CN103057271B - 喷墨打印头 - Google Patents

Abstract

一种喷墨打印头，该喷墨打印头的尺寸减小但是仍能够防止打印元件基板的整体温度升高。至此，在形成于各喷嘴列的两侧的墨供给口列当中，打印元件基板的位于相邻的墨供给口之间的部分（梁）的热阻在接近共用液室的端部的列中减小。

Description

喷墨打印头

本申请是申请人佳能株式会社于2010年02月05日提出的申请号为201010112045.X、发明名称为“喷墨打印头”的发明申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及将墨喷射到打印介质以执行打印的喷墨打印头。

背景技术

喷墨打印系统现今已被广泛使用，这不仅归因于喷墨打印系统能够高速地打印高分辨率（defined）的图像，而且归因于喷墨打印系统能够在即使未进行过特别处理的打印介质上执行打印。实现这些喷墨打印系统的喷墨打印头具有各种类型的喷射系统，这些喷射系统典型地使用加热发泡（heat-generatedbubble）的能量来喷射墨或者使用压电元件产生的能量来喷射墨。

近年来，对于这种喷墨打印头，需要越来越高的打印品质和越来越快的打印速度。已经提出的用以提高打印速度的手段包括增加喷墨打印头的喷嘴的数量和提高喷射频率。

决定喷墨打印头的喷射频率的上限的一个因素是喷嘴喷射墨之后被再次供给和充填墨水所需的时间（也称为再充填时间）。该再充填时间越短，能够进行打印的喷射频率越高。

图11是示出传统打印头的内部的局部切除剖视图。在仅通过一个墨流路97从沿着喷嘴列开口的单个供给口95向压力室96供墨的传统喷嘴结构中，再充填时间由墨流路的流阻限定。作为减小再充填时间的手段，日本特开平10-181021（1998）号公报公开了以在每个压力室中形成多个流路的方式配置流路壁从而增加墨流路的数量的技术。

为了获得高分辨率、深灰度级（deep-grayscale）、高品质的打印图像，目前需要如下喷墨打印头，该喷墨打印头的任何特定的喷嘴的喷射量的变化都小，并且该喷墨打印头中的不同喷嘴之间的差异小。然而，关于通过膨胀气泡的力喷射墨的喷墨打印头，喷射的墨量随着喷射口附近的温度而改变。特别地，当在喷嘴列中具有局部温度分布时，墨喷射量会根据温度分布而变化，导致打印图像具有浓度差异，从而使图像品质劣化。尽管为解决该问题已经针对喷墨打印设备的主体侧采取了许多措施，例如多路径技术及驱动脉冲控制，墨喷射量的稳定性很大程度上取决于喷墨打印头自身的性能。

日本特开平10-157116（1998）号公报公开了减小打印差异的技术，即通过在打印头的中央设置散热片来使打印头的端部附近的温度和打印头中央部的附近的温度几乎相等。

为最小化由于喷墨打印头的温度分布增大而造成的打印品质的劣化，日本特开2003-170597号公报公开了下面的技术，该技术将导热膜引入到打印头基板中并将所述导热膜连接至向墨散热的散热部，从而抑制整体的温度升高。日本特开2003-118124号公报公开了经由供给至打印头的墨流来冷却打印头基板自身的技术。

如图11所示，传统的喷墨打印头具有沿着喷嘴列开口的单个墨供给口。在该构造中，通过使气泡膨胀而在压力室96中产生的压力朝向墨流路97逃逸（escape），结果使所产生的压力可能不能被完全用于墨喷射。因为压力朝向墨流路97逃逸，喷出的墨可能偏离期望的方向。

此外，在传统的构造中，加热电阻器产生的热通过打印头基板被传递且散发到喷嘴列的外侧。这是因为设置墨供给口的部分构成热绝缘部，仅允许加热电阻器产生的热朝向喷嘴列的外侧逃逸。该构造使得热难以逃逸。可以通过加宽加热电阻器之间的间隔以增大热逃逸路径来降低打印头基板的局部温度升高。在这种情况下，打印头基板的尺寸变大。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种能够在抑制打印头基板的整体的温度升高的同时减小打印头的尺寸的喷墨打印头。

