Tc2值的液体喷射头喷射出的液体的喷射特性的评估结果。喷射特性的评估结果分三个等级示出。符号“圆圈”表明喷射特性良好。符号“三角”表明，与“圆圈”的情况相比，虽然从喷嘴108喷射出的尾部液滴中出现扰动，但是喷射特性不会产生出任何实际问题。符号“叉号”表明，与“三角”的情况相比，因为例如在先液滴和尾部液滴彼此分开较大，所以喷射特性实际上是不适当的。

在表8中，“喷射速度峰值”表明从喷嘴108喷射出的液滴的喷射速度在施加正压力的定时与长周期和短周期固有振动的其中一个相位一致时是否变为最大。“Tc1×0.5”表示，在上面的定时与长周期固有振动的相位一致时喷射速度变为最大。“Tc2×2.5”表示，在上面的定时与短周期固有振动的相位一致时喷射速度变为最大。这些从上述实验和分析的结果中获得。在其中液滴在产生出最大喷射速度的定时处喷射出液滴的每种情况中评估出表8的喷射特性。

表8

图18示出表8的结果。在图18中，横坐标轴表示Tc1/Tc2，纵坐标轴表示喷射特性的评估。图18示出Tc1/Tc2基本上不小于4.7且不大于5.5的范围不会产生出任何问题，并且Tc1/Tc2基本上不小于4.8且不大于5.4的范围产生出更好的喷射特性。图18还示出：Tc1/Tc2基本上不小于5.0且不大于5.5的范围不产生任何实际问题，并且Tc1/Tc2基本上不小于5.0且不大于5.4的范围产生更好的喷射特性。

从上述分析的结果中可以看出，上述实施方案的每个喷墨头2如此构成，从而Tc1和Tc2满足Tc1/Tc2基本上不小于4.7且不大于5.5的条件。由此，即使在其中产生出短周期固有振动的喷墨头情况中，也能够通过根据短周期固有振动的峰值喷射液体来确保相对较好的喷射特性。

这种喷射特性是由于以下原因而实现的。也就是说，可以根据短周期固有振动来设定用于喷射液滴的定时。这实现响应性较高的喷墨头。另外，与其中由长周期固有振动所产生出的液滴如常规方式一样在先的情况相比，液滴的喷射速度和量难以改变。这是由于以下原因。在长周期固有振动的情况中，促动器的声顺与单独液体通道的任何其它部分的声顺平行。在该情况中，从促动器到促动器的声顺变化直接造成喷射速度峰值的改变。在同样驱动液体喷射头喷射时，喷射速度大大改变。相反，因为短周期固有振动为其中促动器以及例如第一通道串联连接的系统的振动，所以促动器的变化难以在振动周期中直接出现。

在上述实施方案的每个压电促动器50中，每个单独电极35和共同电极34夹着压电层41。在共同电极34和每个压力腔室10之间，用作振动板的压电层42至44分布在压力腔室10上。当在共同电极34和单独电极35之间产生出电位差时，压电层41至44一体地变形以改变压力腔室10的容积。在这样构成的喷墨头2中，在压电层41至44的声顺较高时，容易产生出残余振动，并且容易感应出短周期固有振动。在本发明中，允许产生出这种短周期固有振动。在本发明中，通过将在长周期固有振动的周期和短周期固有振动的周期之间的关系限制在预定范围内，从而能够确保高响应性。另外，通过利用短周期固有振动，能够确保相对良好的喷射特性。因此，本发明适用于喷墨头2的上面结构。

喷嘴8在喷墨头2的下表面处打开。喷嘴8在那里打开的表面以及压力腔室10夹着与通道单元4的层状结构垂直的副集管通道5a。这种结构使得每个下伸部分33较长。因此，下伸部分33的容积容易较大，并且容易感应出短周期固有振动。因此，本发明也适用于该结构。

接下来，本发明的发明人进行用于表示喷墨头2的正确驱动方法的以下测量。首先，在改变To的值的情况下从喷墨头2中喷射出墨。然后测量出从喷墨头2喷射出的墨的喷射速度。在改变Tr和Tf的情况下重复这种测量。下表9示出测量的结果。在Tr和Tf满足Tr＝Tf的条件的情况下进行表9的测量。

针对这样的喷墨头2进行表9的测量，其中每个压力腔室10的厚度为100微米；每个限制通道的(截面厚度×宽度×长度)为(20微米×40微米×300微米)；并且每个下伸部分33的(长度×平均直径)为(830微米×190微米)。

