CN1189325C - 液滴喷射头和喷墨记录装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液滴喷射头和喷墨记录装置。液滴喷射头包括:喷嘴;液体腔室;构成液体腔室的壁表面的振动板;驱动装置;支承基底,该基底与驱动装置的端部相连但不与振动板相连;以及支承基底和振动板之间在与液体腔室的间壁相应的位置的间隙,其中,振动板包括薄部和厚部,薄部的区域被与驱动装置接触的厚部所分隔。这样的结构提高了液滴喷射的可控制性,从而扩散可以减少,降低了对于用于控制扩散的附加装置的需求,且可以实现稳定的液滴喷射性能。

Description

液滴喷射头和喷墨记录装置
技术领域
本发明涉及液滴喷射头和喷墨记录装置。
背景技术
喷墨记录装置用作图像记录装置或成像装置,例如打印机、传真机、复印机或绘图仪。喷墨头作为液滴喷射头用于喷墨记录装置。该喷墨头包括喷嘴、液体腔室和驱动装置(压力产生装置)。墨滴通过喷嘴喷出。喷嘴与液体腔室相连。该液体腔室称为受压液体腔室、压力腔室、喷射腔室或墨水通道。液体腔室中的墨水由驱动装置(压力产生装置)加压。由于压力产生装置在液体腔室中产生的压力,墨滴从喷嘴喷出。虽然有几种类型的液滴喷射头,例如将液态抗蚀剂作为液滴喷射的液滴喷射头或将DNA试验材料作为液滴喷射的液滴喷射头,但将要描述喷墨头。
已知将一种压电式喷墨头作为喷墨头。机电转换器元件用于压电式喷墨头中,机电转换器元件如作为产生压力的驱动装置,液体腔室中的油墨借助于该压力加压。在压电式喷墨头中,能够弹性形变并形成液体腔室的壁表面的振动板由于驱动装置的变形而变形,从而液体腔室的容量减小,压力增加,墨滴喷出。参见日本公开专利申请NO.2-51734。
在上述喷墨头中,通过充电或放电,压电元件产生形变,从而与压电元件接触的振动板产生变形。由于振动板的变形,受压液体腔室内的压力增加,从而压缩受压液体腔室的容积,使得墨滴从喷嘴喷出。在墨滴喷射之后,压电元件产生变形,从而使振动板产生变形,使受压液体腔室的容积增大。
上述喷墨头的一个示例在图1和2中示出。图1为沿根据传统技术的喷墨头的液体腔室的长侧向截取的截面图。图2为沿根据传统技术的喷墨头的液体腔室的短侧向截取的截面图。
在该喷墨头中,连接到喷射墨滴122的喷嘴113上的受压液体腔室114和通过连接部120向受压液体腔室114供应墨水的公共液体腔室119通过连接液体腔室基底和111和喷嘴板118而形成,设置在基板112上的压电元件117连接到形成受压腔室114壁表面一部分的振动板116的外表面。
振动板116基于压电元件117的变形发生弹性形变。然而,振动板116比形成受压腔室114的其它壁通常具有较小的刚性(较大柔性)。此外,公共液体腔室119连接到墨盒(图1和2未示出)。支承件121设置在液体腔室板111和基板112之间。
借助驱动电路(图1和2中未示出)对压电元件117施加的电压,压电元件117产生变形,从而振动板116产生变形,因此增加或减小了受压液体腔室114的容量。在受压腔室114的容量增加的情况下,受压液体腔室114的内部压力减小,从而墨水通过连接部120从公共液体腔室119充满受压液体腔室114。
然后,提供驱动力,从而增加受压液体腔室114的内部压力。即,在压电元件117被驱动从而减小受压液体腔室114的容量的情况下,受压液体腔室114的内部压力增加。因此,墨水从喷嘴113中推出并形成墨滴122喷射,附着在记录介质例如纸张上,从而实现记录。
这样,使用振动板的喷墨头中的墨滴基于振动板的变形而形成。作为驱动源的带有压电元件的连接部分是喷墨头性能的一个重要因素。
因此,如在日本专利No.3147132或日本专利No.3070625中所公开的一种技术,其中用于与压电元件连接的岛状凸部形成在振动板上。
上述传统喷墨头的结构参照附图3到6进行描述。图3为传统喷墨头的透视图。图4为图3中所示部分的放大图。图5为传统喷墨头另一个示例的振动板的透视图。图6为传统喷墨头的粗略透视图。在图3到图6中,将与图1和2所示相同的部件给出相同的附图标记,而简化对其解释。
在该喷墨头中,凹部123形成在构成受压液体腔室114的一个壁表面的振动板116上,从而形成了凹部123。岛状凸部124作为一厚部形成在压电元件117与振动板116接触的位置。即,薄部126围绕作为厚部并具有大致恒定厚度的岛状凸部124的全部。
压电元件117与受压液体腔室114相对应。围绕与压电元件117接触的岛状凸部124的凹部123被厚部125分隔。如图5所示,薄部126由振动板116形成。岛状凸部124作为厚部形成在薄部126上。
通过使压电元件117与岛状凸部124接触并驱动压电元件,能够减小转移到其它相邻受压液体腔室的压电元件117的振动量。此外,通过压力的改变可有效地将压电元件的变形转换为受压液体腔室容量的改变。
然而,根据上述传统喷墨头,需使形成在振动板116上的岛状凸部124与受压液体腔室114的分隔边界具有恒定距离。因此,需要形成围绕岛状凸部124的具有恒定宽度的薄部126。因此,要求具有较高的测量精度或定位精度。
此外,岛状凸部124的长侧比压电元件117的头端部的长侧更长。另外,需要为薄部126提供间隙,从而难于使整个喷墨头变小。因此,以高密度配置受压液体腔室114成了问题。此外,由于受压液体腔室114内部容量的变化由凸部124的尺寸和压电元件117的形变量决定,因此需要使凸部124的尺寸具有较高精度。然而,使凸部124的尺寸具有较高精度比较困难,因此,生产率降低,制造成本增加。
