CN101804728A - 喷墨打印头 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够利用热能来喷墨的喷墨打印头，包括：提供多个电热转换器以加热墨水从而产生气泡的加热板；顶板，与加热板相对放置以形成与多个电热转换器相应的多个墨水流动路径；喷出口面，在该喷出口面处形成有与所述多个墨水流动路径相应的多个喷出口，所述喷出口面具有以预定角度与所述墨水流动路径的轴线相交的法线；以及喷嘴壁，放置在所述加热板上并且位于所述多个电热转换器与所述多个喷出口之间的区域中。所述喷嘴壁和所述顶板的内壁元件由相同的树脂材料制成，内壁元件与所述喷嘴壁一起形成墨水流动路径；随着利用电热转换器进行加热而形成的气泡的生长和收缩，墨水从所述喷出口喷出并且被分成主液滴和副液滴。

Description

喷墨打印头

本申请是申请日为2007年4月19日，申请号为200710096617.8的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种能够利用热能来喷墨的喷墨打印头。

背景技术

在喷墨打印装置中，采用可利用电热转换器(加热器)或压电元件来喷出液体例如墨水的打印头。如图9A所示，在采用电热转换器101的打印头H中，流路102内的液体经由该电热转换器101的热量起泡(参见图9B和9C)，并利用此时生成的气泡B的起泡能，从喷出口103喷出液体。然后，气泡B如图9D和9E所示消泡。对于本例的打印头H，可动阀104设在流路102中以使气泡B的起泡能有效地作用于喷出口103的方向。采用这种打印头H的喷墨打印装置可通过使从喷出口103喷出的液体附着在打印介质上来打印图像。在此打印装置中，打印速度高速化的需求与日俱增。

对于这种打印头H，随着打印速度加快，一个新问题已越来越明显。如图9D所示，当分断被推离喷出口103的液柱以形成液滴(主液滴)时，与该主液滴Dm一起还形成称为附属物的副液滴Ds，如图9E所示。当这些主液滴Dm和副液滴Ds相互偏离地着落在打印介质上时，印刷图像的图像质量会下降。如图10A所示，副液滴Ds的喷出定时晚于主液滴Dm的喷出定时，且该副液滴Ds的喷出速度Vs小于主液滴Dm的喷出速度Vm。因此，当打印头H与打印介质W的相对移动速度变快时，主液滴Dm的着落位置与副液滴Ds的着落位置的偏差d变大(参见图10B和10C)。图10A，10B和10C表示打印介质W相对于打印头H移动。D1是利用主液滴Dm形成在打印介质W上的点，以及D2是利用副液滴Ds形成在打印介质W上的点。

通常，为使主液滴与副液滴的着落位置的偏差小，可缩小打印头的喷出口面(喷出口所处的面)与打印介质之间的距离h(参见图10A)，或者增大液体的喷出速度。

同时，日本专利特开No.2000-263788描述了一种使墨水的主液滴和副液滴的喷出方向一致的构造。当含有喷出口和流路的喷嘴部由多种材料形成时，产生材料间表面能的差异，换句话说，对墨水润湿性的差异。日本专利特开No.2000-263788中描述的构造是针对主液滴的喷出方向和附属物的喷出方向由于这种对墨水润湿性的差异而发生偏差这个事实而提出的。也就是说，喷出口面倾斜以使低表面能材料所处一侧上的流路部分比高表面能材料所处一侧上的流路部分短。这使主液滴和附属物的喷出方向一致。

然而，当试图缩短打印头的喷出口面与打印介质之间的距离h(参见图10A)以使主液滴与副液滴的着落位置的偏差小时，缩短该距离h是有限的。当距离h太短时，液体提供于其上的打印介质会由于折皱而接触打印头的喷出口面。另外，由于从打印介质表面弹回的液体或者附着在喷出口面上的雾状液体，还会出现液体喷出不良。当试图加快液体喷出速度以使主液滴与副液滴的着落位置的偏差小时，加速同样也是有限的。