本发明的喷墨打印头包括：共用液室，其形成于打印头基板的第一面；墨供给口，通过墨供给口从共用液室向喷嘴供墨；加热电阻器，其被安装于打印头基板的与第一面相反的第二面；多个喷嘴列，能够通过对加热电阻器通电来从喷嘴的喷射口喷射墨；以及多个墨供给口列，其中，多个喷嘴列包括位于共用液室的端部侧的第一喷嘴列和位于共用液室的中央侧的第二喷嘴列，多个墨供给口列包括第一墨供给口列和第二墨供给口列，第一墨供给口列沿着至少一个喷嘴列形成并且位于共用液室的端部侧，第二墨供给口列位于共用液室的中央侧，第一喷嘴列或第二喷嘴列位于第一墨供给口列和第二墨供给口列之间，以及打印头基板的位于第一墨供给口列中的相邻的墨供给口之间的部分的热阻小于打印头基板的位于第二墨供给口列中的相邻的墨供给口之间的部分的热阻。

根据本发明的另一方面，提供了一种喷液打印头，其包括：多个喷嘴列，各喷嘴列均沿预定方向配置，并且各喷嘴列均包括用于喷射液体的多个喷射口和多个加热电阻器，其中，为该多个喷射口中的每个喷射口设置一个加热电阻器，该加热电阻器用于喷射液体；和多个供给口列，各供给口列均具有穿透打印头基板并且沿预定方向排列的多个供给口，以向多个加热电阻器供给液体，其中，在垂直于预定方向的方向上，喷嘴列和供给口列交替地配置，在多个供给口列当中的形成于打印头基板的在垂直于预定方向的方向上的端部侧的供给口列中，沿预定方向在多个供给口两两之间形成第一梁，并且在多个供给口列当中的形成于打印头基板的在垂直于预定方向的方向上的中央部侧的供给口列中，沿预定方向在多个供给口两两之间形成第二梁，以及第一梁的热阻小于第二梁的热阻。

根据本发明，多个喷嘴列包括位于共用液室的端部侧的第一喷嘴列和位于共用液室的中央侧的第二喷嘴列。关于墨供给口，其包括第一墨供给口列和第二墨供给口列，第一墨供给口列沿着喷嘴列形成并且位于共用液室的端部侧，第二墨供给口列位于共用液室的中央侧。第一喷嘴列或者第二喷嘴列位于第一墨供给口列和第二墨供给口列之间。打印头基板的位于第一墨供给口列中的相邻的墨供给口之间的部分的热阻小于打印头基板的位于第二墨供给口列中的相邻的墨供给口之间的部分的热阻。

这种配置能够实现尺寸减小同时仍然能够防止打印元件基板的整体温度升高的喷墨打印头。

从下面（参照附图）对典型实施方式的说明中，本发明的其它特征将变得明显。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的喷墨打印设备的机械结构的外观图；

图2是在该实施方式的喷墨打印设备中使用的打印头盒的外观图；

图3是打印头的外观图；

图4是本发明的第一实施方式的打印头中的喷嘴列组的示意图，其中以放大的方式示出打印元件基板的一部分；

图5是沿图4的线V-V’截取的剖视图；

图6示出第一实施方式的比较例；

图7示出第一实施方式的变型例的示例；

图8是本发明的第二实施方式的打印头中的喷嘴列组的示意图，其中以放大的方式示出打印元件基板的一部分；

图9示出第二实施方式的变型例的示例；

图10是本发明的第三实施方式的打印头中的喷嘴列组的示意图，其中以放大的方式示出打印元件基板的一部分；

图11是示出传统打印头的内部的局部切除的剖视图。

具体实施方式

（第一实施方式）

现在，将参照附图说明本发明的第一实施方式。

图1示出本实施方式的喷墨打印设备的机械结构的外观图，图2示出在该喷墨打印设备中使用的打印头盒的外观图，图3示出打印头盒的打印头的外观图。本实施方式的喷墨打印设备的机架10包括多个具有预定刚性的板状金属构件。机架10具有打印介质供给单元11，以将打印介质片材（未示出）自动地供给到喷墨打印设备的内部。机架10还具有介质输送单元13、打印单元和打印头恢复单元14，介质输送单元13用于将从打印介质供给单元11供给的打印介质移动到所期望的打印位置，并且进一步将打印介质从打印位置移动到介质排出单元12，打印单元用于在打印位置处的打印介质上执行预定的打印操作，打印头恢复单元14用于在打印单元上执行喷射性能恢复操作。