表9

图19为一曲线图，示出表9的结果。在图19中，曲线181至185表示在Tr/Tc2的值分别为0.25、0.33、0.80、1.00和1.10时到To/Tc2的喷墨速度。弯曲曲线181至185中的任一条大体上向上凸起。虽然在曲线185上只是出现了长周期固有振动的峰值，但是除了长周期固有振动的峰值之外在曲线181至184中每一条上出现了短周期固有振动的峰值。

如图19所示，在曲线185上没有出现任何短周期固有振动的峰值，并且在曲线185上的喷射速度的峰值低于出现在其它曲线上的喷射速度的峰值。也就是说，通过使得曲线185的喷射特性出现的驱动条件，短周期固有振动难以感应出，并且喷射速度降低。另一方面，短周期固有振动的峰值与其它曲线相比明显出现在曲线181上。通过使得曲线181的喷射特性出现的驱动条件，因为短周期固有振动太强，所以不能稳定地喷射液体。因此，能够有效稳定喷墨的喷墨头2的驱动条件优选落入在Tr/Tc2和Tf/Tc2中的任一个基本上不小于0.3且不大于1.0的范围内，除了其中出现曲线181和185的喷射特性的范围之外。

下表10示出在那里在图19的相应曲线181至185上出现喷墨速度的峰值的To/Tc2的值。表10的第二列的第二至第六排示出To/Tc2的值，在那里在相应的曲线181至185上出现了峰值。图20用点示出表10的结果。如图20所示，在那里出现峰值的To/Tc2的值基本上沿着直线186布置到Tr/Tc2。直线186示出与Tr/Tc2和Tf/Tc2中任一个不小于0.3且不大于1.0的上述范围对应的To/Tc2的范围大约为2.40至大约2.65。

表10

Tr/Tc2	在出现峰值处的To/Tc2
		0.25	2.33
0.33	2.46
		0.8	2.58
1	2.60
		1.1	2.76

从上述分析中发现，用于驱动喷墨头2的正确范围为Tr/Tc2和Tf/Tc2中任一个不小于0.3且不大于1.0的上述范围对应的To/Tc2的范围以及To/Tc2基本上为2.40至2.65的范围。

从上述分析中可以理解，在本发明中所述的问题是由于形成在设备中的液体通道和促动器的声质量和声顺造成的。因此，这些问题尤其不会取决于液体通道的特定结构和促动器种类。例如，与压电促动器50不同的是，可以采用由多个压电层驱动的压电促动器或者采用了压电系统之外的系统的促动器。另外，可以采用结构与如图4所示的液体通道不同的液体通道。即使在这种液体喷射头的情况中，如果液体喷射头满足在上述分析中所假设的条件，则可以采用本发明。

虽然已经结合上面列出的具体实施方案对本发明进行了说明，但是显然本领域普通技术人员很容易想到许多可选方案、变型和变化。因此，上面给出的本发明优选实施方案只是用来例举说明，而不是进行限制。在不脱离在以下权利要求中所限定的本发明精神和范围的情况下可以作出各种改变。

Claims (8)

1.一种液体喷射头，包括：

通道单元，该通道单元包括喷嘴、共同液体腔室、和单独液体通道，从该喷嘴喷射液体，该单独液体通道包括第一通道、压力腔室、第二通道、和限制通道，该第一通道的一个端部连接到喷嘴，该压力腔室的一个端部连接到第一通道的另一个端部，该第二通道的一个端部连接到压力腔室的另一个端部，该限制通道的一个端部连接到第二通道的另一个端部，并且该限制通道的另一个端部连接到共同液体腔室，所述限制通道在与液体流动方向垂直的截面面积方面小于第二通道；和

促动器，该促动器能够选择性地采取第一状态和第二状态，在该第一状态下压力腔室的容积为V1，在该第二状态下压力腔室的容积为比V1大的V2，促动器从第一状态改变为第二状态，然后返回到第一状态以从喷嘴喷射液体，

由以下表达式1和2定义的Tc1和Tc2满足Tc1/Tc2不小于4.7且不大于5.5的条件：

表达式1

$T_{C1}=2\mathrm{\π}\sqrt{\left(\frac{M_n^{\′}\×M_r^{\′}}{M_n^{\′}+M_r^{\′}}\right)\×(C_a+C_c+C_d+C_s)}$

表达式2

$T_{C2}=2\mathrm{\π}\sqrt{M_{C2}\×C_{C2}}$

其中M′n、M′r、Mc2和Cc2分别由以下表达式3至6定义：

表达式3

M′n＝Mn+Mc/2

表达式4

M′r＝Mr+Mc/2

表达式5

$M_{C2}=\frac{M_d\×(M_c+M_s)}{M_d+M_c+M_s}+M_a$

表达式6

$C_{C2}=\frac{C_d\×C_a}{C_d+C_a}$

其中Md、Ms、Ma、Mn、Mr、和Mc分别表示第一通道、第二通道、促动器、喷嘴、限制通道、和压力腔室的声质量；并且Ca、Cc、Cd和Cs分别表示促动器、压力腔室、第一通道、和第二通道的声顺。

