CN102310656A - 液体喷射头、液体喷射设备和喷墨打印设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了液体喷射头、液体喷射设备和喷墨打印设备。本发明中的液体喷射头具有包括一组喷射元件的记录元件。每个记录元件包括一个压力腔、连接到该压力腔的供给流道、对应于该压力腔布置的喷射能量产生装置、以及连接到该压力腔的喷射口。包括在构成所述组的喷射元件中的喷射能量产生装置连接到公共信号线，并且被配置为通过公共信号线施加有同一驱动信号以同时被驱动。在构成所述组的喷射元件中，当喷射能量产生装置被同时驱动时，在图像形成操作中，液体通过喷射口喷射并且沉积至图像形成介质上的同一像素。

Description

液体喷射头、液体喷射设备和喷墨打印设备

技术领域

本发明涉及液体喷射头，更具体地涉及通过喷墨法喷射液滴的头结构，以及涉及使用这种头的液体喷射设备和喷墨打印设备。

背景技术

日本专利申请公开No.2005-035271公开了这样的组成，其中使从两个油墨喷射单元分别喷射的油墨滴碰撞并且在飞行中相互结合，结合的液滴沉积在记录介质上，从而高速地打印高分辨率的图像。这两个油墨喷射单元具有相互分离(独立)的压力腔和压电致动器，每个喷射单元的喷射定时和喷射的油墨滴的数量受控制。日本专利申请公开No.06-071902公开了类似于日本专利申请公开No.2005-035271的技术。

日本专利申请公开No.2005-035271和No.06-071902公开了通过从连接到多个压力腔的喷嘴分别喷射液滴来形成一个像素的方法。但是，由于这些组成包括用于各个压力腔的单独致动器，并且每个致动器的驱动独立受控，从而这些致动器的驱动控制系统变得复杂，成本很高并且对高密度构成阻碍。

WO 01/08888和日本专利申请公开No.2008-023793公开了一种使连接到喷嘴的腔室(压力腔)内的油墨循环的头结构。

WO 01/08888公开了涉及油墨循环的技术，用于确保长期的喷射稳定性，但是未提及对这样的头组成的应用，即，通过从多个压力腔的各喷嘴分别喷射液滴的方式在记录介质上形成一个像素的头组成。

日本专利申请公开No.2008-023793提供了这样的技术，其主要目的是控制液滴的喷射方向(飞行偏斜)；多个压力腔具有不同的谐振，并且通过改变驱动脉冲宽度来执行偏斜。在日本专利申请公开No.2008-023793中，类似于日本专利申请公开No.2005-035271和No.06-071902，用于驱动与各压力腔整体布置的致动器的控制系统是复杂的。日本专利申请公开No.2008-023793没有提供使用简单控制系统来喷射大油墨滴的技术。此外，在通过从多个喷嘴喷射液滴的方式形成一个像素的组成中，存在这样的关注，即关于由于制造差异所产生的喷射方向的偏离，目前没有公开抑制该问题产生的组成。

发明内容

本发明鉴于这些情况而设计，目的是为了提供一种液体喷射头，通过简单的驱动控制系统，其可以高频率地喷射大液滴。此外，在实现这种头的过程中，目的是为了防止驱动电路变得复杂以及防止用于提供和循环油墨的流道结构变得复杂。此外，在这种头组成中，目的是为了防止由于制造差异所引起的喷射方向的准确性的下降。

为了实现上述目的，本发明针对一种液体喷射头，其包括：多个压力腔，其中每个压力腔均充满液体；多个供给流道，分别连接到压力腔，液体通过该供给流道提供到压力腔；多个喷射能量产生装置，对应于压力腔布置，喷射能量产生装置由驱动信号驱动以产生喷射力；以及多个喷射口，分别连接到压力腔，压力腔中的液体通过对应喷射能量产生装置所产生的喷射力经由喷射口向外喷射，其中：液体喷射头具有包括一组喷射元件的记录元件；每个喷射元件均包括一个压力腔、连接到该一个压力腔的一个供给流道、对应于该一个压力腔布置的一个喷射能量产生装置、以及连接到该一个压力腔的一个喷射口；构成所述组的喷射元件具有相同的喷射操作特性；包括在构成所述组的喷射元件中的喷射能量产生装置连接到公共信号线，并且被配置为通过公共信号线施加有同一驱动信号以同时被驱动；以及在构成所述组的喷射元件中，当喷射能量产生装置被同时驱动时，在图像形成操作中，液体通过各喷射口喷射并且沉积至图像形成介质上的同一像素。

根据本发明的该方面，通过具有匹配特性的多个喷射元件来执行同一像素的记录(同一像素位置的点形成)。构成记录同一像素的组的喷射元件同时由公共驱动信号驱动，并且液体从各个喷射元件喷出。通过该方式，能够利用从多个喷射元件喷射的液体的聚合来形成具有大覆盖表面积的点。当能够增大从构成所述组的喷射元件喷射的液滴的总量(所述组单元的喷射液体量)时，也可以使用相对较小尺寸的压力腔来设计每个喷射元件，并且可以高频率地执行喷射。

“喷射能量产生装置”可以采用使用压电体的模式(压电喷射法)、或者使用静电致动器的模式、或者在热喷射方法中使用热产生元件(加热器)的模式等。

提到喷射操作特性“相同”是指在设计方面“相同”，并且出现在制造误差或制造差异范围内的很小的差别处在“相同”的范围内。由于处理精确度或制造差异，即使不能确保实际应用中喷射元件之间的精确“相同”，如果在设计构思中无意在喷射元件之间产生清楚的差异，并且如果任何差异都在不引起任何问题的可以被看作基本“相同”的范围内，则喷射元件被看作具有“相同的喷射操作特性”。

本发明的该方面在应用于根据将要形成的图像数据控制喷射能量产生装置的驱动的按需滴墨(DOD)式液体喷射头时特别有用。

优选地，包括在构成所述组的喷射元件中的各压力腔被提供有具有相同组成的液体。

根据本发明的该方面，本发明应用于通过从多个喷射元件喷射相同组成的液体(例如，相同属性的液体，诸如相同颜色的油墨)来执行同一像素的记录的模式。

优选地，每个喷射能量产生装置包括配置来改变对应压力腔的容积的致动器；以及包括在喷射能量产生装置中的致动器具有相同的排除体积，所述喷射能量产生装置包括在构成所述组的喷射元件中。

根据本发明的该方面，构成所述组的喷射元件中的喷射能量产生装置产生彼此相等的喷射能量。

优选地，包括在构成所述组的喷射元件中的压力腔具有相同的谐振频率。

压力腔的谐振频率是由液体流道系统、液体(声学元件)、以及致动器的尺寸、材料和物理值(physical value)等确定的整个振动系统的本振频率(Helmholtz频率)。

优选地，包括在构成所述组的喷射元件中的压力腔通过联合流道彼此连接。

根据本发明的该方面，液体通过联合流道可以在压力腔之间移动。通过采用这种组成，可以在构成所述组的喷射元件之间循环液体，并且可以减少循环流道和供给流道的数量。

优选地，在平面视图的每个压力腔中，供给流道连接的部分和联合流道连接的部分布置在基本对角的相对位置处或者分开距离最远的位置处。

根据本发明的该方面，压力腔内不易发生滞流，并且可以有效地循环压力腔内的液体。

优选地，在构成所述组的喷射元件中，至少一个连接到压力腔的供给流道被配置为还用作循环流道，压力腔内的液体通过该循环流道进行循环而不执行喷射操作。

根据本发明的该方面，液体从供给流道移动到循环流道，从而在不执行喷射操作时，使压力腔内的液体循环。喷射期间，液体还从循环流道侧提供到压力腔，从而循环流道还用作供给流道。

优选地，在构成所述组的喷射元件中，至少两个喷射口沿着平行于相对移动方向的方向并排布置，所述相对移动方向是指液体喷射头和图像形成介质在图像形成操作期间彼此相对移动的方向。

根据本发明的该方面，即使在与图像形成介质和液体喷射头的相对移动方向相同的方向上存在飞行偏斜，也不容易作为条形不均匀性(白条或条形密度差异)而可见。

优选地，每个喷射口具有圆形、椭圆形、半圆形、通过沿着短轴切割椭圆所获得的半椭圆形、以及四边形中的一种形状。

如在本发明的该方面中，喷射口的开口形状可以为各种模式。

优选地，分别在各喷射口中形成弯液面。

根据本发明的该方面，从各喷射口喷射的液滴在飞行期间或在图像形成介质上组合在一起(合并)，并形成对应于一个像素的点。

还优选的是，记录元件还包括喷嘴部分；包括在构成所述组的各喷射元件中的喷射口布置在所述喷嘴部分内；以及在构成所述组的各喷射元件中，当各喷射能量产生装置被同时驱动时，液滴通过喷射口喷射，然后在所述喷嘴部分中组合在一起，作为组合液滴通过所述喷嘴部分向外喷射。