因此，仅通过缩短打印头的喷出口面与打印介质之间的距离h或者通过加快液体喷出速度，难以在实现较高打印速度的同时使主液滴与副液滴的着落位置的偏差小。

另一方面，日本专利特开No.2000-263788仅公开一种用于使图10A所示主液滴和副液滴的喷出方向一致的构造。采用此构造，不能解决与图10B和10C所示打印速度加快有关的问题，即，不能抑制主液滴与副液滴的着落位置的偏差。

通常如上所述，不能充分地抑制随着打印速度加快而增大的主液滴与副液滴的着落位置的偏差。尤其，难以遵从工业用喷墨打印装置所希望的要求，即，打印速度更快和印刷图像的质量更高的要求。在工业用喷墨打印装置中，例如，当打印条形码时，主液滴与副液滴的着落位置的偏差将是致命的。条形码是由粗细不同的黑条和白空隙的组合构成的印刷信息。因此，当主液滴与副液滴的着落位置的偏差增大时，条或空隙的尺寸或位置移出可读规格，这使条形码不能读取。

图11、12A和12B是在所谓的串行扫描式喷墨打印装置和宽行式喷墨打印装置中主液滴与副液滴的着落位置偏离的情况下打印结果的说明图。

在所谓的串行扫描式喷墨打印装置中，如图11所示，通过重复在打印头H沿箭头X所示的主扫描方向移动的同时喷出液体的操作以及沿箭头Y所示的副扫描方向传送打印介质W的操作，顺次地在该打印介质W上打印图像。图11中的打印方法是一种在打印头H沿箭头X1所示的往方向和沿箭头X2所示的回方向移动时打印图像的双向打印方法。在前者往扫描中，点D2形成为朝向打印头H的行进方向(X1方向)偏离点D1的中心。另一方面，在后者回扫描中，点D2形成为朝向打印头H的行进方向(X2方向)偏离点D1的中心。当打印头H的扫描速度(沿箭头X1和X2方向的移动速度)较低时，点D2如图11所示形成在点D1内。然而，当扫描速度变快时，点D2形成在点D1之外。结果，当高速打印条形码时，该条形码不能被读取。

在所谓的宽行式喷墨打印装置中，如图12A所示，通过在沿箭头Y1方向连续传送打印介质W且打印头H固定的同时从该打印头H喷出液体，在该打印介质W上连续地打印图像。点D2形成为朝向与打印介质W的传送方向(箭头Y1)相反的方向(箭头Y2方向)偏离D1的中心。箭头Y2方向是打印头H相对于打印介质W的相对移动方向。当打印介质W的传送速度较低时，点D2如图12A所示形成在D1内。然而，当打印介质W的传送速度高时，点D2如图12B所示形成在点D1之外。结果，当高速打印条形码时，该条形码不能被读取。

发明内容

本发明提供能在实现高速打印的同时打印高质量图像的打印头、喷墨打印装置以及喷墨打印方法。

在本发明的第一方面中，提供一种能够利用热能来喷墨的喷墨打印头，包括：提供多个电热转换器以加热墨水从而产生气泡的加热板；顶板，所述顶板与所述加热板相对放置以形成与所述多个电热转换器相应的多个墨水流动路径；喷出口面，在该喷出口面处形成有与所述多个墨水流动路径相应的多个喷出口，所述喷出口面具有以预定角度与所述墨水流动路径的轴线相交的法线；以及喷嘴壁，所述喷嘴壁放置在所述加热板上并且位于所述多个电热转换器与所述多个喷出口之间的区域中，其中，所述喷嘴壁和所述顶板的内壁元件由相同的树脂材料制成，所述内壁元件与所述喷嘴壁一起形成墨水流动路径；以及其中，随着利用所述电热转换器进行加热而形成的气泡的生长和收缩，墨水从所述喷出口喷出并且被分成主液滴和副液滴。