2.如权利要求1所述的液体喷射头，其中Tc1和Tc2满足Tc1/Tc2不小于4.8且不大于5.4的条件。

3.如权利要求1所述的液体喷射头，其中Tc1和Tc2满足Tc1/Tc2不小于5.0且不大于5.5的条件。

4.如权利要求2所述的液体喷射头，其中Tc1和Tc2满足Tc1/Tc2不小于5.0且不大于5.4的条件。

5.如权利要求1-4中任一项所述的液体喷射头，其中所述促动器包括：

压电层；

振动板，该振动板设置在该压电层和所述压力腔室之间，从而遍布在所述压力腔室上；和

由两个电极构成的驱动电极对，这两个电极夹着压电层的与所述压力腔室相对的区域，并且

压电层和振动板一体地弯曲，从而在朝着所述压力腔室的方向和离开所述压力腔室的方向中的一个方向上凸起，而且当在所述电极之间产生第一电位差时所述促动器采取第一和第二状态中的一个状态，而当在所述电极之间产生与第一电位差不同的第二电位差时促动器采取第一和第二状态中的另一个状态。

6.如权利要求1-4中任一项所述的液体喷射头，其中所述通道单元具有喷射面，所述喷嘴在该喷射面处开口，并且

所述共同液体腔室设置在喷射面和所述压力腔室之间。

7.一种液体喷射头的驱动方法，该液体喷射头包括：通道单元，该通道单元包括喷嘴、共同液体腔室、和单独液体通道，从该喷嘴喷射液体，该单独液体通道将喷嘴和共同液体腔室相互连接；设置在单独液体通道中的压力腔室；和促动器，该促动器能够选择性地采取第一状态和第二状态，在该第一状态下该压力腔室的容积为V1，在该第二状态下压力腔室的容积为比V1大的V2，促动器从第一状态改变为第二状态，然后返回到第一状态以从喷嘴喷射液体，

单独液体通道包括第一通道、第二通道、和限制通道，该第一通道的一个端部连接到喷嘴，并且第一通道的另一个端部连接到压力腔室的一个端部，该第二通道的一个端部连接到压力腔室的另一个端部，该限制通道的一个端部连接到第二通道的另一个端部，并且该限制通道的另一个端部连接到共同液体腔室，限制通道在与液体流动方向垂直的截面面积方面小于第二通道，

所述方法包括：

使得促动器采取第一状态的第一步骤；

在第一步骤之后将促动器从第一状态改变为第二状态的第二步骤；和

在第二步骤之后将促动器从第二状态改变为第一状态的第三步骤，

由以下表达式1和2定义的Tc1和Tc2满足Tc1/Tc2不小于4.7且不大于5.5的条件：

表达式1

$T_{C1}=2\mathrm{\π}\sqrt{\left(\frac{M_n^{\′}\×M_r^{\′}}{M_n^{\′}+M_r^{\′}}\right)\×(C_a+C_c+C_d+C_s)}$

表达式2

$T_{C2}=2\mathrm{\π}\sqrt{M_{C2}\×C_{C2}}$

其中M′n、M′r、Mc2和Cc2分别由以下表达式3至6定义：

表达式3

M′n＝Mn+Mc/2

表达式4

M′r＝Mr+Mc/2

表达式5

$M_{C2}=\frac{M_d\×(M_c+M_s)}{M_d+M_c+M_s}+M_a$

表达式6

$C_{C2}=\frac{C_d\×C_a}{C_d+C_a}$

其中Md、Ms、Ma、Mn、Mr、和Mc分别表示第一通道、第二通道、促动器、喷嘴、限制通道、和压力腔室的声质量；并且Ca、Cc、Cd和Cs分别表示促动器、压力腔室、第一通道、和第二通道的声顺，

执行第一至第三步骤，从而在第二步骤中从促动器开始自第一状态改变到促动器开始采取第二状态的时间段Tf、和在第三步骤中从促动器自第二状态开始改变到促动器开始采取第一状态的时间段Tr满足如下条件，即Tr/Tc2和Tf/Tc2中的任一个不小于0.3且不大于1.0。

8.如权利要求4所述的方法，其中执行第一至第三步骤，从而从在第一步骤中促动器开始自第一状态改变到在第三步骤中促动器开始自第二状态改变为第一状态的时间段的长度为Tc2的长度的2.40至2.65倍。

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