此外,具有较大区域的薄部126的振动板116是受压液体腔室114的一个部件。受压液体腔室114具有较小的刚性(较大柔性),因此,增加受压液体腔室114的内部压力的效率较差,从而对墨滴喷射时弯月面的控制能力下降。
另外,当驱动压电元件117时,基于弹性形变的应变发生在围绕岛状凸部124的薄部126处。由于伴随意外情况例如在形成凸部124和薄部126时的分散而发生的应力集中,振动板116可能被破坏。为了形成较大数量的受压液体腔室114,同时不发生分散,制造过程变得复杂,因此,多种装置需要改进,且成本可能增加。
类似的喷墨头还公开在美国专利US5880763A中,其中每个压电振动元件抵靠在位于弹性板的薄部之间的岛状凸部上,凸起的岛状件表示突起是被单一连续的具有不同性质的介质完全围绕的;以及美国专利US5818482A,其中厚部也具有岛状构型。
发明内容
因此,本发明总的目的是提供一种新型有用的液滴喷射头和喷墨记录装置,可解决上述一个或多个问题。
本发明的另一个和更多的具体目的是提供一种液滴喷射头,在不降低驱动装置效率的情况下,液体腔室的内部压力可以增加和减小,弯月面的可控制性以及喷射液滴的能力能够提高,液滴喷射头的尺寸可制得较小,且可以减少扩散的发生。本发明的另一目的是提供一种喷墨头记录装置,其中使用液滴喷射头,从而图像质量提高。
上述目的通过一种液滴喷射头而实现,该液滴喷射头包括:喷射液滴的喷嘴;与喷嘴连通的液体腔室;构成液体腔室至少一部分的壁表面的振动板;通过与振动板接触而产生对液体腔室中的液体施加的压力的驱动装置;驱动装置的端部与其相连且不与振动板相连的支承基底;位于与液体腔室的间壁相应位置处的支承基底和振动板之间的间隙,其中,振动板包括一薄部和一厚部,且薄部的区域由厚部分隔成两个不相连的薄部,驱动装置与该厚部接触。
上述目的也可通过一种液滴喷射头来实现,该液滴喷射头包括:喷射液滴的喷嘴;与喷嘴连通的液体腔室;构成液体腔室至少一部分的壁表面的振动板;通过与振动板接触而产生对液体腔室中的液体施加的压力的驱动装置;驱动装置的端部与其相连且不与振动板相连的支承基底;以及在与液体腔室的隔板相应的位置处连接支承基底和振动板的支承件,其中,振动板包括薄部和厚部,且薄部的区域被厚部分隔成两个不相连的薄部,驱动装置与该厚部接触。
根据本发明,能够提高液体腔室的刚性和提高液滴喷射的可控制性,因此扩散可以减少,且可以实现稳定的液滴喷射性能。
厚部可以向一侧凸出,在此接触面对液体腔室的驱动装置。
根据本发明,防止阻塞液体腔室一侧的液体流动。
厚部可以沿液体腔室的长侧方向设置。
根据本发明,能够提高液体腔室的刚性,且较好地控制振动板的位移量。
其区域可以被厚部分隔的薄部沿液体腔室的长侧方向具有长而狭窄的结构。
根据本发明,能够较好地控制振动板的位移量。
液体腔室长侧方向的薄部的长度可以比在液体腔室长侧方向上的与厚部接触的驱动装置的长度长。
根据本发明,能够控制由于厚部和驱动装置的接触位置间隙而产生的性能改变,因此能够较好地控制振动板的位移量。
薄部的区域可以形成在与厚部相对称的位置。
根据本发明,可防止液体腔室内部的压力变化的偏差,从而能够防止相互干扰。
被薄部围绕的振动板的厚部可以具有基本上恒定的厚度。
根据本发明,能够减小制造成本,并获得较高的精度。
驱动装置可以包括一压电元件,其沿振动板法向的位移是在垂直于堆叠方向。
根据本发明,能够以高速驱动液滴喷射头。
压电元件可以具有这样一种结构,其中多个压电元件层和电极层叠置,液体腔室的长侧方向的端部可以具有一非活动区域,在该区域不产生电场,且其面对液体腔室的间壁且与其接触。
根据本发明,能够控制由于接触位置间隙而产生的性能的变化。
压电元件的非活动区域可以面对液体腔室长侧方向两端的间壁并与其接触。
根据本发明,通过具有作为振动板和基板的支承元件的非活动区域,能够提高整个液滴喷射头的刚性。
压电元件的活动区域可以不存在于面对液体腔室长侧方向两端的间壁的区域中。
根据本发明,防止振动使间壁产生不必要的位移,从而避免压电元件位移效率的降低。
压电元件的非活动区域可以存在于面对振动板的驱动区域的区域上。
根据本发明,能够防止在接触的精确时间限制位置间隙的性能的分散。
压电元件可以具有一种结构,其中沿液体腔室的长侧方向的长度,在压电元件的端部与振动板接触的位置比沿液体腔室长侧方向的长度短。
根据本发明,能够通过增加液体腔室在相应于环绕压电元件的与振动板接触的位置的部分的厚度,使该厚度比厚部的厚度还大,从而进一步提高头的刚性。
压电元件可以具有一种结构,其中压电元件在沿液体腔室的长侧方向上的该压电元件与振动板接触的位置的长度比振动板沿液体腔室的长侧的厚部的长度短。
根据本发明,能够使压电元件与厚部精确接触。
该压电元件可以具有一种结构,其中压电元件的沿液体腔室的短侧方向在压电元件与振动板接触的位置的长度比振动板沿液体腔室的短侧方向的厚部的长度较长。
根据本发明,能够减小由于在接触时的定位间隙所引起的分散。
振动板的厚部可以包括与驱动装置接触的第一厚部,和与薄部具有不同厚度的第二厚部,该部分与第一厚部和液体腔室的间壁接触。
根据本发明,能够减小压电元件不发生接触部分的刚性,并提高整个液体腔室的刚性。