在本发明的第二方面中，提供一种喷墨打印装置，包括：移动装置，相对移动打印头和打印介质；以及控制装置，在相对移动打印头和打印介质的同时，从该打印头处的喷出口喷出液体。

在本发明的第三方面中，提供一种喷墨打印方法，通过采用可从喷嘴顶端的喷出口喷出液体的打印头在相对移动打印头和打印介质的同时从该喷出口喷出液体来在打印介质上打印图像，其中，喷出口所处的打印头的喷出口面形成为使该喷出口面的法线以预定角度与喷嘴的轴线相交，且其中当在打印介质上打印图像时，打印头和打印介质相对移动，以使喷出口面朝向以打印介质为基准的打印头的相对移动方向倾斜。

根据本发明，喷出口所处的打印头的喷出口面的法线形成为以预定角度与喷嘴的轴线相交，且喷出口面朝向与打印头和打印介质的相对移动方向有关的方向倾斜。这允许主动地分化从喷出口喷出的液体的主液滴和副液滴的喷出方向。主液滴是通过喷出喷出口附近的喷嘴内的液体形成的，副液滴是通过喷出远离喷出口的喷嘴中的液体形成的。如所述，主动分化主液滴和副液滴的喷出方向使该主液滴和副液滴在打印介质上的着落位置的偏差小，并在实现高速印刷的同时，打印高质量图像。

自以下(参照附图)对示范实施例的说明，本发明的其它特征将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的打印头的主要部分的局部切除透视图；

图2A、2B、2C、2D和2E中的每个是图1所示打印头的液体喷出过程的说明图；

图3是图1所示打印头的喷出口的倾斜角的说明图；

图4是图1所示打印头的液体喷出方向的说明图；

图5A、5B和5C中的每个是从图1所示打印头喷出的液滴的着落位置的说明图；

图6是图1所示打印头的分解透视图；

图7是具有图1所示打印头的喷墨打印装置的示意前视图；

图8A、8B、8C、8D和8E中的每个是根据本发明第二实施例的打印头的液体喷出过程的说明图；

图9A、9B、9C、9D和9E中的每个是现有打印头的液体喷出过程的说明图；

图10A、10B和10C中的每个是从图9A所示打印头喷出的液滴的着落位置的说明图；

图11是利用采用图9A所示打印头的串行扫描式喷墨打印装置打印的打印例的说明图；以及

图12A和12B中的每个是利用采用图9A所示打印头的宽行式喷墨打印装置打印的打印例的说明图。

具体实施方式

现在将基于附图说明本发明。

(第一实施例)

图6是根据本发明第一实施例的打印头的分解透视图。本实施例的打印头在喷墨打印装置中用作喷出液体墨水的打印头110。附图标记111指示配置有如下所述的电热转换器(气泡生成设备)、公共液室、流路、喷出口等的喷出元件，以及112指示配置有如下所述的电线板的陶瓷板。喷出元件111内的公共液室与设在流路形成件内的多条流路连通。墨水从未表示的墨罐供应给流路形成件的墨水供给口。多个喷嘴形成为与流路、喷出口、电热转换器(气泡生成设备)等排成一列。从墨水供给口引入公共液室的墨水从每个喷嘴的喷出口喷出。

图7是可采用打印头110打印图像的宽行式喷墨打印装置120的示意性前视图。打印装置120提供有沿箭头Y1所示的传送方向传送打印介质W例如纸张的传送部121以及把打印介质W供应给该传送部121的供送部122。六个打印头110可拆卸地安装在本实施例的打印装置120上。来自对应墨盒123的黄色(Y)、浅品红色(LM)、品红色(M)、浅青色(LC)、青色(C)和黑色(K)墨水供应给这些打印头110。六个打印头110被设置成沿打印介质W的传送方向偏离。每个打印头110的喷嘴列朝向与打印介质W的传送方向交叉的方向(本实施例为垂直方向)延伸。