打印单元包括滑架16和打印头盒18，滑架16被支撑成其能够沿滑架轴15移动，打印头盒18通过打印头设定杆17能够移除地安装于该滑架16。

安装有打印头盒18的滑架16设置有滑架盖20，该滑架盖20将喷墨打印头19（也简称为打印头）定位在滑架16上的预定安装位置。滑架16还设置有打印头设定杆17，该打印头设定杆17与打印头19的容器支持体（tank holder）21接合，以推打印头19并且将打印头19定位在预定的安装位置。用于固定和移除打印头的打印头设定杆17可枢转地安装于位于滑架16的顶部的打印头设定杆轴（未示出）。滑架16还在其与打印头19的接合部位具有弹簧施力打印头设定板（未示出），该弹簧施力打印头设定板用其弹簧力朝向滑架16压打印头19，用于确保打印头的安装。

触点柔性印刷缆线（或简称为触点FPC）22在一端与滑架16的另一接合部位连接，该另一接合部位不同于滑架16的与打印头19连接的接合部位。当形成于触点FPC 22的一端的未示出的触点部与打印头19的用作外部信号输入端子的触点部23发生电接触时，各种打印信息和电被供给至打印头19。

在触点FPC 22的触点部和滑架16之间安装有诸如橡胶等未示出的弹性构件。弹性构件的弹性力和打印头设定板的压力结合起来确保触点FPC 22的触点部与打印头19的触点部23之间的可靠连接。触点FPC 22的另一端被连接至安装于滑架16的背面的未示出的滑架基板。

本实施方式的打印头盒18具有打印头19和储存墨的储墨器24，打印头19根据打印信息从打印头19的喷射口喷射从储墨器24供给的墨。本实施方式的打印头19是能够被可移除地安装于滑架16的所谓的盒式打印头。

为了相片式（photo graphic）高品质彩色打印，本实施方式允许使用六个独立的储墨器24，该六个储墨器24用于黑色、浅青色、浅品红色、青色、品红色和黄色墨。每个储墨器24均设置有能够锁定到打印头盒18的能够弹性地变形的释放杆26。如图3所示，通过操作相关的释放杆26，能够从打印头19移除个体储墨器24。因此，释放杆26用作本发明的安装/拆卸手段的一部分。打印头19包括后述的打印元件基板、电配线基板28和容器支持体21。打印元件基板通过电配线板28中的四边形孔25处的触点而被电连接至电配线板28。

图4示出本发明的第一实施方式的打印头19中的多个喷嘴列，打印元件基板的一个区域被放大示出。在本实施方式的打印头19中，打印元件基板（或简称为基板）7设置有多个加热电阻器41和多个喷嘴49。由各加热电阻器加热墨以形成气泡，由于气泡膨胀而产生的压力用于从相关的喷射口喷射墨。在本实施方式中，每个加热电阻器均形成于压力室的内部，并且喷嘴49表示从喷射口到压力室范围的空间。

在例如如图11所示的传统打印元件基板中，各压力室均仅在一侧设置有墨流路97。因为这种构造，由于形成气泡而产生的压力可能朝向墨流路97侧逃逸，其结果是喷射的墨可能偏离期望的方向，即偏离与打印元件基板垂直的方向。为了解决该问题，在本实施方式的打印元件基板7中，为每个喷嘴49形成两个墨流路，在喷嘴49的两侧设置独立的墨供给口，使得墨从两侧流入各喷嘴49。在这种构造中，产生气泡期间的压力逃逸相对于喷嘴49对称，使得墨能够垂直于打印元件基板7地喷射。