上述目的也可以通过这样一种喷墨记录装置来实现,该喷墨记录装置包括:喷射墨滴的喷墨头,该喷墨头包括喷射墨滴的喷嘴,与喷嘴连通的液体腔室,形成液体腔室的至少一部分壁表面的振动板,通过与振动板接触产生压力对液体腔室中的墨水施加压力的驱动装置,与驱动装置的端部相连而不与振动板相连的支承基底,支承基底和振动板之间的且位于与液体腔室的间壁相应位置处的间隙,其中振动板包括一薄部和一厚部,所述薄部的区域由厚部分隔成两个不相连的部分,所述厚部与驱动装置接触。
根据本发明,能够稳定地记录具有高画质的图像。
通过下文的详细说明,并参照附图,本发明的其它目的,特征和特点将变得更加清楚。
附图说明
图1为沿传统技术的喷墨头的液体腔室的长侧方向的截面图;图2为沿传统技术的喷墨头的液体腔室的短侧方向的截面图;图3为传统喷墨头的透视图;图4为图3所示部分的放大图;图5为传统喷墨头的另一个示例的振动板的透视图;图6为传统喷墨头的示意性透视图;图7为本发明液滴喷射头的第一实施例的喷墨头的分解透视图;图8为沿本发明液滴喷射头第一实施例的喷墨头体腔室长侧方向的截面图;图9为图2所示的部分放大图;图10为沿本发明液滴喷射头第一实施例的喷墨头液体腔室短侧方向的截面图;图11为本发明液滴喷射头第一实施例的喷墨头的部分放大透视图;图12为本发明液滴喷射头的一部分的放大透视图;图13为如图6所示情况的本发明液滴喷射头一部分的放大透视图;图14为本发明液滴喷射头一部分的示意性放大透视图;图15为一视图,示出了本发明液滴喷射头的模拟试验结果;
图16为一视图,示出了图6所示情况的本发明液滴喷射头的模拟试验的附加结构;图17为用于解释压电元件和液体腔室长侧方向的厚部长度的示意性截面图;图18为在压电元件没有连接的最初状态中,从受压液体腔室的振动板的方向观察的示意性透视图;图19为沿本发明第三实施例液体腔室的长侧方向的一部分的放大示意性截面图;图20为沿本发明第四实施例液体腔室的长侧方向的喷墨头的示意性截面图;图21为沿本发明第五实施例液体腔室的长侧方向的喷墨头的示意性截面图;图22为沿本发明第六实施例液体腔室的长侧方向的喷墨头的示意性截面图;图23为沿如图6所示第六实施例情况的液体腔室的长侧方向的喷墨头的示意性截面图;图24为在压电元件没有连接的最初状态中,从受压液体腔室的振动板的方向观察的示意性透视图;图25为与本发明第八实施例的喷墨头相接合的墨盒的透视图;图26为安装有本发明喷墨头的喷墨记录装置透视图;图27为安装有本发明喷墨头的喷墨记录装置的机构部分的截面图。
具体实施方式
参照本发明的实施例的附图7到27,将给出说明。
首先,将参照附图7到11对本发明第一实施例进行说明。图7为本发明液体喷射头第一实施例的喷墨头的分解透视图。图8为沿本发明液体喷射头第一实施例的喷墨头的液体腔室的长侧方向的截面图。图9为图2所示部分的放大图。图10为沿本发明液体喷射头第一实施例的喷墨头的液体腔室的短侧方向的截面图。图11为本发明液体喷射头第一实施例的喷墨头的部分放大透视图。
喷墨头包括通道形成基底(液体基底)、振动板2和喷嘴板3。通道形成基底(液体基底)1由单晶硅基底构成。振动板2连接到通道形成基底(液体基底)1的下表面上。喷嘴板3连接到通道形成基底(液体基底)1的上表面上。作为连接到喷射墨滴的喷嘴5的通道(墨液腔室)的受压液体腔室6,和通过墨水供应通道7将墨水供应到受压液体腔室6的作为液体阻滞部分的公共液体腔室8,由通道形成基底1、振动板2和喷嘴板3构成。
作为驱动装置的堆叠型压电元件12连接到与各受压液体腔室6相应的振动板2的外表面。该堆叠型压电元件12通过连接到基板13而固定。
供墨口形成元件14连接到基板13,且处于基板13的压电元件12的边线之间的中心区域。或者,如图8所示,垫板元件14-1围绕压电元件12的边线连接到基板13。垫板元件14-1也作为供墨口形成元件。
通过蚀刻基板13,供墨口形成元件14可与基板13一体形成。
压电元件12由压电材料层和内部电极相互堆叠制成。这种情况下,可利用沿垂直于堆叠方向、即压电元件12的压电方向的位移对受压液体腔室6中的墨水施加压力。或者,利用沿平行于堆叠方向、即压电元件12的压电方向的位移对受压液体腔室6中的墨水施加压力。
如图8所示的情况下,利用沿垂直于堆叠方向、即压电元件12的压电方向的位移对受压液体腔室6中的墨水施加压力。或者利用沿平行于堆叠方向即压电元件12的压电方向的位移对受压液体腔室6中的墨水施加压力。
通过在基板13和供墨口形成元件14上进行穿孔,形成从外部供应墨水到公共液体腔室8的供墨口9。
通道形成基底1的外围部分和振动板2的下表面侧外边部分粘接到由环氧基树脂或聚苯硫注塑形成的头部框架17。该头部框架17和基底13彼此通过粘合剂固定在一起,如图1-7所示。该头部框架17可分成两部分或包括一部分。
为了提供驱动信号,利用焊接、ACF(各向异性导电薄膜)连接、或引线接合法,FPC电缆18与压电元件12连接起来。驱动电路(驱动IC)19安装在FPC电缆18上,以便分别对各压电元件12施加驱动波。
利用碱性蚀刻液例如氢氧化钾水溶液(KOH)对晶体表面方向(110)的单晶基底进行各向异性蚀刻,作为各受压液体腔室6的穿孔,作为供墨通道7的凹槽部和作为公共液体腔室的穿孔形成在通道形成基底1上。这种情况下,各公共液体腔室6由间壁20分隔。
振动板2由例如镍的金属板制成。振动板2也可以由树脂元件制成或树脂元件和金属元件的堆叠元件制成。在如图8所示的情况中,振动板2由镍金属板通过电铸方法形成。振动板2可以由树脂元件制成或由树脂和镍之外的其它金属元件的堆叠元件制成。