附图标记124指示用于进行恢复处理以维持打印头110的墨水喷出状态良好的恢复单元。恢复处理包括例如从喷出口抽吸喷出或者加压喷出不用于图像打印的墨水的处理以及从喷出口喷出(预喷出)不用于图像打印的墨水的处理。恢复处理还包括擦拭打印头110的喷出口面(喷出口所处的面)的处理。附图标记125指示用于操作打印装置120的操作面板部。

图1是打印头110的喷嘴附近的一部分的局部切除透视图。

多个用于加热墨水且使该墨水起泡的加热器(电热转换器)2设在加热器板1上。电阻器例如氮化钽用作加热器2，其厚度例如0.01至0.5μm且其薄膜电阻值为每单位正方形10至300Ω。用于电传导的铝电极(未表示)与加热器2连接。在电极的一面上，连接用于控制与加热器2的电传导的开关晶体管(未表示)。开关晶体管利用由控制用门设备电路等构成的IC驱动控制，且依据打印装置的信号控制加热器2。

加热器2形成在多条流路3中的每条处。每条流路3的一端与对应喷出口4连通，且每条流路3的另一端与公共液室5连通。流路3被加热器板1、喷嘴壁6、厚度约5-10μm的喷嘴堤7以及厚度约2μm的顶板喷嘴8包围形成管状。在本实施例中，喷嘴壁6、喷嘴堤7和顶板喷嘴8由感光环氧树脂形成。

可动阀9设在流路3中，且该可动阀9的自由端9A位于喷出口4附近，而基端位于公共液室5附近。位于可动阀9的基端处的支承点与阀支承件10连接，且该阀支承件10经由阀座11与加热器板1连接(参见图2A)。顶板喷嘴8与由Si等形成的顶板12连接。在顶板12处，利用各向异性蚀刻等形成未表示的墨水供给口。液体墨水经由墨水供给口从外部供入公共液室5，然后该公共液室5中的墨水被供入每条流路3。

喷出口4所处的喷出口面F具有如下的预定倾斜角θ。

如图3所示，喷出口面F不垂直于流路3的轴线(喷嘴的轴线)L1，而是该喷出口面F的法线L2相对于轴线L1倾斜角度θ。换句话说，喷出口面F形成为使法线L2与喷嘴的轴线L1以预定角度θ相交。喷出口面F被倾斜为面向打印介质W的传送方向Y1的相反方向(箭头Y2方向)，即面向以打印介质W为基准时打印头110的相对移动方向。因此，喷出口面F是通过使垂直于轴线L1的面F0朝向打印头110的相对移动方向(箭头Y2方向)倾斜角度θ形成的。如下所述，考虑到打印介质W与打印头10的相对移动速度等，设定角度θ的大小。

图2A至2E是从喷出口4喷出墨滴的喷出过程的说明图。

图2A表示在加热流路3中的墨水前的状态，即，加热器2未通电的状态。喷出口4附近的墨水形成弯月面M。

图2B和2C表示当加热器2通电且发热时在受热墨水中伴随着该墨水薄膜沸腾而生成气泡B的状态。在此情况下，利用以阀座11侧为支承点而移动的可动阀9，把基于气泡B的生成的压力的传播方向引向墨水喷出方向。流路3中的墨水经由气泡生成的压力从喷出口4喷出，并伴随着该气泡B生长而形成液柱例如图2C中表示的一个液柱。

图2D和2E表示在终止利用加热器2加热墨水之后处于收缩过程的气泡B的状态。喷出口4附近的墨水依据气泡B的收缩而被拉入流路3。因为惯性力朝向喷出方向作用于液柱的顶端部，所以液柱与流路3中的墨水分离。经分离的液柱由于墨水的表面张力形成主液滴Dm和副液滴(附属物)Ds，并飞向打印介质。