根据本发明的该方面，流道分别形成为直到喷射元件的喷射口的位置，但是结合到喷嘴部分中的一个喷嘴孔中。通过该方式，从各喷射口喷射的液体作为单体(组合体)从喷嘴部分的出口喷射。

优选地，在构成所述组的喷射元件中，当各喷射能量产生装置被同时驱动时，液体通过喷射口向外喷射，然后在到达图像形成介质之前组合在一起，然后着落于图像形成介质上。

液体量在着落于图像形成介质上之前液滴进行组合的情况下和在着落于图像形成介质上之后液滴进行组合的情况下相同，但是在图像形成介质上形成的点的尺寸(覆盖表面积)不同。根据本发明的该方面，与液滴在图像形成介质上组合的情况相比，通过使液滴在着落之前相互进行组合并且然后以组合液滴的形式着落在图像形成介质上，可以形成具有较大覆盖表面积的点。

优选地，在构成所述组的喷射元件中：喷射元件的数量是两个；以及两个喷射元件布置为镜面对称和旋转对称中的一种。

还优选的是，在构成所述组的喷射元件中：喷射元件的数量是至少三个；以及该至少三个喷射元件布置为旋转对称。

还优选的是，在构成所述组的喷射元件中：喷射元件的数量是不少于四个的偶数；这些喷射元件中的至少两个布置为旋转对称；这些喷射元件中的至少两个布置为镜面对称。

根据本发明的这些方面，通过对称结构的方式，可以匹配各喷射元件的喷射特性(喷射操作特性)。

优选地，记录元件还包括分割部件，包括在构成所述组的喷射元件的压力腔中的两个压力腔跨越该分割部件彼此邻接；以及分割部件至少一部分被配置为当由对应于这两个压力腔的喷射能量产生装置中的至少一个施加喷射力时变形。

根据本发明的该方面，由于制造误差等，当在构成所述组的喷射元件之间产生喷射压力差(压力差)时，通过分割部件的变形吸收该压力差。在该组成中，当分割部件的两侧的压力平衡时，位移停止，从而可以匹配各喷射元件的喷射特性。通过该方式，改进了喷射方向的准确性。

优选地，分割部件的至少一部分具有褶形弯曲部分。

根据本发明的该方面，通过采用具有其中分割部件的一部分像弹簧一样折叠的弯曲部分的组成，例如，可以实现喷射期间由于压力差灵活变形的分割部件。

优选地，每个喷射能量产生装置包括具有压电体的致动器；以及各压电体针对各压力腔而彼此分开。

根据本发明的该方面，可以减少压力腔之间的交扰。

还优选的是，每个喷射能量产生装置包括具有压电体的致动器；以及包括在构成所述组的喷射元件中的致动器的压电体彼此连接。

根据本发明的该方面，暴露的压电体的端面部分的表面面积被减小，并且与对于压力腔将压电体彼此分开的组成相比，减少了由于随时间的退化而出现的绝缘击穿。通过该方式，获得了寿命较长的优点。此外，在制造期间，减小了对压电体图案化的处理步骤的数量，并且可以简化制造工艺。

优选地，在硅衬底中形成包括压力腔和供给流道的流道部分。

根据本发明的该方面，通过使用半导体制造工艺，可以执行高精度的精加工。

为了实现上述目的，本发明还还提供了一种液体喷射设备，其包括：如上所述的液体喷射头；以及驱动控制电路，其通过产生施加到每个喷射能量产生装置的驱动信号来控制液体喷射头的喷射操作，其中驱动信号的波形被配置为以使卫星液滴和主液滴在飞行期间组合在一起的方式增加卫星液滴相对于主液滴的飞行速度，主液滴由通过喷射操作首先喷射的液体形成，卫星液滴由在形成主液滴的液体之后喷射的液体形成。

根据本发明的该方面，通过增加主液滴之后产生的卫星液滴的液滴速度，卫星液滴赶上之前的主液滴并与主液滴组合在一起。通过该组合的液滴在图像形成介质上形成大点。

优选地，驱动信号的波形具有被配置为当与弯液面分离的液体作为卫星液滴经过喷射口附近时以推出该液体的方向驱动每个喷射能量产生装置的波形元。

根据本发明的该方面，通过在卫星液滴从喷射口离开时由喷射能量产生装置进一步施加压力，可以增大卫星液滴的速度。因此，可以使卫星液滴与主液滴可靠地组合。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种喷墨打印设备，其使用上述液体喷射头或者上述液体喷射设备。

作为在喷墨打印设备中使用的打印头(记录头)的组成的示例，可以使用具有喷嘴行的全行式打印头，其中通过将多个打印头模块连接在一起，在不小于图像形成介质的整个宽度的长度上布置多个喷射口(喷嘴)。这种全行式打印头通常布置在垂直于图像形成介质(纸)的相对进给方向(相对运送方向)的方向上，但是以下模式也是可行的，其中在相对垂直于运送方向的方向成某一规定角度的倾斜方向上布置打印头。

“图像形成介质”是接收从打印头的喷射口喷射的液滴沉积的介质(该介质可以被称为打印介质、图像形成介质、记录介质、图像接收介质、喷射接收介质等)，并且包括各种介质而与材料或形状无关，诸如卷纸、切纸、密封纸、树脂片，诸如OHP片、胶片、布、其上形成布线图等的印刷衬底、中间传送介质等。

使图像形成介质与打印头相对移动的运送装置还包括相对静止(固定)打印头传递图像形成介质的模式、相对静止图像形成介质移动打印头的模式、或者移动打印头和图像形成介质二者的模式。如果基于喷墨方法使用打印头形成彩色图像，可以针对多种色彩的每种油墨(记录液体)色彩布置打印头，或者采用可以从一个记录头喷射多种色彩的油墨的组成。

根据本发明，通过聚合从具有匹配特性的多个喷射元件喷射的多个液滴，可以获得大喷射量，并且可以在图像形成介质上形成具有大覆盖表面积的点。此外，可以通过各喷射元件实现的喷射频率来执行喷射，从而可以高频率地喷射大喷射体积。此外，可以使用公共信号线来驱动各喷射元件，从而控制系统具有简单的组成。

附图说明

下文中将参考附图来说明本发明的性质、以及本发明的其他目的和优点，附图中相同的参考标号表示相同或相似的部件，其中：

图1是示出了现有技术中喷墨头的组成的示意图；

图2是现有技术中研究增大喷射体积的打印头结构的示意图；

图3是示出了根据本发明的实施例的喷墨头的组成的示意图；

图4是图3中所示的包括一对喷射元件的喷墨头的截面图；

图5A至图5C是示出了构成一组的两个喷射元件的布置示意图的平面图；

图6A至图6C是示出了构成一组的三个或更多喷射元件的布置示意图的平面图；

图7A和图7B是示出了喷射元件的喷射口的形状的示意图；

图8A至图8C是示出了喷射元件的喷射口的形状的示意图；

图9是示出了连接到多个喷射元件的各喷射口的喷嘴部分的示意图；

图10是具有针对每个喷射元件的喷嘴部分的组成的截面图；

图11是具有连接到多个喷射元件的各喷射口的单个喷嘴部分的组成的截面图；

图12是构成一组的喷射元件中的一个发生喷射故障的情况的示意图；

图13是构成一组的压力腔的分割部分可移动的组成的示意图；

图14是示出了图13中所示的可移动分割部分的组成的放大图；

图15是示出了驱动波形的波形图；

图16是根据本发明的实施例的喷墨打印设备的示意图；以及

图17是示出了图16中所示的喷墨打印设备的控制系统的组成的方框图。

具体实施方式

此处，描述使用压电致动器的喷墨头作为示例，但是本发明也可以应用于各种类型的喷墨头，诸如使用静电致动器、热产生元件(加热器)等作为喷射能量产生元件的喷墨头。此外，本发明还可以应用于按需滴墨式喷墨头或者连续喷射式喷墨头。特别地，本发明适用于基于使用谐振喷墨的方法的喷墨头，如在使用压电致动器的喷墨头中。

现有技术中的组成和技术问题的分类

在描述本发明的实施例之前，首先描述现有技术中喷墨头的组成，并且对相关技术问题进行分类。

图1是示出了使用压电致动器的现有技术中的喷墨头的组成的示意图。为了简化图1的示图，仅使用被描绘流道的外形，将油墨流经的流道部分描绘为执行一个像素记录的一个喷射元件的简化组成。图1中所示的喷射元件10包括：喷嘴12，其用作油墨喷射口；压力腔14，其存储油墨；压电致动器16，其向压力腔14中的油墨施加喷射力；油墨入口18和供给流道20，油墨通过油墨入口18和供给流道20提供到压力腔14；以及循环流道22和油墨出口24，压力腔14内的油墨通过循环流道22和油墨出口24循环。压电致动器16的上电极通过配线电极32和信号线33连接到驱动电路(ASIC)(未示出)。