此外，对于相同颜色的墨，本实施方式的打印元件基板7设置有四个喷嘴列和五个墨供给口列，喷嘴列具有多个加热电阻器41，墨供给口列被配置在喷嘴列的两侧，每个墨供给口列均包括多个墨供给口。打印元件基板的位于墨供给口列A（第一墨供给口列）中的相邻的墨供给口42之间的部分（也称为梁（beam））存在于喷嘴驱动电路44和喷嘴列A（第一喷嘴列）之间。类似地，墨供给口列B（第二墨供给口列）中的梁45在喷嘴列A和喷嘴列B（第二喷嘴列）之间存在于喷嘴列A的喷嘴列组中央侧。此外，墨供给口列C中的梁46存在于中央墨供给口列C的墨供给口48之间。

图5是沿图4的线V-V’截取的剖视图。墨供给口与被设置于打印元件基板7的一侧的共用液室55连通，打印元件基板中的位于墨供给口之间的梁的厚度相等，该厚度为T。也就是，墨供给口的深度都等于厚度T，从共用液室55通过深度为T的墨供给口将墨供给至打印元件基板的相反侧。

在本实施方式中，墨供给口被配置成在梁之间建立如下的热阻关系：梁43<梁45≤梁46。更具体地，墨供给口被配置成使得各墨供给口列中的梁的由L/（W×T）限定的热阻满足如下关系：

L43/(W43×T)<L45/(W45×T)≤L46/(W46×T)（式1）

其中，L是梁的长度，W×T是梁的横截面积。

由加热电阻器41产生的热通过梁传递，并且在位于喷嘴列组的两侧的喷嘴驱动电路44附近释放，在喷嘴驱动电路44处，基板具有增大的厚度。也就是，从被设置于打印元件基板7的背面（当从图4的正面观察时）的共用液室的两端通过打印元件基板散热。墨供给口列B中的梁45用作喷嘴列B用的散热路径，而墨供给口列A中的梁43用作喷嘴列A和喷嘴列B两者用的散热路径，所以经过梁43的热量比经过梁45的热量多。

图6示出本实施方式的比较例。该图以放大的方式示出配置有墨供给口的打印元件基板的一部分，但是没有考虑梁之间的热通量（heat flux）的差异，从而使相对大量的热能够通过这些梁中的任一个梁。尽管墨供给口51的这种使任一梁50能通过较大量的热的该配置具有改善散热的优点，但是其也具有缺点。也就是，由于需要增加每个梁的宽度，因此墨供给口在墨供给口列对齐的方向上的开口尺寸变小。为了确保足够量的墨供给，需要增大墨供给口在垂直于墨供给口列的方向上的尺寸，导致打印元件基板本身的尺寸的增大，这是不期望的。

为此，使大量的热所通过的路径、在本实施方式中为梁43的热阻较小，以使由热阻引起的梁43的温度升高最小化。在这种情况下，虽然形成有梁43的墨供给口列A的个体墨供给口42变得相对地较大以确保预定的流量，但是能够使其它墨供给口相对地较小。也就是，由于能够使通过较少热量的梁45窄到由热阻引起的温度升高不会成为问题的程度，因而能够减小打印元件基板7的整体尺寸，同时防止整体的温度增加。

在本实施方式中，各喷嘴列中的喷嘴被配置成600dpi，墨供给口被配置成300dpi。墨供给口的深度和梁的厚度为大约100μm，并且在整个喷嘴列组基本恒定。为满足期望的供墨性能，墨供给口42的开口面积需要大于预定面积（在本实施方式中为2800μm²以上）。如果墨供给口被配置成满足式1，并且梁43所属的列中的墨供给口42的尺寸为（长度×宽度）=70μm×40μm，则梁的宽度W43=44.5μm。另外，如果梁45和46所属的列中的墨供给口47和48的尺寸为54μm×52μm，则梁的宽度W45和W46=32.5μm。

如上所述，在形成于各喷嘴列的两侧的墨供给口列当中，打印元件基板7的位于墨供给口之间的部分（梁）的热阻在位于打印元件基板7的端侧（共用液室的端侧）的列中减小。这使所实现的喷墨打印头具有如下特性：喷墨打印头的打印元件基板的尺寸减小，通过有效的散热使温度升高最小化，并且该喷墨打印头能够垂直地喷射墨。