薄部21和接触压电元件12的中心厚部22设置在与该振动板2的受压液体腔室6对应的部分。周围厚部23对应于间壁20设置。周围厚部23的平面侧与通道形成基底1相粘接,且周围厚部23与头部框架17相粘接。
不设置支承元件,但在与振动板2的液体腔室间壁20(每个受压液体腔室6之间的间壁20)对应的周围厚部23和基底13之间存在间隙。因此,受压液体腔室6即间壁20、喷嘴板3、振动板2的刚性变高,且各连接部件的强度足够大,以便保持上述受压液体腔室6的刚性,并保证由于压电元件12的位移而导致的振动板2的中心厚部22的有效位移。
如图13所示,支承元件25设置在与振动板2的液体腔室间壁20相应的周围厚部23和基底13之间。因此,振动板2和基底13通过压电元件12和支承元件25连接起来,因此,受压液体腔室6的刚性可保持,且由于压电元件12的位移,振动板2的中心厚部22的有效位移可以保证。支承元件25可以具有与压电元件12相同的结构。
喷嘴板3具有喷嘴5,该喷嘴具有与各受压液体腔室6相应的10μm到30μm的直径,并粘结到通道形成基底1。对于喷嘴板3,可以使用一种金属例如不锈钢或镍,或该金属和树脂例如聚酰亚胺树脂薄膜、硅及其组合物的混合物。利用已知方法,例如防水涂布,可以在喷嘴表面(沿喷射方向的表面:喷射表面)上形成镀膜或防水薄膜,以便排斥墨水。一种密封材料26填充在喷嘴板3和头部框架17之间。所述密封元件26也用作粘合剂。
在上述喷墨头中,从20到50V的驱动脉冲电压有选择地施加在压电元件12上,因此,压电元件12沿堆叠方向(在该示例中为垂直于堆叠方向)设置,且振动板2沿喷嘴板5的方向设置。因此,通过改变受压液体腔室6的容量/体积,对受压液体腔室6中的墨水施加压力,从而墨滴从喷嘴5中喷出。
由于墨滴的喷射,受压液体腔室6中的液体压力减小。在这种情况中由于墨水的惯性,会在受压液体腔室6中产生微小的负压。在这种情况下,通过切断对压电元件12施加的电压,振动板2返回到最初位置,受压液体腔室6具有产生负压的基本结构。从而,墨水从供墨口9穿过公共液体腔室8和作为液体阻滞部分的供墨通道7充满受压液体腔室6。在喷嘴5的墨水弯月面的振动衰减并稳定之后,再一次对压电元件12施加脉冲电压,以便喷射下一滴墨水,从而喷射墨滴。
在此,将参照附图14描述上述喷墨头中的振动板2的详细结构。附图14为喷射墨滴的压电元件12的接触部分的示意性透视图。
振动板2包括薄部21,中心厚部22和环绕部23。薄部21的区域由与压电元件12接触(在该实施例中为“连接”)的中心厚部22分隔,从而形成两个薄部21。
中心厚部22沿受压液体腔室6(液体腔室的长侧方向)的长侧方向形成。每个薄部21设置在关于中心厚部22对称的位置,且具有沿受压液体腔室6长侧的长且窄的结构。因此,驱动时的受压液体腔室6中的压力变化变得对称,从而能够防止相互干扰。
周围厚部23用于分隔具有薄部21和中心厚部22的各受压液体腔室6。中心厚部22以及环绕该中心厚部22的周围厚部23的厚度是这样设定的,使得中心厚部22的厚度小于环绕该中心厚部22的中心厚部23的厚度。
压电元件12连接到振动板2的中心厚部22,从而从驱动IC发出驱动信号。因此,压电元件12产生膨胀和收缩,且通过适当控制受压液体腔室6的内部压力来喷射墨滴。由于压电元件12的位移施加到中心厚部22的位移,就效率的降低进行数值模拟。
在该模拟中使用四种类型的示例,其不同之处仅在于与压电元件接触的中心厚部的结构。即,如图15所示,在该模拟中使用以下示例:在本发明该实施例中,薄部在中心厚部被分隔;在比较例1(见图6)中,传统厚部具有岛状凸部;在比较例2中,厚部具有岛状且宽度较窄的凸部;在比较例3中,厚部具有岛状且宽度更窄的凸部。
在如图8所示的情况中,如图16所示,在该模拟中使用四种类型的示例,其中不同之处仅在于与压电元件接触的中心厚部的结构。即,在该模拟中使用的是:在本发明该实施例中,薄部在中心厚部被分隔;在比较例1(见图6)中,传统厚部具有岛状凸部;在比较例2中,薄部具有岛状且宽度较窄的凸部;在比较例3中,厚部具有岛状且宽度较宽的凸部。
图15和16中的评价项目为在受压液体腔室6中产生的压力的最大值和喷嘴板(喷嘴板3)的位移的最大值。这是因为,当振动板2的刚性过大时,由于受压液体腔室6的内部压力的增加变小的同时,整个受压液体腔室6产生位移,喷嘴板3有可能会移动。
上述评价的结果在图15和16中示出,在图15和16中,根据与比较例1的结果相比较的给定值表示在水平轴上,该比较例1具有传统岛状结构的凸部。该水平轴示出大于100,表示性能提高了。
根据如图15和16示出的评价结果,在该实施例中受压液体腔室6的内部压力有效地增加了。由于喷嘴板3的位移的给定值小于100,与具有岛状的凸部的厚部相比较,位移量较大。然而,没有问题,因为喷嘴板3的位移小于20%。在数值模拟中,由于通过驱动压电元件进行瞬时反应分析,基于时间变化的受压液体腔室的内部压力的变化也被评价,关于较大的相变和压力变化量,没有特定的不同点。
因此,一种情况是压电元件12与振动板2接触的接触部分制作得较厚,环绕接触部分的不是由薄部环绕的岛状凸部。在薄部21被沿受压液体腔室6的长侧方向形成的厚部22分隔的部分能够获得良好的墨滴喷射速度和喷射量的性能。
与传统的岛状凸部相比较有以下优点。即,根据本发明,随着厚部区域的增加,能够控制振动板的位移量。因此,能够通过增加受压液体腔室的刚性来改善液滴喷射的控制。此外,由于不形成岛状凸部,因此能够根据凸部的精确测量来控制受压液体腔室的容积位移量,从而能够降低性能的分散。