油墨入口18通过流道(未示出)连接到油墨槽(未示出)，并且已经通过油墨入口18流入的油墨通过供给流道20进入压力腔14中。通过信号线33和配线电极32从驱动电路(未示出)向压电致动器16施加驱动电压，压电致动器16移位，从而改变压力腔14的容积，从而使油墨滴36从喷嘴12喷出。在主液滴36之后，产生与弯液面分离的卫星液滴38。

循环流道22连接到压力腔14，并且压力腔14内的油墨(未用于喷射的油墨)流过循环流道22并且从油墨出口24流出。油墨出口24通过流道(未示出)连接到回收槽(未示出)，从而形成油墨循环通路。通过以该方式循环压力腔14内的油墨，可以一直向压力腔14提供新的油墨，并且可以防止油墨的粘性增加。因此，可以实现长期稳定的喷射。

在油墨入口18与油墨出口24的流道之间提供适当的压力差，并且当不执行喷射时，油墨从供给流道20进入压力腔14，然后油墨缓慢流动以流向循环流道22。与喷射操作期间(打印期间)喷射油墨滴的速度(喷射周期)相比，油墨由于压力差在循环系统中流动的速度足够慢，并且喷射油墨(油墨从喷嘴离开)的速度较快。因此，当执行连续的喷射操作时，油墨流向油墨出口24的速度变慢，并且油墨最终从两侧流入压力腔14，换句话说，油墨也从循环流道22流入压力腔14。因此，在喷射操作期间，循环流道22还用作油墨的供给流道。

通过优化诸如图1中所示的组成的设计参数，可以稳定地喷射液滴，例如，在150kHz的频率下，每个液滴具有3皮升(pl)的体积。但是，在该情况下，这是对喷墨头设计的优化的近似极限。例如，为了在150kHz的频率下每次喷射6pl的液滴(这是上述液滴体积的两倍)，必需使压电致动器的移位为两倍，并且必须施加非常高的驱动电压，从而很难进行实际应用。

此外，假设可以喷射6pl的液滴，液滴速度变得更快，并且如果使用用于3pl液滴的相同喷嘴，则液滴速度变为两倍快，容易产生墨雾，并且很难执行稳定的喷射。另一方面，如果使喷嘴直径变大，可以降低液滴速度，但是压力腔的谐振频率变慢，并且不能以150kHz执行喷射。

通常，在使用压电致动器的喷墨头中，通过利用压力腔的谐振来喷射油墨，因此为了以高频率喷射油墨，压力腔必须具有正比于喷射频率的高谐振频率。

此外，如果喷嘴直径较大，则油墨喷射之后的再填充性能下降，并且很难执行连续的喷射。油墨的再填充通过由喷嘴中形成的弯液面的表面张力激发的震动执行，并且弯液面越小，该震动具有越高的频率。换句话说，喷嘴的直径越小，弯液面的震动周期越短，再填充越快。相反，喷嘴的直径越大，弯液面的震动周期越长，再填充越慢。

因此，如果要在一个喷射元件中以高频率稳定并连续地喷射大液滴，则存在与头设计的参数不兼容，因此发生很难实现期望的性能的问题。

<增大液滴体积的头设计的研究>

研究了在保持压力腔的本振频率(谐振频率)的高值的同时喷射大液滴的组成。通过使压力腔和喷嘴等的尺寸基于可以以150kHz喷射3pl液滴的喷墨头的设计(图1所示)，来实现6pl的喷射体积，并且在必要时改变设计以实现尽可能高的谐振频率，同时确保油墨再填充足够快和在喷射期间抑制不期望的震动。如果试图根据该形状的喷射头以类似于3pl液滴的速度喷射6pl的液滴，获得如图2中所示的头组成。在图2中，与图1相同或类似的构成元件由相同的参考标号表示，此处省略了对其的进一步说明。

在图2中所示的喷射元件10′中，为了使由压电致动器16产生的排出体积(excluded volume)大于图1中所示的喷射元件10，扩大压力腔14(与图1相比约两倍)，并且增大压电致动器16的表面积(与图1相比约两倍的表面积)。此外，喷嘴直径加大并且液滴速度与图1中所示喷射元件10中喷射3pl液滴时保持相同。此外，谐振频率升高，并且油墨再填充速度升高，通过改变供给流道20和循环流道22的尺寸(截面积以及长度)以改变流道的阻力和惯性，实现这些值之间的适当平衡，以施加适当的阻尼来快速降低喷射之后不期望的震动。

但是，在图2中所示的设计中，如上所述，压力腔的谐振频率低，并且不能以与图1中喷射元件10相同的频率(即150kHz)进行喷射。此外，油墨的再填充不够快。

此外，为了升高驱动电压以增大喷射液滴的体积，必须使用具有相应高性能的压电材料，这不容易实现。此外，如果所施加的驱动电压高，则存在压电致动器的寿命缩短的问题。

本发明的实施例

因此，在本发明的实施例中，采用这样的组成，其中通过多个喷射元件(在图3中，通过两个喷射元件)来形成一个像素，以保持如上所述压力腔的高谐振点，同时也增大了喷射液滴的体积。

图3是示出了根据本发明的实施例的喷墨头的组成的示意图。在图3中所示的喷墨头40中，具有相同特性的多个喷射元件41和42构成一组，并且通过从该喷射元件41和42的组喷出的液滴来记录图像形成介质上的一个像素。第一和第二喷射元件41和42的组合用作执行像素记录的记录元件。

第一喷射元件41包括第一喷嘴(对应于“喷射口”)51、第一压力腔53、第一供给流道60、以及第一压电致动器65。第二喷射元件42包括与第一喷射元件41对称的类似结构，并且包括第二喷嘴(对应于“喷射口”)52、第二压力腔54、第二供给流道62、以及第二压电致动器66。

第二供给流道62还用作循环流道，其也可以被称为“循环流道62”。

形成流道结构，其中具有第一喷嘴51的第一压力腔53和具有第二喷嘴52的第二压力腔54通过联合流道55连接。第一供给流道60连接到第一压力腔53，并且第二供给流道(循环流道)62连接到第二压力腔54。以该方式，根据本实施例的喷墨头40中的记录元件具有关于联合流道55对称的流道结构。

从油墨入口58引入的油墨通过第一供给流道60进入第一压力腔53，并且通过联合流道55从第一压力腔53流入第二压力腔54中。此外，第二压力腔54内的油墨流过第二供给流道(循环流道)62并且从油墨出口64流出到外部。连续喷射期间，油墨出口64和第二供给流道62分别用作油墨提供口(入口)和供给流道，并且油墨通过流过第二供给流道62而被从油墨出口64供给给第二压力腔54。

第一和第二压电致动器65和66用作喷射能量产生元件，并且分别被布置在通过联合流道55连接的第一和第二压力腔53和54中。对应于第一和第二压力腔53和54布置的第一和第二压电致动器65和66的上电极通过配线电极71和72以及公共信号线73相互连接(即，上电极连接到相同的电位)，并且上电极通过公共信号线73连接到驱动电路(未示出)。

因此，布置在第一和第二压力腔53和54中的两个喷嘴51和52的驱动操作通过公共信号线73同时执行。第一和第二喷嘴51和52彼此靠近布置，并且在平面视图中观察时，各喷嘴51和52布置在与各压力腔53和54的中心分隔开的端位置处，因此液滴喷射方向偏离图3中的垂直方向。在图3中所示组成的情况下，由于第一喷嘴51布置在第一压力腔53的左端，因此从第一喷嘴51喷射的液滴偏向左侧；由于第二喷嘴52布置在第二压力腔54的右端，从第二喷嘴52喷射的液滴偏向右侧。

从第一喷嘴51喷射的液滴和从第二喷嘴54喷射的液滴都偏向彼此靠近的方向，此外，第一喷嘴51和第二喷嘴52之间的距离设置为使得两个液滴在喷射之后立即彼此结合在一起，然后形成对应于记录介质上一个像素的点。卫星液滴77和78由在形成已结合形成为液滴76的主液滴的油墨之后从第一和第二喷嘴51和52分别喷射的油墨形成。图3示出了已通过两个液滴在飞行期间彼此结合形成组合液滴76的状态，但是也可以如下方式形成液滴喷射：两个液滴在到达纸(图像形成介质)的几乎同时彼此接触，或者两个液滴在纸上至少部分重叠。如果以此方式喷射两个液滴以使其接触或部分重叠，则两个液滴由于油墨的表面张力立即结合为一个液滴，则形成的点接近圆形。尽管这取决于所使用油墨的表面张力的大小，但在具有约35mN/m的表面张力的油墨的示例中，通过结合的油墨液滴形成的点在两个垂直的方向上具有约1∶1.1到1∶1.2的直径比。