（变型例）

图7示出本实施方式的变型例的示例。虽然图4中示出5个墨供给口列，但图7的示例仅具有3个墨供给口列以进一步减小打印头的尺寸并降低成本。在该构造中，喷嘴列A中的喷嘴49仅具有一个墨流路。因此，这些喷嘴49比具有两个墨流路的喷嘴(喷嘴列B中的喷嘴)需要更长的再充填时间，这降低了打印头的整体打印速度，其中，墨通过该两个墨流路流入各喷嘴。

然而，通过利用本发明并且以满足式1（不包括参数L46和W46）的方式配置墨供给口，能够在使打印头中的整体温度升高最小化的同时明显地减小打印头的尺寸。

如果将安装具有小喷射量的小喷嘴以获得具有改善的粒状性（granularity）的高品质图像，这些小喷嘴被布置于喷嘴列A中。一般地，由于具有小喷射量的小喷嘴的喷射容量小，它们的再充填时间也较短。使用小喷嘴能够缩短仅具有一个墨流路的喷嘴列A的再充填时间，因而防止打印头的整体打印速度如使用通常尺寸喷嘴那样降低。

如上所述，在打印元件基板具有小喷射量的小喷嘴且能够产生高品质图像的情况下，使用本发明也能够实现尺寸减小的喷墨打印头，该喷墨打印头的打印元件基板的整体温度升高最小化并且能够与打印元件基板垂直地喷射墨。

（第二实施方式）

现在，将参照附图说明本发明的第二实施方式。本实施方式的喷墨打印头的基本构造与第一实施方式的喷墨打印头的基本构造相似，所以将仅说明本实施方式的构造的特别之处。

图8示出本发明的第二实施方式的打印头19的喷嘴列组，其中以放大的方式示出打印元件基板的一部分。对于本实施方式的喷墨打印头的喷嘴列，左右喷嘴在打印期间被关于中心线O大致对称地驱动。特别地，在图像的高浓度部分的打印操作期间，喷嘴集中地受热，认为朝向喷嘴列的外侧散热。梁70不位于散热路径中，因此对热释放效率几乎没有影响。因此，如图8所示，为了进一步缩小梁70的宽度W70，位于中心线O上的墨供给口71的尺寸被设定为46μm×60μm并且梁的宽度被设定为W70=24.5μm。该配置能够实现尺寸减小的喷墨打印头，该打印头的打印元件基板的整体温度升高最小化并且能够与打印元件基板垂直地喷射墨。

（变型例）

图9示出该实施方式的变型例的示例。使中央墨供给口80连续而没有设置梁，以减小打印元件基板的尺寸同时满足所需的供墨性能。对于构成散热路径的梁43和45，增大梁43的宽度W43以满足第一实施方式中的式1。这使得能够实现尺寸减小的喷墨打印头，该打印头的打印元件基板的整体温度升高最小化并且能够与打印元件基板垂直地喷射墨。

（第三实施方式）

现在，将参照附图说明本发明的第三实施方式。本实施方式的喷墨打印头的基本构造与第一实施方式的喷墨打印头的基本构造相似，所以将仅说明本实施方式的构造的特别之处。

图10示出本发明的第三实施方式的打印头19的喷嘴列组，其中以放大的方式示出打印元件基板的一部分。为了满足对更高打印速度、更逼真（vivid）及更高品质的图像的要求，近年来的喷墨打印头往往形成有能够喷射不同体积的墨滴的喷嘴。本实施方式即是本发明被应用于具有这种具有不同喷射体积的喷嘴的喷墨打印头的示例。在图10中，当喷嘴列A和喷嘴列B具有不同的喷射量时，具有较大喷射量的喷嘴被安装至喷嘴列A，即被安装至在喷嘴列组的基板厚度增加的两侧最接近喷嘴驱动电路44的喷嘴列。