图17为示意性截面图,用于说明压电元件和沿液体腔室的长侧方向的厚部的长度。如图17所示,由于形成在振动板2中的薄部21的区域较小,因此,受压液体腔室6的刚性变高。因此,固有频率较大,从而能够以较高频率驱动。此外,受压液体腔室6的内部压力可以精确地随着压电元件12的驱动位移变化,从而能够控制受压液体腔室6的内部压力,即以高精度喷射墨滴。特别是,在喷嘴5设置在受压液体腔室6的端部的情况下,恰好位于喷嘴5下方的刚性振动板2的刚性可以提高,这是因为周围厚部23的存在。
对于喷墨头,最好是具有较高的刚性,以避免来自喷墨头外部的不必要的力(如在打印时的振动)对除了由压电元件驱动的部分之外的其它部分产生影响。因此,对于周围厚部23的除了与压电元件12接触的部分(中心厚部22)之外的其它部分最好是具有较大的厚度。
在这种情况下,如图17所示,沿液体腔室的长侧方向,在压电元件12与振动板2接触的端部的长度Lp小于沿液体腔室长侧方向,在与压电元件12接触的振动板2的中心厚部22的部分的长度Ls。
此外,在振动板2的中心厚部22的连接时刻可能发生定位间隙。为了设法适合上述间隙,如图17所示,沿液体腔室的长侧方向,在压电元件12与振动板2接触的端部的长度Lp制作得小于沿液体腔室长侧方向,在与压电元件12接触的振动板2的中心厚部22的部分的长度Ls。即,沿液体腔室的长侧方向的薄部21的长度比压电元件12的长度长。因此,即使在振动板2与压电元件12接触的中心厚部22的位置右侧或左侧存在间隙,也能够提供一个区域,在该区域中振动板2的中心厚部22与压电元件12恒定接触,从而控制性能的分散变化。
此外,液体腔室长侧方向的与压电元件12接触的部分的中心厚部22的长度比受压液体腔室6在长侧方向的长度短。因此,中心厚部22的厚度大于周围厚部23,从而喷墨头的刚性提高。因此,抵抗来自外部的振动的容许性能提高,从而可以获得高质量的液滴喷射头。
在如下情况中,即,压电元件12的端部与振动板的厚部接触的部分被粘合剂连接,且类似传统技术,厚部具有岛状凸部的结构,如果一些粘合剂从所述部分流出,所述粘合剂流到周围且可能侵入薄部的区域。另一方面,根据本发明,中心厚部区域22的与压电元件12接触的区域比压电元件12的长且窄。从压电元件12的端部与振动板的厚部接触的部分流出的粘合剂沿中心厚部22的长侧方向流动,从而防止粘合剂流到薄部21。
另一方面,受压液体腔室6的容量变化量根据压电元件12的位移量和压电元件12的长度确定,该变化量是喷墨量的一个重要因素。在如下情况中,即压电元件12与振动板2接触的部分是岛状凸部,该凸部的长度是重要的。如果支承元件不设置在分隔相邻受压液体腔室6的间壁(液体腔室间壁)20面对且连接基底13和振动板2的位置,从而形成间隙,且仅设置有压电元件12,优选的是使用树脂作为振动板2的材料,从而为振动板2提供刚性还提供压电元件12的位移量。然而,如果振动板2由树脂形成,就难于以高精度形成岛状凸部的长度。
另一方面,如果支承元件不设置在分隔相邻受压液体腔室6的间壁(液体腔室间壁)20面对且连接基底13和振动板2的位置,从而形成间隙,且仅有压电元件12设置,振动板2由树脂材料制成,岛状凸部不设置在振动板2中,从而可以容易地得到理想的性能分散较小的喷墨头。
接下来,本发明第二实施例将参照附图18进行说明。附图18为处于压电元件没有被连接的最初状态下,沿受压液体腔室的振动板的方向观察的示意性透视图。在第二实施例的喷墨头中,薄部21、中心厚部22和环绕部23形成在振动板2中,也形成在第一实施例的喷墨头中。然而,第二实施例的喷墨头与第一实施例的喷墨头不同之处在于:分隔薄部21的中心厚部22的厚度与以各个沟道分隔的周围厚部23的厚度相同。
在上述结构的条件下,振动板2仅具有两种部分,即薄部(薄部21)和厚部,因此制造过程可以简化,且降低了成本,提高制造的精度。
在本发明第二实施例的喷墨头和第一实施例的喷墨头中,压电元件12连接到中心厚部22,且压电元件12膨胀和收缩,从而适当地控制受压液体腔室6的内部压力,从而喷射墨滴。由于压电元件12的位移使中心厚部22移动,因此在中心厚部22的刚性较低(即中心厚部22较薄)的情况下,压电元件12的效率得以提高。然而,如果中心厚部22的厚度较小,周围厚部23的厚度可能变得较薄,从而整个头的刚性变小。然而,由于振动板2连接到通道形成基底1或头部框架17(图18未示出),可以通过使连接部分较硬来防止整个头部刚性的降低。
驱动压电元件12,从而振动板2增加或降低受压液体腔室6的内部压力。因此,基底13和振动板2之间的距离可以扩大和缩小。由于最好是以低电压驱动,因此优选的是使用一种堆叠式压电元件,其中多个压电材料层和电极材料层相互堆叠。在这种情况下,上述作用和效果可以通过使用平行于堆叠方向或垂直于堆叠方向作为压电方向来实现。
使用垂直于堆叠方向的位移的本发明第三实施例将参照图19来说明。图19为沿本发明第三实施例的液体腔室长侧方向一部分的放大示意性截面图。喷墨头的压电元件32为一种堆叠式压电元件,其中压电层33和电极层(内部电极)34彼此相互堆叠。内部电极33相互地从相对端面拉出。在压电元件32中,放置在内部电极34之间的压电层33的区域为一活动区域35,在该区域产生一电场,从而产生位移。电极34沿液体腔室的长侧方向设置在压电元件32的一端,而不设置在另一端。因此,即使电压施加在两端,位移也不在两端都产生。也就是说,两端都是非活动区域36。