在根据本实施例的喷墨头40中，构成执行相同像素记录的组的第一和第二喷嘴51和52的对准方向平行于纸的运送方向(对应于“相对移动方向”)。通过采用该布置，从第一和第二喷嘴51和52喷射液滴的偏斜方向(喷嘴的喷射偏斜方向)基本平行于纸的运送方向，因此不易在纸上出现由于液滴的飞行偏斜所产生的条形不均匀。其原因如下所述。首先，如果纸上在垂直于纸的运送方向的方向上相邻像素之间的间距存在较大误差，则则易于作为不均匀而可见。这在通过单次列印(one-pass)方法执行图像形成的喷墨系统中非常显著，如下文中参考图16和图17所描述的实施例。另一方面，例如由于制造误差，如果在第一和第二喷射元件41和42之间存在喷射速度和/或喷射体积的差异，并且已经合并的两个液滴到达纸的位置偏移理想位置，该偏移的方向基本平行于纸的运送方向，从而在垂直于纸的运送方向的方向上相邻像素之间的间距存在很小的误差，则不容易在纸上出现条形不均匀性。

在图3所示的实施例中，布置形成一个像素的两个喷射元件41和42，分别从喷射元件41和42的两个喷嘴51和52喷射3pl液滴，并且使两个液滴相互结合，并且通过该组合液滴76形成对应于一个像素的点。通过利用两个喷嘴51和52同时喷射的特性，第一和第二压力腔53和54通过联合流道55连接，并且因此简化了流道结构。第一和第二压力腔53和54连接并且相互靠近布置，但是由于两个喷嘴51和52同时执行喷射，可以忽略交扰(流体交扰)的问题。这是因为没有由于在一个压力腔中产生的压力波或油墨流被传递到另一个压力腔而发生的交扰，由于第一和第二压力腔53和54的第一和第二压电致动器65和66由相同的量同时驱动，并且通过驱动第一和第二压电致动器65和66产生的使第一和第二压力腔53和54之间的分割部分变形的力不会相互影响，因此不产生交扰，如下所述，这是因为喷射元件41和42是几何上对称的组成。

本实施例采用使压力腔53和54内的油墨循环的流道系统(油墨循环系统)，但是由于流道结构关于图3中水平的联合流道55对称，因此在第一和第二压电致动器65和66由相同的量同时驱动的情况下，在流体动力学方面，压力腔53和54中的每一个均等同于只有油墨供给流道而没有油墨循环通路的压力腔。其原因如下所述。首先，当第一和第二压电致动器65和66由相同的量同时驱动时所产生的压力波和油墨流同时从各压力腔53和54到达，并且在联合流道55的中央彼此碰撞。来自右侧和左侧两侧的试图流入联合流道55的油墨的量几乎相等，因此油墨的速率在联合流道55的中间变为零。此外，压力波在压力腔53和54之间对称传递，取联合流道55中心的截平面作为镜面对称平面。该状态与在联合流道55的中间布置具有无限刚性的壁的情况相同。因此，压力腔53和54等效于只有油墨供给流道而没有任何油墨循环流道的压力腔，换句话说，其中联合流道55的中间是死端。

因此，在本实施例的组成中，当执行喷射时，由于两个压力腔53和54同时施加有压力，压力腔53和54之间的联合流道55和分割壁(分开壁)同时从右侧和左侧接收到来自各压电致动器65和66的压力。通过同时从右侧和左侧接收相等大小的压力，分割壁和联合流道55的部分可以被看作具有无限刚性。

因此，为了实现类似于图1中所示喷墨头设计的谐振和油墨再填充性能，图3中的第一供给流道60和第二供给流道(循环流道)62中的每一个均被设计为具有这样的长度和横截面面积从而使得第一供给流道60和第二供给流道(循环流道)62中的每一个中的流道阻力和流道惯性分别接近图1中喷墨头设计中的供给流道20和循环流道22的组合流道阻力和组合流道惯性。因此，流道的阻力R和惯性L表示如下：

R∝l/S²；以及                    (1)

L∝l/S，                         (2)

其中l是流道的长度，S是流道的横截面面积。

当供给流道20的尺寸和循环流道22的尺寸如图1中所示彼此相等时，供给流道20和循环流道22的组合供给流道阻力是供给流道20和循环流道22的每一个中的供给流道阻力的一半，并且供给流道20和循环流道22的组合供给流道惯性是供给流道20和循环流道22的每一个中的供给流道惯性的两倍。因此，通过求解上述联立等式(1)和(2)，发现图3中第一供给流道60和第二供给流道(循环流道)62的每一个的供给流道阻力和供给流道惯性分别等于供给流道20和循环流道22的组合供给流道阻力和组合供给流道惯性，当第一供给流道60和第二供给流道(循环流道)62的每一个的横截面积是供给流道20和循环流道22的每一个的横截面积的四倍时，第一供给流道60和第二供给流道(循环流道)62的每一个的长度是供给流道20和循环流道22的每一个的长度的八倍。

<油墨循环操作的描述>

图3所示流道设计中的油墨循环操作如下所述。当没有执行喷射时，油墨从第一供给流道60缓慢地流入一个压力腔(图3中右侧所示的第一压力腔53)，然后油墨流过联合流道55进入另一个压力腔(图3中左侧所示的第二压力腔54)，然后通过第二供给流道(循环流道)62流出。油墨流体积的标称值随着油墨的组成而改变，在本实施例中所使用的水性油墨的情况下，例如，喷嘴附近油墨粘性增加的效果被抑制为每个喷嘴每秒钟数百至数千皮升的流。

当执行喷射时，在油墨喷射之后，油墨通过分别连接到压力腔53和54的供给流道60和62再填充到压力腔53和54中。换句话说，在喷射操作期间，连接到第二压力腔54的第二供给流道62用作油墨供给流道。当喷射操作停止时，油墨再次沿着下述路径循环：第一供给流道60→第一压力腔53→联合流道55→第二压力腔54→第二供给流道(循环流道)62。

在压力腔53和54的每一个中，供给流道60或62被连接的部分和联合流道55被连接的部分布置在在平面视图中观察时每个压力腔的基本对角的相对位置，从而形成在每个压力腔中不易发生滞流的流道结构。由于压力腔53和54的每一个在平面视图中具有正方形，因此本实施例中流道的连接布置在对角的相对位置，但是如果每个压力腔是圆形、椭圆形或多边形的，则期望的模式是供给流道和联合流道的连接布置在彼此相距最远距离的腔壁中的位置。

<提高再填充效率的效果>

在图3所示实施例的组成中，为压力腔53和54的每一个布置一个图1中所描述的3pl液滴的小直径喷嘴，换句话说，在图3中总共布置两个小直径喷嘴51和52，并且与图2中所描述的布置一个6pl液滴的大直径喷嘴的组成相比，弯液面的尺寸减小，从而弯液面的表面张力变大，再填充谐振变短并得到改进，从而提高了油墨再填充性能。

图3中所示的喷墨头具有油墨循环流道结构，但是具有这样的特性是因为，在喷射操作期间，可以忽略压力腔53和54之间通过联合流道55的液体移动，喷墨头可以被看作具有如上所述“只提供有油墨供给流道的压力腔”的设计。因此，使得用于喷射的谐振系统的设计和再填充谐振系统的设计相对简单，从而改进了性能，这是有利的。换句话说，可以在保持高谐振频率的同时减小再填充阻力，并且即使在以高频率执行连续喷射时，也可以可靠地再填充油墨。

<关于截面图的描述>

图4是具有图3中所示的一对喷射元件41和42的喷墨头40的截面图。第一压力腔53通过第一供给流道60连接到供流侧(供流公共通路)84的公共液体腔。类似地，第二压力腔54通过第二供给流道62连接到循环侧(循环公共流道)86的公共液体腔。可以通过蚀刻硅(Si)衬底形成将成为流道部分的沟槽、孔等来制造该流道结构。

根据本实施例的喷墨头，在喷射期间，第一和第二压电致动器65和66同时驱动，并且从第一和第二喷嘴51和52喷射液滴。这两个液滴组合在一起在纸上形成一个像素的点。喷射之后，油墨通过第一供给流道60再填充到第一压力腔53，并且油墨也通过第二供给流道62再填充到第二压力腔54。

在图3和图4中，描述了两个喷射元件41和42构成一组的组成，但是在本发明的实施中，构成执行同一像素形成的组的喷射元件的数量不限于两个。也可以设计具有三个或更多喷射元件的组成，并且布置不少于两个的适当数量的压力腔来构成一组。执行一个像素的记录的喷射液体的体积与构成一组的压力腔的数量成比例地变大。

<构成一组的压力腔的布置>

图5A至图5C是示出了构成一组的两个喷射元件的布置示例的示意图的平面图。在图5A至图5C中，与图3的组成中相同或类似的元件由相同的参考标号表示，并且此处省略了对其的进一步说明。

图5A中所示的喷射元件的布置在垂直方向上关于水平中心线X镜面对称，并且在水平方向上也关于垂直中心线Y镜面对称。图5B中所示的喷射元件的布置关于水平中心线X镜面对称。图5C中所示的喷射元件的布置关于联合流道55旋转对称。

图6A至图6C示出了三个或更多喷射元件构成一组的组成的示例。在图6A至图6C中，第j(j＝1，2，3，4)个喷射元件由参考标号40-j表示，第j个喷嘴由51-j表示，第j个压力腔由53-j表示，第j个联合流道由55-j表示，以及第j个供给流道由60-j表示。