因为吐出口面F倾斜预定角度θ，所以主液滴Dm和副液滴Ds的喷出方向将如下所述不同。

如图2B和2C所示，最初，弯月面M伴随着气泡产生的压力的传播而开始朝向喷出方向前进。这使喷出口4附近的墨水从该喷出口4喷出，同时在喷出口面F上维持与喷嘴堤7和顶板喷嘴8的相同接触角α，如图4所示。由墨水喷出方向A1和流路3的轴线L1限定的角度将是喷出口面F的倾斜角度θ，如图3所示。喷出口4附近的墨水沿着与喷出口面F垂直的法线L2朝向箭头A1方向喷出，如图2B和2C所示。朝向箭头A1方向喷出的墨水将形成主液滴Dm。另一方面，如图2B和2C所示，位于加热器2附近的墨水沿着流路3的轴线L1方向朝向箭头A2方向喷出。朝向箭头A2方向喷出的墨水将形成副液滴Ds。

如图2D所示，气泡B进入收缩过程，且然后喷出口4附近的墨水被拉入流路3以形成如图2E所示的主液滴Dm和副液滴Ds。因为利用气泡喷出的主液滴Dm和副液滴Ds的方向不同，所以该主液滴Dm相对于轴线L1以角度θ飞向箭头A1方向(法线L2方向)，而副液滴Ds飞向箭头A2方向(轴线L1方向)，如图2E所示。

依据具有打印头110的打印装置120的构造或者依据控制条件，设定喷出口面F的角度θ，即主液滴Dm的喷出角度θ。以下将基于图5A、5B和5C说明角度θ的设定方法的一例。

在此例中，主液滴Dm的喷出速度为Vm，副液滴Ds的喷出速度为Vs，打印介质W的传送速度为Vf，以及喷出口4与打印介质W之间的距离为h。在如图10A所示喷出口面不倾斜的传统打印头H中，主液滴Dm与副液滴Ds的着落位置的偏离量d用以下方程表示。

d＝{(1/Vs)-(1/Vm)}×h×Vf

在此情况中，依据墨水的喷出速度Vm和Vs、距离h和传送速度Vf产生偏离量d，且主液滴Dm和副液滴Ds的着落位置不能一致。

另一方面，依据本实施例的打印头110，通过设定角度θ以满足下面方程的条件，可使主液滴Dm和副液滴Ds的着落位置一致。

[(1/Vs)-{1/(Vm·cosθ)}]×h×Vf＝h·tanθ

重新整理以上方程以导出下面的方程。

(1/Vs)-{1/(Vm·cosθ)}＝tanθ/Vf

通过设定角度θ以满足例如此方程，从而使主液滴Dm和副液滴Ds在打印介质W上的着落位置一致，可打印高质量图像。

(第二实施例)

上述第一实施例的打印头110是所谓的边缘喷射式，墨水的喷出方向与墨水进入喷嘴的供给方向几乎一致。然而，本发明也可应用于所谓的侧喷射式打印头。在侧喷射式打印头中，墨水的喷出方向和墨水进入喷嘴的供给方向不同。

图8A至8E是适用本发明的侧喷射式打印头的主要部分的剖视图，与以上实施例相同的部件被赋予相同的附图标记并将不再描述。

喷出口4形成在顶板12的面向加热器2的位置。喷嘴由加热器2、加热器2与喷出口4之间的流路、喷出口4等形成。形成有喷出口4的喷出口面F相对于喷嘴的轴线L1倾斜预定角度θ，如在以上实施例中所述的。公共液室5中的墨水从图8E中箭头C的方向供入喷嘴。