其中使用垂直于堆叠方向的位移的压电元件32的非活动区域36中的一个设置在与分隔受压液体腔室6的间壁20(包括外壁部分)面对的位置。在这种情况下,或者压电元件32的长度Lp较长,或者中心厚部22的长度Ls较长。活动区域35中的非活动区域36附近的压电元件32的位移较小。因此,利用间壁20不会影响压电元件32的控制。
这样,利用间壁20对压电元件32的一个非活动区域36进行控制。因此,即使在压电元件32与振动板2连接时产生定位间隙,振动板2的位移区域中的间隙也会变小,从而性能的分散可以控制。
本发明第四实施例将参照图20进行说明。图20为沿本发明第四实施例的液体腔室长侧方向的喷墨头的示意性截面图。
压电元件32的各非活动区域36布置在与分隔受压液体腔室6的间壁20(包括外壁部分)面对的位置。在这种情况下,压电元件32的长度Lp比中心厚部22的长度Ls长。在活动区域35中的非活动区域36附近的压电元件32的位移较小。因此,利用间壁20不会影响压电元件32的控制。相反地,压电元件32的非活动区域36用作连接基板13和振动板2的支承元件,从而通道形成基底1牢牢地固定,从而整个喷墨头的刚性得以提高。
如果压电元件32的活动区域35不存在于在长侧方向两侧与分隔受压液体腔室6的间壁20面对的位置,那么在驱动压电元件32时,间壁20不接收位移。因此,不必要的振动位移不会在受压液体腔室6产生,从而压电元件32的位移效率不会受到防碍。
本发明第五实施例将参照图21进行说明。图21为沿本发明第五实施例的液体腔室长侧方向的喷墨头的示意性截面图。
在本发明第五实施例的喷墨头中,沿活动区域35长侧方向的压电元件32的长度比沿中心厚部22的长侧方向的振动板2的长度短,从而非活动区域36进入与中心厚部22对应的区域。
即,压电元件32的各非活动区域36布置在与分隔受压液体腔室6的间壁20(包括外壁部分)面对的位置。另外,非活动区域36设置在振动板2借助活动区域35的位移而移动的区域。在这种情况下,压电元件32的长度Lp比中心厚部22的长度Ls长。
由于非活动区域36中的压电元件32的位移非常小,压电元件32的非活动区域36用作连接基板13和振动板2的支承元件。因此,能够牢牢地固定通道形成基底1。此外,即使在压电元件32与振动板2接触时,也不会产生定位间隙,在受压液体腔室6长侧内部的压电元件32的活动区域35的尺寸不会改变,从而性能的分散得到控制。
本发明第六实施例将参照图22说明。图22为沿本发明第五实施例的受压液体腔室长侧方向的喷墨头的示意性截面图。这里,图6所示的第六实施例在图23中示出。
参照图22和23,压电元件12与振动板2接触处的受压液体腔室6的短侧方向的长度(宽度)Wp比沿受压液体腔室6短侧方向的中心厚部22的长度(宽度)Ws短。
由于上述结构,如图22所示,即使振动板2的中心厚部23与压电元件12接触的位置在左侧和右侧产生间隙,也能够保证振动板2的中心厚部23与压电元件12恒定接触,从而控制性能的分散。
本方面第七实施例将参照图24进行说明。图24为沿受压液体腔室的振动板的方向观察的示意性透视图,其中处于没有连接压电元件的最初状态。
振动板2包括薄部21、中心厚部41和周围厚部23。本发明第七实施例与第二实施例的不同之处在于下述几点。第一中心厚部42沿受压液体腔室的长侧方向设置,并分隔薄部21。第一中心厚部42与压电元件12接触。中心厚部42包括与周围厚部23连接的第二厚部43。第二厚部43的厚度与薄部21的厚度不同。
本实施例的中心厚部41与传统的岛状凸部的不同点在于:中心厚部41未被具有恒定厚度的薄部21环绕。因此,当压电元件12膨胀或收缩时,在振动板2处产生的最大应力可以通过提供第二厚部43来变小。另外,整个受压液体腔室6的刚性可以在不减小压电元件12效率的情况下保证。
本发明第八实施例将参照图25进行说明。图25为与本发明第八实施例的喷墨头结合使用的墨盒的透视图。在本发明第八实施例中,本发明用于与喷墨头结合的墨盒的头部。墨盒50通过将具有喷嘴和上述各实施例所述的其他元件的喷墨头52与用于给喷墨头52供应墨水的墨盒53结合而形成。
接下来,将参照图26和27描述使用有本发明喷墨头的喷墨记录装置。图26为喷墨记录装置的透视图,其中安装有本发明的喷墨头。图27为喷墨记录装置的机构部分的截面图,该喷墨记录装置中安装有本发明的喷墨头。
该喷墨记录装置包括:记录装置本体部111和打印机构部分112。打印机构部分112置于记录装置本体部111中。可沿主扫描方向移动的滑架、包括安装在滑架上的本发明喷墨头的记录头、用于为记录头供应墨水的墨盒以及其他元件置于打印机构部分112中。能够从前侧装载许多纸张113的供纸盒114(或供纸盘)可拆卸地连接到记录装置本体部111的下部。另外,用于手动供纸的手动供纸盒115可以在记录装置本体部111的下部打开。纸张113从打印机构部分112中的供纸盒114或手动供纸盒115中取出。利用打印机构部分112记录图片,然后排放到连接至记录装置本体部111的后表面侧的排纸托盘116。
在打印机构部分112中,滑架123可滑动地由导向件保持在主扫描方向上,即图25中垂直于纸张的方向。导向件连接到左侧和右侧板(图25中未示出)上。导向件包括主导杆121和副导杆122。在滑架123中,记录头124沿多个喷墨口部分(喷嘴)与主扫描方向交叉的方向配置。喷墨头喷射彩色墨滴,例如黄色、青色、品红和黑色墨滴。记录头124以喷墨方向朝下的状态安装。在滑架123中,为记录头124供应各种颜色墨水的各墨盒125可拆卸地连接。