图6A示出了三个喷射元件40-j(j＝1，2，3)旋转对称布置的情况。布置在压力腔53-j中的一个或两个供给流道60-j还用作循环流道。

图6B示出了四个喷射元件40-j(j＝1，2，3，4)旋转对称布置的情况。图6C示出了四个喷射元件40-j在垂直方向上关于水平中心线X镜面对称以及在水平方向上还关于垂直中心线Y镜面对称布置的情况。在图6B和图6C中，四个压力腔53-j通过联合流道55-j连接成环形，但是也可以采用省略联合流道55-2和55-4的组成，例如，压力腔53-j每两个串联连接。

<喷嘴开口的形状>

图7A和图7B是示出了构成一组的喷射元件(图3中的41和42)的喷射口的修改示例的示图。喷嘴51和52的每一个均可以具有如图7A中所示的圆形。可替换地，喷嘴51和52的每一个均可以具有半圆形，以使得构成一对的两个喷嘴51和52形成如图7B所示的基本圆形。

喷嘴形状不限于圆形。例如，其还可以是如图8A中所示的正方形、如图8B中所示的拉长的圆形、如图8C中所示的椭圆形等。此外，还可以采用以下模式，即，采用分割的喷嘴形状，其中图8A至图8C中所示形状的每一个通过附图中垂直方向的中心线在水平方向上分为两个相等的部分，一部分形成第一喷嘴51的喷嘴形状，另一部分形成第二喷嘴52的喷嘴形状。

<单个喷嘴>

此外，如图9所示，也可以采用这样的模式，其中形成单个喷嘴部分90，该单个喷嘴部分90横跨第一喷射元件41的喷射口(对应于第一喷嘴51)和第二喷射元件42的喷射口(对应于第二喷嘴52)。在喷嘴部分90内设置分割部分92，并且第一喷嘴51和第二喷嘴52形成在分割部分92的两侧。

在图10所示的模式中，分别为第一和第二压力腔53和54形成单独的喷射口(对应于第一和第二喷嘴51和52)，并且在各喷射口中形成弯液面95和96。可替换地，在图11中所示的模式中，在单个喷嘴部分90中形成单个弯液面97。

在图11中所示的组成的情况下，具有连接到两个喷射口(对应于第一和第二喷嘴51和52)的长窄开口的喷嘴部分90直接布置在两个压力腔53和54的分割部分92之下。通过以此方式形成单个喷嘴部分90，从各喷射口喷射的液体在喷嘴部分90中组合在一起，从而液体以组合液滴的形式从喷嘴部分90喷射。

理想的是，喷嘴部分90具有平行于喷射方向的线性流道，以使得液体组合在一起以直线的方向推进。

此外，还是在图10中所示的组成中，为了提高喷射元件41和42的喷射方向的准确性，理想的模式是在压力腔53和54与液滴出口(喷射口的端部)之间布置平行于喷射方向的线性流道(由图10中的参考标号51A和52A表示)。

<本发明的实施例的作用和有益效果>

根据本发明的实施例，可以提供这样的喷墨头，其通过单独的公共电线驱动形成同一像素的喷射元件，并且其以高驱动频率喷射大液滴体积。

如果仅增加喷射元件数量，则喷墨头的机构变得复杂，驱动喷墨头所需的电路在尺寸上变大，制造变得困难，成本变高，并且可靠性下降。

在该方面，根据本发明的实施例，采用这样的组成，其中每个喷射元件41和42的组由同一驱动信号驱动，并且驱动信号可以通过单独的信号线73传递到构成同一组的喷射元件41和42的致动器附近。因此，可以简化控制系统的组成和布线。

根据本发明的实施例，提供油墨循环流道来使喷嘴附近的液体一直循环，以实现长期的稳定喷射。如果为喷射元件单独设置油墨循环流道，则循环流道和供给流道的数量还随着喷射元件的增加而增加，并且喷墨头的结构变得复杂。在该方面，在本发明的实施例中，通过联合流道55在构成每个组的喷射元件之间循环液体，所需的循环流道和供给流道的数量仅是喷射元件的数量的一半。

此外，在本发明的实施例中，即使喷射元件的组的一个喷嘴阻塞而不能再喷射油墨，但如图12中所示，还可以从该组中其余喷嘴喷射油墨，因此不易发生完全的喷射故障(不能进行点记录)，图12中示出了喷嘴52阻塞的状态作为示例。此外，如图12中所示，已通过对应于阻塞喷嘴52的致动器66施加压力以使油墨流过联合流道55，并且具有增大另一喷嘴(未阻塞的喷嘴)51的喷射体积的效果，因此，尽管喷射体积小于两个喷嘴都正常工作时的喷射体积，但也可以喷射体积接近该正常喷射体积的油墨。

如果构成一组的一个喷嘴不执行喷射，则从另一个喷嘴喷射的液滴的飞行方向稍微偏向不执行喷射的喷嘴侧；但是，在本发明的实施例中，该飞行偏斜的方向平行于纸(打印介质)和喷墨头的相对传送方向，因此条形不均匀性不容易见于纸上。

以上针对从构成一组的喷嘴喷射的液滴在到达打印介质之前组合在一起并形成一个点的情况描述了本发明的实施例；但是，本发明不限于液滴在飞行期间组合在一起的模式，由各液滴形成的点也可以在打印介质上至少部分重叠。

如果喷射液滴在着落之前组合在一起，则组合的液滴在喷射液滴的组合动量的方向上行进，因此平均来看改进了喷射方向的准确性。

如果点在打印介质上相互重叠，则存在各个喷射液滴飞行方向准确性的误差；但是，通过采用根据本发明的实施例的组成，液滴总是同时从构成一组的喷嘴喷出，因此误差在由液滴形成的点记录的一个像素中平均，平均来看改进了像素的位置的准确性。此外，如果通过打印头喷墨的形式沿着平行于打印介质的相对移动方向的方向绘制一条线，则像素之间产生间隙，并且由于间隙尺寸的改变所产生的条形不均匀性容易成为问题；但是，在根据本发明的实施例的组成中，通过从多个喷嘴喷射的液滴形成一条线，因此像素间的间隙得到平均，从而改进了条形不均匀性的程度。

此外，在使用压电体作为用于驱动各压力腔的致动器的组成中，驱动各压力腔的致动器的压电体被分成单独的压电体。因此，可以减小压力腔之间的交扰。

在上述压电体中，可以采用这样的组成，其中所述组的各喷射元件的压电体不相互分离。通过采用这种组成，减小了暴露在压电体的端面部分的表面积，并且可以降低由于随着时间的退化所产生的短路的可能性，这在寿命延长方面是有利的。

<用于抑制制造差异的影响的组成>

在根据参考图3等详细描述的本发明的实施例的组成中，为了使液滴的喷射方向准确地沿着期望的方向，理想的是各喷射元件应该具有匹配的特性和准确性。此处所谓的特性包括：整个喷射元件的谐振频率、压力腔的尺寸、喷嘴的尺寸、喷嘴的形状、致动器的位移体积(排出体积)、以及油墨供给流道的尺寸。如果这些特性存在误差，则从各喷射元件的喷嘴喷射的液滴的速度、体积、以及喷射定时都存在偏差，并且液滴的体积以及喷射方向也发生波动。

因此，在以下参考图13描述的实施例中，为了减小致动器的位移体积误差的影响，特别地，将喷射元件41和42的压力腔53和54分离的分割部件92的至少一部分柔性地构成为在喷射期间能够由于致动器所施加的压力而变形。在图13中，与图3等中所示组成相同或类似的元件由相同的参考标号表示。

如图13中所示，通过在两个压力腔53和54之间布置可柔性变形的分割部件(可移动壁)92，如果两个压力腔53和54之间的排出体积(压力)存在差异，则分割部件92从排出体积较大的一侧向排出体积较小的一侧变形，从而吸收排出体积差异。在该组成中，当图13中的分割部件92的右表面和左表面上施加的压力相互平衡时，分割部件92的位移停止。在现有技术的喷墨头的通常设计中(例如，参见图1和图2)，如果压力腔的壁是柔性的，则存在由于致动器所产生的压力损失而引发的问题；但是，在根据本发明的实施例的组成中，如果各喷射元件具有相同的特性，则施加在分割部件的两个表面上的压力相同，分割部件不发生位移，从而不存在致动器所产生的压力的损失。如果各喷射元件的特性由于制造差异等而改变，则分割部件92在吸收变化影响的方向上移位，并且两个压力腔53和54的液滴喷射状态可以相互匹配，从而可以提高喷射方向的准确性。

图14是示出了本发明的实施例中的分割部件92的放大图。该分割部件92具有褶形(波纹形)弯曲部分92A和92B以能够柔性变形。

<制造可移动壁的方法>

例如，通过蚀刻硅(Si)衬底来制造图13和图14中所示的具有可移动壁(柔性分割部件)92的喷墨头。该情况下，为了实现允许分割部件92移动的结构，壁部分92C和波纹形弯曲部分92A和92B形成有分别到压力腔的底部和顶部的小间隙，压力腔的底部和顶部位于分割部件92的上面和下面。可以通过蚀刻容易地形成这些间隙。