在本实施方式中，喷嘴列A由墨滴喷射体积为5-7pl的喷嘴构成，而喷嘴列B由墨滴喷射体积为1-3pl的喷嘴构成。如果从喷嘴列A喷射5pl以上的墨滴，则加热电阻器90需要具有大约484μm²以上的面积，如果从喷嘴列B喷射3pl以下的墨滴，则加热电阻器91需要具有大约324μm²以下的面积。由于喷嘴列产生的热的量与其加热电阻器的面积几乎成正比，喷嘴列A比喷嘴列B产生更多的热量。因此，将产生更多热量的喷嘴列A置于喷嘴列组的两侧并且减小梁43的热阻对于高效的散热是有效的。此外，由于喷嘴列B产生的热量较少，可以无需使梁45和46的热阻如梁43的热阻那么小就可以实现充分的散热。通过这种配置，能够实现尺寸减小的喷墨打印头，该打印头的打印元件基板的整体温度升高最小化并且能够与打印元件基板垂直地喷射墨。

虽然已经参照典型实施方式说明了本发明，应当理解，本发明不限于所公开的典型实施方式。所附的权利要求书的范围符合最宽泛的解释，以包含所述变型、等同结构和功能。

Claims (10)

1.一种喷液打印头，其包括：

多个形成于基板的一面侧的元件列，所述元件列的元件产生用于喷射液体的能量，所述元件沿第一方向排列；和

多个用于喷射液体的喷射口列，所述多个喷射口列的喷射口以对应多个所述元件的方式排列；

其特征在于，所述喷液打印头还包括：

多个用于向所述元件供给液体的供给口列，所述供给口列的供给口穿透所述基板的一侧和另一侧，所述供给口沿所述第一方向排列；

其中，在垂直于所述第一方向的第二方向上，所述多个供给口列和所述多个元件列交替地配置，所述多个供给口列包括第一供给口列和第二供给口列，所述第一供给口列配置在所述基板的在所述第二方向上的端侧，所述第二供给口列配置在所述基板的在所述第二方向上的中央，所述第一供给口列包括的供给口之间的间隔比所述第二供给口列包括的供给口之间的间隔长。

2.根据权利要求1所述的喷液打印头，其中，所述第一供给口列包括的供给口是矩形，所述第一供给口列包括的供给口的较长的方向是所述第二方向，所述第二供给口列包括的供给口是矩形，所述第二供给口列包括的供给口的较长的方向是所述第一方向。

3.根据权利要求1所述的喷液打印头，其中，连接到所述第一供给口列和所述第二供给口列的共用液室形成于所述基板的另一侧。

4.根据权利要求1所述的喷液打印头，其中，在所述元件列的所述元件之间形成流路壁。

5.根据权利要求1所述的喷液打印头，其中，所述多个元件列形成于所述第一供给口列的端侧。

6.根据权利要求1所述的喷液打印头，其中，所述基板的形成多个所述供给口的区域的厚度基本均匀。

7.一种喷液打印头，其包括：

多个形成于基板的一面侧的元件列，所述元件列的元件产生用于喷射液体的能量，所述元件沿第一方向排列；和

多个用于喷射液体的喷射口列，所述多个喷射口列的喷射口以对应多个所述元件的方式排列；

其特征在于，所述喷液打印头还包括：

多个用于向所述元件供给液体的供给口列，所述供给口列的供给口穿透所述基板的一侧和另一侧，所述供给口沿所述第一方向排列；

其中，在垂直于所述第一方向的第二方向上，所述多个供给口列和所述多个元件列交替地配置，所述多个供给口列包括第一供给口列和第二供给口列，所述第一供给口列配置在所述基板的在所述第二方向上的端侧，所述第二供给口列配置在所述基板的在所述第二方向上的中央，所述第一供给口列包括的供给口之间的部分的与所述基板垂直的、所述第一方向的横截面的面积比所述第二供给口列包括的供给口之间的部分的与所述基板垂直的、所述第一方向的横截面的面积大。

8.根据权利要求7所述的喷液打印头，其中，所述第一供给口列包括的供给口是矩形，所述第一供给口列包括的供给口的较长的方向是所述第二方向，所述第二供给口列包括的供给口是矩形，所述第二供给口列包括的供给口的较长的方向是所述第一方向。

9.根据权利要求7所述的喷液打印头，其中，连接到所述第一供给口列和所述第二供给口列的共用液室形成于所述基板的另一侧。

10.根据权利要求7所述的喷液打印头，其中，所述基板的形成多个所述供给口的区域的厚度基本均匀。