本例的打印头可按照与以上实施例中的打印头相同的方式利用加热器2的热能喷出墨水。如图8A至8E所示，利用加热器2的热量使喷嘴中的墨水起泡，且利用此时气泡B的起泡能从喷出口4喷出墨滴。因为喷出口面F倾斜角度θ，所以从喷出口4喷出的主液滴Dm与副液滴Ds喷向同以上实施例中所述的相同方向。换句话说，主液滴Dm相对于轴线L1以角度θ飞向箭头A1方向(喷出口面的法线方向)，而副液滴Ds飞向箭头A2方向(轴线L1方向)。

于是，同以上实施例一样，通过使主液滴Dm与副液滴Ds在打印介质W上的着落位置一致，可打印高质量图像。

(其它实施例)

除了喷出墨水的打印头以外，本发明还适用于可喷出各种直接或间接用于图像打印的液体的打印头(液体喷出头)。另外，打印头的液体喷出方法可以是采用电热转换器(加热器)的方法，也可以是采用压电元件等的方法。此外，可动阀10不总是要设在如第一实施例中所述的边缘喷射式打印头中。

本发明除了适用于上述串行扫描式喷墨打印装置以外，还适用于图7所示的宽行式喷墨打印装置。在如上所述的任一打印装置中，喷出口仅需要相对于打印头同打印介质的相对移动方向具有预定的倾斜角度。换句话说，形成有喷出口的面(喷出口面F)仅需要形成为这样倾斜，以使喷出口倾斜并朝向打印头相对于打印介质移动的方向(箭头Y2)开口。结果，喷嘴的轴线(L1)与喷出口所处的喷出口面(F)的法线(L2)不一致，而是以预定角度相交。

在前述实施例中，限定喷出口周面的喷嘴壁6、喷嘴堤7和顶板喷嘴8由相同材料制成，且它们的物理特性相同。然而，在那些周面中，至少朝向箭头Y1方向的顶板喷嘴8和朝向箭头Y2方向的喷嘴堤7由相同材料制成。它们的物理特性包括至少液体润湿性或表面粗糙性之一。另外，只要物理特性相同，形成喷出口周面的材料可以不同。此外，形成有喷出口的孔板可与液体流路的开口连接。另外，形成喷出口周缘部的材料的物理特性(包括液体润湿性)可以不同，且在此情况下，仅需要考虑由于物理特性导致的主液滴和副液滴的喷出方向的不同来最佳地设定喷出口的倾斜角度。

尽管已参照示范实施例对本发明进行了说明，但应理解的是本发明不限于所公开的示范实施例。以下权利要求书的范围与最宽解释一致以涵盖所有变型以及等效的结构和功能。

Claims (5)

1.一种能够利用热能来喷墨的喷墨打印头，包括：

提供多个电热转换器以加热墨水从而产生气泡的加热板；

顶板，所述顶板与所述加热板相对放置以形成与所述多个电热转换器相应的多个墨水流动路径；

喷出口面，在该喷出口面处形成有与所述多个墨水流动路径相应的多个喷出口，所述喷出口面具有以预定角度与所述墨水流动路径的轴线相交的法线；以及

喷嘴壁，所述喷嘴壁放置在所述加热板上并且位于所述多个电热转换器与所述多个喷出口之间的区域中，

其中，所述喷嘴壁和所述顶板的内壁元件由相同的树脂材料制成，所述内壁元件与所述喷嘴壁一起形成墨水流动路径；以及

其中，随着利用所述电热转换器进行加热而形成的气泡的生长和收缩，墨水从所述喷出口喷出并且被分成主液滴和副液滴。

2.如权利要求1所述的打印头，其特征在于，所述主液滴沿着所述喷出口面的法线方向喷出，所述副液滴沿着所述墨水流动路径的轴线方向喷出。

3.如权利要求1所述的打印头，其特征在于，形成所述顶板的材料与形成所述内壁元件的材料不同。

4.如权利要求3所述的打印头，其特征在于，所述顶板由Si制成。

5.如权利要求1所述的打印头，其特征在于，所述树脂材料是感光环氧树脂。

Images