压力腔的底部和顶部分别由喷嘴板和振动板构成，它们通过热扩散接合与压力腔的侧壁装配在一起。由于限定上述间隙的分割部件92的部分没有接合，则可以形成可移动的壁。

<用于图像记录的驱动波形>

图15是示出了根据本发明的实施例在图像记录期间施加到致动器的驱动信号(驱动波形)的电压波形的波形图。此处，为了简化描述，描述所谓的推挽式驱动波形作为示例。但是，在本发明的实现中，对驱动波形的形态没有特定限制，可以使用诸如推拉推波形之类的各种其他类型的驱动波形。

图15中所示的驱动波形包括：第一信号元素310a，其输出使压力腔的体积保持在稳定状态的参考电位V₀；第二信号元素(牵引波形部分)310b，其在使压力腔从稳定状态扩张的方向上驱动致动器；第三信号元素310c，其使压力腔保持在扩张的状态；第四信号元素(推进波形部分)310d，其在推动并挤压压力腔的方向上驱动致动器；第五信号元素310e，其在推出卫星液滴部分的方向上驱动致动器；第六信号元素310f，其使压力腔保持在由第五信号元素310e所产生的压缩状态下；以及第七信号元素310g，其使压力腔返回稳定状态。第四信号元素310d之后的从第五信号元素310e至第七信号元素310g的波形部分是用于在已推出主液滴之后卫星部分的液体经过喷嘴附近时沿推出液体的方向驱动致动器的波形元素。通过该方式，加速了卫星液滴的喷射速度，并且使卫星液滴与主液滴在飞行中碰撞，从而形成组合液滴。

喷墨打印设备的组成

以下描述使用根据上述本发明的实施例的喷墨头的喷墨图像形成设备。

图16是示出了根据本发明的实施例的喷墨打印设备的组成的示意图。本实施例中的喷墨打印设备100包括供纸单元112、处理液沉积单元(预涂单元)114、图像形成单元116、干燥单元118、定影单元120、以及纸输出单元122。喷墨打印设备100是单程喷墨打印设备，其通过使来自喷墨头172M、172K、172C和172Y的多种颜色的油墨滴喷射并沉积到记录介质124(对应于“图像形成介质”，下文中为了方便起见也称为“纸”)上来形成期望的彩色图像，记录介质124保持在图像形成单元116的压力鼓(图像形成鼓)170上。喷墨打印设备100是采用双液反应(聚合)方法的按需式图像形成设备，双液反应方法中，通过在沉积油墨滴之前在记录介质124上沉积处理液(此处为聚合处理液)，并且使处理液和油墨液在一起反应，来在记录介质124上形成图像。

(供纸单元)

单页的记录介质124堆叠在供纸单元112中，并且一次从供纸单元112的供纸盘150向处理液沉积单元114提供一页记录介质124。在本实施例中，使用单页纸(切纸)作为记录介质124，但是也可以采用从连续卷(卷纸)提供纸并且将纸切为所需尺寸的组成。

<处理液沉积单元>

处理液沉积单元114是将处理液沉积到记录介质124的记录表面上的机构。处理液包括着色材料凝聚剂，其使图像形成单元116沉积的油墨中的着色材料(本实施例中为颜料)凝聚，并且由于处理液和油墨彼此接触，促进了油墨分离为着色材料和溶剂。

处理液沉积单元114包括供纸鼓152、处理液鼓(也被称为“预涂鼓”)154、和处理液施用装置156。处理液鼓154是保持记录介质124并运送该介质以使其旋转的鼓。处理液鼓154包括布置在其外围表面上的钩形夹紧装置(夹持器)155，并且以这样的方式设计，可以通过将记录介质124夹持在保持装置155的钩与处理液鼓154的外围表面之间来保持记录介质124的前端。处理液鼓154可以具有吸气孔，其布置在处理液鼓154的外围表面上并且连接到通过该吸气孔执行吸气的吸气装置。通过该方式，可以将记录介质124紧紧地保持在处理液鼓154的外围表面上。

处理液施加装置156布置在处理液鼓154的外侧，与其外围表面相对。处理液施加装置156包括存储处理液的处理液管、部分浸没在处理液管中的处理液中的网纹传墨辊(计量辊)、以及通过网纹传墨辊和记录介质124压在处理液鼓154上的将一剂量的处理液传送到记录介质124的橡皮辊。根据该处理液施加装置156，可以按剂量给记录介质124施加处理液。

在本实施例中，描述了使用基于辊的施用方法的组成，但是施用方法不限于此，还可以采用各种其他方法，诸如喷雾法、喷墨法等。

已通过处理液沉积单元114将其上沉积了处理液的记录介质124通过中间运送单元126从处理液鼓154传递到图像形成单元116的图像形成鼓170。

<图像形成单元>

图像形成单元116包括图像形成鼓170(也被称为“喷射鼓”)、压纸辊174、以及喷墨头172M、172K、172C和172Y。类似于处理液鼓154，图像形成鼓170包括鼓的外围表面上的钩形保持装置(夹持器)171。保持在图像形成鼓170上的记录介质124以其记录表面面向外侧的方式运送，并且油墨从喷墨头172M、172K、172C和172Y向该记录表面沉积。

喷墨头172M、172K、172C和172Y中的每一个都是长度对应于记录介质124上图像形成区域的最大宽度的全行式喷墨记录头，并且在每个头的油墨喷射表面上形成布置在图像形成区域的整个宽度的用于喷射油墨的喷嘴行(二维布置的喷嘴)。喷墨头172M、172K、172C和172Y被布置为在垂直于记录介质124的运送方向(图像形成鼓170的旋转方向)的方向上延伸。

在每个喷墨头172M、172K、172C和172Y中安装相应的彩色油墨盒。各油墨滴从喷墨头172M、172K、172C和172Y喷射并沉积到保持在图像形成鼓170的外围表面上的记录介质124的记录表面。

通过该方式，油墨与预先沉积在记录表面上的处理液接触，并且分散在油墨中的着色材料(颜料)聚合形成着色材料聚合体。本实施例使用油墨与处理液的反应，其中处理液包含酸性物质，当油墨与处理液接触时，油墨的PH降低到打破油墨中颜料的分散，从而使颜料聚合，从而避免了着色材料的渗色、不同颜色油墨之间的混合、以及由于着落时油墨滴的组合所产生的沉积滴之间的干扰。因此，防止了记录介质124上着色材料等的流动，并且在记录介质124的记录表面上形成图像。

喷墨头172M、172K、172C和172Y的液滴喷射定时根据布置在图像形成鼓170上以测量图像形成鼓170的旋转速度的编码器294(图17中所示)确定。喷射触发信号(像素触发)根据从编码器获得的测量信号发出。通过该方式，可以高准确性地指定喷射液滴的着落位置。此外，可以事先发现由于图像形成鼓170的不准确性等所产生的速度偏差，并且可以校正使用编码器确定的液滴喷射定时，从而减小液滴沉积的不均匀性，而不考虑图像形成鼓170中的不准确性、旋转轴的准确性、以及图像形成鼓170的外围表面的速度。

此外，可以使头单元从图像形成鼓170撤回来执行维护操作，诸如清洗喷射粘性增大的油墨的喷墨头172M、172K、172C和172Y的喷嘴表面等。

尽管在本实施例中描述了使用CMYK标准四色的结构，但是油墨色彩的组合和色彩的数量不限于此。根据需要，可以添加浅色油墨、深色油墨和/或特定颜色的油墨。例如，添加了用于喷射诸如浅青色、浅洋红之类的浅色油墨的喷墨头的结构是可行的。此外，布置各种颜色的喷墨头的顺序没有特定限制。

其上已在图像形成单元116中形成了图像的记录介质124通过中间运送单元128从图像形成鼓170传递到干燥单元118的干燥鼓176。

<干燥单元>

干燥单元118是使已通过聚合着色材料的行为分离的溶剂中包含的水分干燥的机构，如图16中所示，包括干燥鼓176和溶剂干燥装置178。类似于处理液鼓154，干燥鼓176具有布置在鼓的外围表面上的钩形保持装置(夹持器)177，使得可以通过保持装置177保持记录介质124的前端。

溶剂干燥装置178布置在干燥鼓176的外围表面的对面位置，并且由卤素加热器180和分别布置在各卤素加热器180之间的热空气喷涂嘴182构成。可以通过适当地调节从热空气喷涂嘴182吹向记录介质124的热气流的温度和气流体积、以及卤素加热器180的温度来实现各种干燥条件。

通过以记录表面朝外的方式在干燥鼓176的外围表面上保持记录介质124(换句话说，在记录介质124的记录表面弯曲成凸形的状态下)，在旋转运送记录介质的同时干燥，可以防止记录介质124起皱或浮起，从而可以容易地避免由于这些现象所产生的干燥不均匀性。