连接到空气开口部分的通气口设置在墨盒125的上部。为喷墨头供应墨水的供墨口部分设置在墨盒125的下部。借助维持少量负压的多孔体的毛细作用,墨水供给到喷墨头。
虽然在该实施例中用于各种颜色的喷墨头124用作记录头,当也可以使用具有喷射各种颜色墨水的喷嘴的喷墨头。
滑架123的后侧(即,纸架方向的下侧)被主导向杆121可滑动地夹持。另外,滑架123的前侧(即,沿纸架方向上侧)被副导向杆122可滑动地连接。为了使滑架123移动以在主扫描方向上进行扫描,一条计时带130在被主扫描电机127旋转驱动的驱动轮128和从动轮129之间拉伸连接。该定时带130固定在滑架123上,随着主扫描电机127的旋转,滑架向前运动和向后回退。
另一方面,为了传送在记录头124的下面设置的供纸盒114中的纸张113,供纸辊131、摩擦垫132、导向件133、传送辊134、小辊135和头端辊136分别设置在喷墨记录装置中。每张纸113从供纸盒114传送。纸张113由导向件133导向。借助传送辊134的翻转,纸张113被传送。小辊135被推上传送辊134的外表面。传送辊134在纸张113上的推动角度由头端辊136确定。传送辊134被副扫描电机137通过齿轮线旋转驱动。
被对应于滑架123主扫描方向的移动区域的传送辊134推动的纸张113被打印接收元件139接收,该打印接收元件作为沿记录头124的向下方向导向的纸张导向件。在排纸方向旋转驱动以承载纸张113的传送辊141和刺轮142、用于将纸张113传送到纸张排出托盘116的排纸辊143、刺轮144、形成纸张排放路径的导向件145和146设置在打印接收元件139的纸张传送方向的下面。
记录时,基于图像信号驱动记录头124,且移动滑架123。墨水喷射到不移动的纸张113上,从而一条线记录在纸张113上。此后,纸张113移动指定距离,记录下一条线。通过接收记录完成信号或表示纸张113的后端部已经到达记录区的信号,记录操作完成,从而排出纸张113。因此,构成头部124的本发明喷墨头的墨滴喷射的控制能力提高,且能力的改变得到控制,因此能够稳定地记录具有高质量的图像。
用于在记录头124喷射故障时进行恢复的恢复装置147设置在记录区的外侧位置,即滑架123移动方向的右端侧。该恢复装置147包括:盖装置、吸收装置和清洁装置。在等待准备打印时,滑架123移动到恢复装置147的一侧。记录头124被盖装置盖上。由于墨水干燥的状况所产生的喷射故障可以通过保持喷射口处于潮湿状态来防止。另外,不用于记录的墨水在记录时喷射,从而所有喷射口的墨水粘性保持恒定,从而可以保持稳定的喷射能力。
在发生喷射故障的情况下,喷射口部分(如头部94的喷嘴)被盖装置密封。利用抽吸装置通过一条管道,气泡和墨水从喷射口部分抽出。粘结在喷射口表面的墨水、灰尘等被清洁装置清除,从而喷射故障恢复。另外,被吸收的墨水排到设置在本体下部(图25未示出)的废墨回收器中,从而墨水被吸收并被废墨回收器内部的墨水吸收体保持。
本发明并不限制于这些实施例,然而不脱离本发明范围的情况下可作多种改变。
例如,虽然本发明应用于上述实施例的用作液滴喷射头的喷墨头,然而本发明也可应用于除喷墨头之外的液滴喷射头,例如将液体抗蚀剂作为液滴进行喷射的液滴喷射头,或将DNA试验材料作为液滴进行喷射的液滴喷射头。
此外,虽然本发明应用于侧喷射型头部(side shooter type head),其中振动板的位移方向与上述实施例中的液滴的喷射方向相同;然而本发明也可以应用于边缘喷射型头部(edge shooter type head),其中振动板的位移方向与液滴的喷射方向垂直。
本专利申请文件是基于2001年7月9日申请的日本在先专利申请文件No.2001-208098,和2001年7月9日申请的日本在先专利申请文件No.2001-208276,上述文件的全部内容周作本文的参考。

Claims (34)

1.一种液滴喷射头,包括:喷射液滴的喷嘴;与喷嘴连通的液体腔室;构成液体腔室至少一部分的壁表面的振动板;通过与振动板接触产生对液体腔室中的液体施压的压力的驱动装置;支承基底,其与驱动装置的端部相连,而不与振动板相连;和间隙,其位于支承基底和振动板之间在与液体腔室的间壁对应的位置,其特征在于,所述振动板包括薄部和厚部,所述薄部的区域被与驱动装置接触的厚部分隔成两个不相连的薄部。
2.如权利要求1所述的液滴喷射头,其特征在于,所述厚部伸向与液体腔室面对的驱动装置所接触的那一侧。
3.如权利要求2所述的液滴喷射头,其特征在于,所述厚部沿液体腔室的长侧方向设置。
4.如权利要求3所述的液滴喷射头,其特征在于,其区域被厚部分隔的薄部具有沿液体腔室长侧方向的长且窄的结构。
5.如权利要求1所述的液滴喷射头,其特征在于,液体腔室长侧方向的薄部的长度比在液体腔室长侧方向与厚部接触的驱动装置的长度长。
6.如权利要求1所述的液滴喷射头,其特征在于,所述薄部的区域形成在相对于厚部对称的位置上。
7.如权利要求1所述的液滴喷射头,其特征在于,被所述薄部环绕的振动板的厚部具有恒定的厚度。
8.如权利要求1所述的液滴喷射头,其特征在于,所述驱动装置包括一压电元件,所述压电元件由压电材料层和内部电极相互堆叠制成,而且所述压电元件在振动板法向的位移是在垂直于堆叠方向上。