已在干燥单元118中执行了干燥处理的记录介质124通过中间运送单元130从干燥鼓176传递到定影单元120的定影鼓184。

<定影单元>

定影单元120包括定影鼓184、卤素加热器186、定影辊188、和直列式传感器(in-line sensor)190。类似于处理液鼓154，定影鼓184具有布置在鼓的外围表面上的钩形保持装置(夹持器)185，使得可以通过保持装置185保持记录介质124的前端。

通过定影鼓184的旋转，记录介质124的记录表面面向外侧进行运送，对于记录表面执行通过卤素加热器186进行的预热、通过定影辊188进行的定影处理、和通过直列式传感器190进行的检查。

卤素加热器186被控制为规定温度(例如，180℃)。通过该方式，执行记录介质124的预热。

定影辊188是对记录介质124施加热和压力的辊部件，用于对干燥的油墨施加热和压力，以融化包含在油墨中的自分散聚合微粒，从而使油墨形成薄膜。更具体地，定影辊188被布置为抵压定影鼓184，使得在定影辊188与定影鼓184之间产生夹紧(nip)。通过该方式，记录介质124置于定影辊188与定影鼓184之间，并且以规定的夹紧压力(例如，0.15MPa)被夹紧，从而执行定影处理。

定影辊188由具有良好的导热性能的铝等金属管形成的加热辊构成，其内部包含卤素灯，并且被控制为规定的温度(例如，60℃到80℃)。通过使用该加热辊加热记录介质124，施加了等于或大于油墨中包含的乳胶的Tg温度(玻璃软化温度)的热量，从而使乳胶颗粒融化。通过该方式，通过将乳胶颗粒压入记录介质124中的波状起伏、以及使图像表面的波状起伏平坦、并且获得光滑表面来执行定影。

在图16中所示的实施例中，只布置了一个定影辊188，但是根据图像层的厚度和乳胶颗粒的Tg特性，也可以布置多级定影辊。

直列式传感器190是用于确定喷射故障检查图案、浓度、以及记录在记录介质124上的图像(包括测试图案)的缺陷的读取装置，CCD线传感器等用作直列式传感器190。

根据具有上述组成的定影单元120，通过定影辊188来加热、抵压、并融化通过干燥单元118形成的薄图像层中的乳胶颗粒，从而可以将图像层定影到记录介质124。

代替包含高沸点溶剂和聚合微粒(热塑性树脂颗粒)的油墨，也可以使用包含可以聚合并且可以通过暴露在紫外(UV)光中而消除的单体的油墨。该情况下，喷墨打印设备100包括UV曝光单元来代替具有加热辊(定影辊188)的加热和抵压定影单元，UV曝光单元用于使记录介质124上的油墨曝光于UV光。当使用包含活性光可固化树脂(诸如紫外光可固化树脂)的油墨时，使用诸如UV灯或紫外线LD(激光二极管)阵列，而不使用进行加热定影的定影辊188。

<纸输出单元>

如图16中所示，纸输出单元122布置在定影单元120之后。纸输出单元122包括输出托盘192以及布置在输出托盘192与定影单元120的定影鼓184之间而与其相对的传递鼓194、环运送带196和张力辊198。记录介质124通过传递鼓194运送到运送带196并输出到输出托盘192。没有示出由运送带196创建的纸运送机构的细节，但是打印后的记录介质124的前端部分被横跨环状运送带196之间的杆(未示出)上的夹持器保持，并且由于运送带196的旋转，记录介质124传递到输出盘192。

此外，尽管图16中未示出，根据本实施例的喷墨打印设备100除了上述组成之外，还包括向喷墨头172M、172K、172C和172Y提供油墨的油墨贮存和加载单元、以及向处理液沉积单元114提供处理液的装置，还包括执行喷墨头172M、172K、172C和172Y的清洗(喷嘴表面擦拭、吹洗、喷嘴抽吸等)的头维护单元、确定纸运送路径中记录介质124的位置的位置确定传感器、测量设备的各单元的温度的温度传感器等。

<控制系统的描述>

图17是示出了喷墨打印设备100的主要系统结构的方框图。喷墨打印设备100包括通讯接口270、系统控制器272、打印控制器274、头驱动器278、电机驱动器280、加热器驱动器282、处理液沉积控制单元284、干燥控制单元286、定影控制单元288、存储器290、ROM 292、编码器294等。

通讯接口270是用于接收从主机计算机350发送的图像数据的接口单元。诸如USB(通用串行总线)、IEEE 1394之类的串行接口、以太网、以及无线网络、或者诸如Centronics接口之类的并行接口可以用作通讯接口270。可以在该部分中安装缓冲存储器(未示出)来提高通讯速度。喷墨打印设备100通过通讯接口270接收从主机计算机350发送的图像数据，并将其暂时存储在存储器290中。

存储器290是用于临时存储通过通讯接口270输入的图像的存储装置，通过系统控制器272将数据写入存储器290或者从存储器290中读取数据。存储器290不限于由半导体元件构成的存储器，也可以使用硬盘驱动器或其他磁介质。

系统控制器272由中央处理单元(CPU)及其外围电路等构成，其用作控制装置和计算装置，控制装置用于根据规定程序控制整个喷墨打印设备100，计算装置用于执行各种计算。更具体地，系统控制器272控制各种部分，诸如通讯接口270、打印控制器274、电机驱动器280、加热器驱动器282、处理液沉积控制单元284等，以及控制与主机计算机350的通讯和从/向存储器290的读取/写入，并且还产生用于控制运送系统的电机296和加热器298的控制信号。

系统控制器272的CPU执行的程序、控制过程所需的各种数据等存储在ROM 292中。ROM 292可以是不可写存储装置，或者其可以是可重写存储装置，诸如EEPROM。存储器290用作图像数据的临时存储区域，并且还用作程序的开发区域和CPU的计算操作区域。

电机驱动器280是根据来自系统控制器272的指令来驱动电机296的驱动器。在图17中，在设备的各单元中布置的各种电机都由参考标号296表示。例如，图17中所示的电机296包括驱动图16中所示的供纸鼓152、处理液鼓154、图像形成鼓170、干燥鼓176、定影鼓184、传递鼓194等的旋转的电机、以及用于通过图像形成鼓170的吸气孔产生负压力的泵的驱动电机、将喷墨头172M、172K、172C和172Y的头单元(在图7中统称为头250)从图像形成鼓170移开并移到维护区的撤回机构的电机等。

加热器驱动器282是根据来自系统控制器272的指令驱动加热器298的驱动器。在图17中，布置在设备的各单元中的各种加热器都由参考标号298表示。例如，图17中所示的加热器298包括在供纸单元112中将记录介质124预加热到适当温度的预加热器(未示出)。

打印控制器274具有信号处理功能，用于执行各种任务、补偿、以及用于根据来自系统控制器272的指令从存储在存储器290中的图像数据产生打印控制信号以将所产生的打印数据(点数据)提供到头驱动器278的其他处理。

通常，点数据通过使多色调图像数据进行色变换处理和半色调处理而产生。色变换处理是用于将由sRGB系统表示的图像数据(例如，8位RGB彩色图像数据)转换为喷墨打印设备100所使用的各颜色油墨的图像数据(本实施例中为KCMY的彩色数据)的处理。

半色调处理是用于通过误差扩散或阈值矩阵法等将色变换处理所产生的各种颜色的彩色数据转换为各颜色的点数据(本实施例中为KCMY点数据)的处理。

在打印控制器274中执行规定的信号处理，并且根据所获得的点数据，通过头驱动器278控制从头250喷射油墨滴的量和定时。通过该方式，可以实现规定的点大小和点位置。

打印控制器274提供有图像缓冲存储器(未示出)，并且当在打印控制器274中处理图像数据时，图像数据、参数、以及其他数据临时存储在图像缓冲存储器中。打印控制器274和系统控制器272还可以集成而形成单个处理器。

为了给出从图像输入到打印输出的处理顺序的一般描述，要打印的图像数据(原始图像数据)通过通讯接口270从外部源输入，并且积累在存储器290中。该阶段，例如，RGB图像数据存储在存储器290中。在喷墨打印设备100中，通过改变由油墨(着色材料)所创建的细点的沉积密度和点尺寸来形成对人眼来说具有连续色调等级的图像，因此，必须将输入的数字图像转换为能尽可能忠实地再现图像的色调等级(即，图像的浅色调和深色调)的点图案。因此，存储在存储器290中的原始图像数据(RGB数据)通过系统控制器272发送到打印控制器274，并且通过使用阈值矩阵法、误差扩散法等的半色调处理将其转换为每种油墨色彩的点数据。换句话说，打印控制器274执行将输入的RGB图像数据转换为四种颜色(K、C、M、Y)的点数据的处理。通过打印控制器274产生的点数据存储在图像缓冲存储器(未示出)中。