9.如权利要求8所述的液滴喷射头,其特征在于,所述压电元件具有这样一种结构,其中多层压电元件和电极层堆叠在一起,且液体腔室沿长侧方向的端部具有非活动区域,在该区域中不产生电场,且该区域与液体腔室的间壁面对且接触。
10.如权利要求9所述的液滴喷射头,其特征在于,压电元件的所述非活动区域与间壁的沿液体腔室长侧方向的两端面对且接触。
11.如权利要求9所述的液滴喷射头,其特征在于,所述压电元件的活动区域不存在于沿液体腔室长侧方向面对间壁两端的区域中。
12.如权利要求11所述的液滴喷射头,其特征在于,所述压电元件的非活动区域存在于面对振动板的驱动区域的区域中。
13.如权利要求8所述的液滴喷射头,其特征在于,所述压电元件具有这样一种结构,其中液体腔室沿长侧方向的在压电元件端部与振动板接触位置的长度比液体腔室长侧方向的长度短。
14.如权利要求13所述的液滴喷射头,其特征在于,所述压电元件具有这样一种结构,其中压电元件沿液体腔室长侧方向的且位于压电元件与振动板接触位置的长度比沿液体腔室长侧方向的振动板的厚部的长度短。
15.如权利要求1所述的液滴喷射头,其特征在于,压电元件具有这样一种结构,其中压电元件沿液体腔室短侧方向的且位于压电元件与振动板接触位置的长度比沿液体腔室短侧方向的振动板的厚部的长度长。
16.如权利要求1所述的液滴喷射头,其特征在于,振动板的厚部包括与驱动装置接触的第一厚部和与薄部具有不同厚度且连接到第一厚部和液体腔室的间壁的第二厚部。
17.一种喷墨记录装置,包括:一喷射墨滴的喷墨头,该喷墨头包括:喷射墨滴的喷嘴;与喷嘴连通的液体腔室;构成液体腔室至少一部分的壁表面的振动板;通过与振动板接触,产生对液体腔室中的液体施压的压力的驱动装置;支承基底,其与驱动装置的端部相连,而不与振动板相连;和间隙,其位于支承基底和振动板之间在与液体腔室的间壁对应的位置,其特征在于,所述振动板包括薄部和厚部,所述薄部的区域被与驱动装置接触的厚部分隔成两个不相连的薄部。
18.一种液滴喷射头,包括:喷射液滴的喷嘴;与喷嘴连通的液体腔室;构成液体腔室至少一部分的壁表面的振动板;通过与振动板接触,产生对液体腔室中的液体施压的压力的驱动装置;支承基底,其与驱动装置的端部相连,而不与振动板相连;和支承元件,其在与液体腔室的间壁相应的位置与支承基底和振动板相连,其特征在于,所述振动板包括薄部和厚部,所述薄部的区域被与驱动装置接触的厚部分隔成两个不相连的薄部。
19.如权利要求18所述的液滴喷射头,其特征在于,所述厚部伸向与液体腔室面对的驱动装置所接触的那一侧。
20.如权利要求19所述的液滴喷射头,其特征在于,所述厚部沿液体腔室的长侧方向设置。
21.如权利要求20所述的液滴喷射头,其特征在于,其区域被厚部分隔的薄部具有沿液体腔室长侧方向的长且窄的结构。
22.如权利要求18所述的液滴喷射头,其特征在于,液体腔室长侧方向的薄部的长度比沿液体腔室长侧方向与厚部接触的驱动装置的长度长。
23.如权利要求18所述的液滴喷射头,其特征在于,所述薄部的区域形成在相对于厚部对称的位置上。
24.如权利要求18所述的液滴喷射头,其特征在于,被所述薄部环绕的振动板的厚部具有恒定的厚度。
25.如权利要求18所述的液滴喷射头,其特征在于,所述驱动装置包括一压电元件,所述压电元件由压电材料层和内部电极相互堆叠制成,而且所述压电元件在振动板法向的位移是在垂直于堆叠方向上。
26.如权利要求25所述的液滴喷射头,其特征在于,所述压电元件具有这样一种结构,其中多层压电元件和电极层堆叠在一起,且液体腔室沿长侧方向的端部具有非活动区域,在该区域中不产生电场,且该区域与液体腔室的间壁面对且接触。
27.如权利要求26所述的液滴喷射头,其特征在于,压电元件的所述非活动区域与间壁的沿液体腔室的长侧方向的两端面对且接触。
28.如权利要求26所述的液滴喷射头,其特征在于,所述压电元件的非活动区域不存在于沿液体腔室长侧方向面对间壁两端的区域中。
29.如权利要求28所述的液滴喷射头,其特征在于,所述压电元件的非活动区域存在于面对振动板的驱动区域的区域中。
30.如权利要求25所述的液滴喷射头,其特征在于,所述压电元件具有这样一种结构,其中液体腔室沿长侧方向的在压电元件端部与振动板接触位置的长度比液体腔室长侧方向的长度短。
31.如权利要求30所述的液滴喷射头,其特征在于,所述压电元件具有这样一种结构,其中压电元件沿液体腔室长侧方向的且位于压电元件与振动板接触位置的长度比沿液体腔室的长侧方向的振动板的厚部的长度短。
32.如权利要求30所述的液滴喷射头,其特征在于,压电元件具有这样一种结构,其中压电元件沿液体腔室短侧方向的且位于压电元件与振动板接触位置的长度比沿液体腔室短侧方向的振动板的厚部的长度长。
33.如权利要求18所述的液滴喷射头,其特征在于,振动板的厚部包括与驱动装置接触的第一厚部和与薄部具有不同厚度且连接到第一厚部和液体腔室的间壁的第二厚部。
34.一种喷墨记录装置,包括:喷射墨滴的喷墨头,该喷墨头包括:喷射墨滴的喷嘴;与喷嘴连通的液体腔室;构成液体腔室至少一部分的壁表面的振动板;通过与振动板接触,产生对液体腔室中的液体施压的压力的驱动装置;支承基底,其与驱动装置的端部相连,而不与振动板相连;和支承元件,其在与液体腔室的间壁相应的位置与基底和振动板相连,其特征在于,所述振动板包括薄部和厚部,所述薄部的区域被与驱动装置接触的厚部分隔成两个不相连的薄部。
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