头驱动器278输出驱动信号，用于根据从打印控制器274提供的打印数据(即，存储在图像缓冲存储器中的点数据)驱动对应于头250的各喷嘴的致动器。头驱动器278还可以包括反馈控制系统，用于在头250中保持一致的驱动条件。

通过将从头驱动器278输出的驱动信号施加到头250，从相应喷嘴喷出油墨。在以规定速度传递记录介质124的同时，通过控制从头250喷出的油墨来在记录介质124上形成图像。本实施例中的喷墨打印设备100采用向头(头模块)250的压电致动器(一个模块中的多个单元)施加公共驱动功率波形信号的驱动方法，并且根据各压电致动器的喷射定时，通过打开或关闭连接到各压电致动器的电极的开关元件(未示出)来从对应于各压电致动器的喷嘴251喷出油墨。

处理液沉积控制单元284根据来自系统控制器272的指令来控制处理液施用装置156(参见图16)的操作。干燥控制单元286根据来自系统控制器272的指令来控制溶剂干燥装置178(参见图16)的操作。

定影控制单元288根据来自系统控制器272的指令来控制由卤素加热器186和定影单元120的定影辊188(参见图16)构成的加压及定影单元299的操作。

如参考图16所述，直列式传感器190是包括图像传感器的块，其读取打印在记录介质124上的图像并且执行各种信号处理操作等，以确定打印情况(是否喷墨、液滴喷射偏差、光学密度等)，并且将确定结果提供给系统控制器272和打印控制器274。

打印控制器274根据从直列式传感器190获得的信息关于头250实施各种校正(诸如喷射故障校正和浓度校正)，并且其还根据需要实施执行清洗操作(喷嘴修复操作)的控制，诸如预喷射、吸气、或擦拭。

改进实施例

在上述实施例中，已描述了基于通过直接向记录介质124喷射并沉积油墨滴形成图像的方法(直接记录法)的喷墨打印设备，但是本发明的应用不限于此，本发明还可以应用于间接传递式图像形成设备，其首先在中间传递体上形成图像(初级图像)，然后通过在转换单元中将初级图像转换到记录纸上形成最终图像。

此外，在上述实施例中，描述了使用喷嘴行的长度对应于记录介质的整个宽度的页宽全行式头的喷墨打印设备(即，通过单次子扫描行为完成图像的单程图像形成设备)，但是本发明的应用不限于此，本发明还可以应用于通过移动诸如串行式打印头(穿梭扫描头)等之类的短记录头通过多次扫描的行为扫描记录介质来形成图像记录的喷墨打印设备。

<使头和纸相对移动的装置>

在上述实施例中，示例了这样的组成，其中记录介质关于静止头传递，但是在本发明的实现中，也可以关于静止的记录介质(图像形成接收介质)来移动头。

<本发明的应用>

在上述实施例中，已描述了用于图形打印的喷墨打印设备的应用，但是本发明的应用范围不限于此。例如，本发明也可以广泛地应用于使用液体功能材料获得各种形状或图案的喷墨系统，诸如形成电子电路的布线图的布线打印设备、用于各种装置的制造设备、使用树脂液体作为喷射的功能液体的树脂打印设备、彩色过滤器制造设备、使用用于材料沉积的材料形成细结构的细结构形成设备等。

应该理解的是，本发明不限于所公开的特定形式，相反，本发明涵盖落入所附权利要求中所表述的本发明的本意和范围内的所有变型、变更结构及其等价物。

Claims (24)

1.一种液体喷射头，其包括：

多个压力腔，每个压力腔均充满液体；

多个供给流道，其分别连接到所述多个压力腔，所述液体通过所述供给流道提供到所述压力腔；

多个喷射能量产生装置，其对应于所述多个压力腔布置，所述喷射能量产生装置由驱动信号驱动以产生喷射力；以及

多个喷射口，分别连接到所述多个压力腔，所述压力腔中的液体通过对应喷射能量产生装置所产生的喷射力经由所述喷射口向外喷射，其中：

所述液体喷射头具有包括一组喷射元件的记录元件；

每个喷射元件均包括一个压力腔、连接到所述一个压力腔的一个供给流道、对应于所述一个压力腔布置的一个喷射能量产生装置、以及连接到所述一个压力腔的一个喷射口；

构成所述组的各喷射元件具有相同的喷射操作特性；

包括在构成所述组的各喷射元件中的喷射能量产生装置连接到公共信号线，并且被配置为通过所述公共信号线施加有相同的驱动信号以同时被驱动；以及

在构成所述组的各喷射元件中，当各喷射能量产生装置被同时驱动时，在图像形成操作中，液体通过喷射口喷射并且沉积至图像形成介质上的同一像素。

2.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中包括在构成所述组的各喷射元件中的压力腔提供有具有相同组成的液体。

3.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中：

每个所述喷射能量产生装置均包括配置来改变对应压力腔的容积的致动器；以及

包括在各所述喷射能量产生装置中的致动器具有相同的排出体积，所述喷射能量产生装置包括在构成所述组的喷射元件中。

4.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中包括在构成所述组的各喷射元件中的各压力腔具有相同的谐振频率。

5.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中包括在构成所述组的各喷射元件中的各压力腔通过联合流道彼此连接。

6.根据权利要求5所述的液体喷射头，其中在平面视图的每个所述压力腔中，连接供给流道的部分和连接联合流道的部分布置在基本对角的相对位置处或者分开距离最远的位置处。

7.根据权利要求5所述的液体喷射头，其中在构成所述组的各喷射元件中，至少一个连接到所述压力腔的供给流道被配置为还用作循环流道，各所述压力腔内的液体通过所述循环流道进行循环而不执行喷射操作。

8.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中在构成所述组的各喷射元件中，至少两个所述喷射口沿着平行于相对移动方向的方向并排布置，所述相对移动方向是指所述液体喷射头和所述图像形成介质在图像形成操作期间彼此相对移动的方向。

9.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中每个所述喷射口均具有圆形、椭圆形、半圆形、通过沿着短轴切割椭圆所获得的半椭圆形、以及四边形中的一种形状。

10.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中分别在各所述喷射口中形成弯液面。

11.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中：

所述记录元件还包括喷嘴部分；

包括在构成所述组的各喷射元件中的喷射口布置在所述喷嘴部分内；以及

在构成所述组的各喷射元件中，当所述喷射能量产生装置被同时驱动时，液滴通过各所述喷射口喷射，然后在所述喷嘴部分中组合在一起，作为组合液滴通过所述喷嘴部分向外喷射。

12.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中在构成所述组的各喷射元件中，当各所述喷射能量产生装置被同时驱动时，液体通过各所述喷射口向外喷射，在到达所述图像形成介质之前组合在一起，然后着落于所述图像形成介质上。

13.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中在构成所述组的喷射元件中：

所述喷射元件的数量是两个；以及

两个所述喷射元件布置为镜面对称以及旋转对称中的一种。

14.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中在构成所述组的喷射元件中：

所述喷射元件的数量是至少三个；以及

所述至少三个喷射元件布置为旋转对称。

15.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中在构成所述组的喷射元件中：

所述喷射元件的数量是不少于四个的偶数；

所述喷射元件中的至少两个布置为旋转对称；以及

所述喷射元件中的至少两个布置为镜面对称。

16.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中：

所述记录元件还包括分割部件，其包括在构成所述组的喷射元件的压力腔中的两个压力腔跨越所述分割部件彼此邻接；以及

所述分割部件的至少一部分被配置为当通过对应于所述两个压力腔的喷射能量产生装置中的至少一个施加喷射力时变形。

17.根据权利要求16所述的液体喷射头，其中所述分割部件的至少一部分具有褶形弯曲部分。

18.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中：

每个所述喷射能量产生装置均包括具有压电体的致动器；以及

所述压电体针对各压力腔而彼此分开。

19.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中：

每个所述喷射能量产生装置均包括具有压电体的致动器；以及

包括在构成所述组的各喷射元件中的致动器的压电体彼此连接。

20.根据权利要求1所述的液体喷射头，其中在硅衬底中形成包括所述压力腔和所述供给流道的流道部分。

21.一种液体喷射设备，包括：

如权利要求1所述的液体喷射头；以及

驱动控制电路，其通过产生施加到每个喷射能量产生装置的驱动信号来控制所述液体喷射头的喷射操作，

其中所述驱动信号的波形被配置为以使卫星液滴和主液滴在飞行期间组合在一起的方式增加所述卫星液滴相对于所述主液滴的飞行速度，所述主液滴由通过喷射操作首先喷射的液体形成，所述卫星液滴由在形成所述主液滴的液体之后喷射的液体形成。

22.根据权利要求21所述的液体喷射设备，其中所述驱动信号的波形具有被配置为当从所述弯液面分离的液体作为所述卫星液滴经过喷射口附近时沿推出所述液体的方向驱动每个所述喷射能量产生装置的波形元素。

23.一种喷墨打印设备，其使用权利要求1中所述的液体喷射头。

24.一种喷墨打印设备，其使用如权利要求21中所述的液体喷射设备。

Images