CN1380186A - 喷墨记录头及使用这种喷墨记录头的喷墨记录设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种喷墨记录头和使用该喷墨记录头的喷墨记录设备,其中:喷射器排列成二维矩阵的方式,降低了每个公共墨水分支通道的所需宽度,提高了喷射器的排列密度。通过层叠并粘合喷嘴板、公共墨水通道板、墨水供应板、连接通道板、压力室板、振动板和压电致动器而形成喷墨记录头。墨水供应板由低硬度的树脂薄膜制成。因为墨水供应板还起到用于多个公共墨水分支通道的空气阻尼器的作用,因此即使在每个公共墨水分支通道被造的很窄的情况下,也可以获得必要的和足够的声容以防止相邻的两个喷射器之间产生串扰。利用这种结构,喷射器的排列密度就能够很高。另外,由于不需要专用于空气阻尼器的板,因此,可以降低板的数量,进而降低制造成本。

Description

喷墨记录头及使用这种喷墨记录头的喷墨记录设备

本发明涉及一种喷墨记录头及使用这种喷墨记录头的喷墨记录设备，通过使墨滴从喷嘴中喷射出来而把字符和图象记录在记录媒体上。

日本专利公开说明书SHO 53-12138和日本专利申请未决公开说明书HEI 10-193587公开了一种按需滴墨型的喷墨记录头。通过在装墨水的压力室中产生压力波(声波)，喷墨记录头就可以把墨水从与压力室相连的喷嘴中喷射出来，使用机电换能器如压电致动器作为压力产生装置。

图1为显示常规喷墨记录头结构的截面图。在图1中，喷嘴52用于喷射墨滴57，墨水供应通道54与压力室51相连，用于通过与墨盒(未显示)相连的公共墨水通道53把墨水提供给压力室51。压力室51的底面上覆盖着振动板55，空气阻尼器58位于公共墨水通道53之上。

为了使墨滴57从与压力室51相连的喷嘴52中喷射出来，要用位于振动板55外部的压电致动器56使振动板55产生机械位移。通过振动板55的这种机械位移来改变压力室51的容积，从而在压力室51中产生压力波(声波)。利用这些压力波，压力室51中的部分墨水便通过喷嘴52喷射出来而变成墨滴57。墨滴57打在记录介质如一张纸上，由此在纸上便形成了由墨滴57形成的记录点。根据所输入的图象数据重复这种过程来形成记录点，字符和图象便被记录在了记录媒体上。

在上述常规的喷墨记录头中，决定其记录速度的参数是喷嘴的数量。喷嘴的数量越多，单位时间内所能形成的点的数量也就越多，记录速度也便增加。为了达到这种要求，在普通型的喷墨记录设备中，使用了一种多喷嘴型记录头，其中多个喷墨机构(喷射器)相连接。这里，喷射器由喷嘴52、压力室51、振动板55、压电致动器56和墨水供应通道54组成。

图2为显示常规多喷嘴型喷墨记录头基本结构的透视图。在图2中，墨盒67通过过滤器66与公共墨水通道63相连，多个压力室61通过墨水供应通道(未显示)与该公共墨水通道63相连，每个压力室61都提供一个喷嘴62。但是，在这种结构中，喷射器68是以一维方式排列，它的最大数目局限于100个左右，这个数量不能再增加很多了。

在日本专利2806386和日本专利申请未决公开说明书HEI 10-508808中，公开了一种为了增加喷嘴的数量、而在其中将喷射器以二维矩阵方式排列的喷墨记录头。在下文中，将这种喷墨记录头称为矩阵头。

图3为显示用于喷墨记录头的常规矩阵头的基本结构的透视图。在图3中，公共墨水通道由公共墨水主通道73和多个公共墨水分支通道78组成，每个公共墨水分支通道78都有6个喷射器与其相连。墨水通过过滤器76从墨盒77提供给公共墨水主通道73。这种矩阵头结构在增加喷射器的数量方面具有很大的优势，这里，每个喷射器都提供压力室71、喷嘴72、部分公共墨水分支通道78，振动板(未显示)和压电致动器(未显示)。在图3中，有6个公共墨水分支通道78，每个公共墨水分支通道78有6个压力室71，因此喷射器的总数为36。例如，当公共墨水分支通道78的数量为26，每个公共墨水分支通道78中设置10个压力室71，在该矩阵头中就能排列260个喷射器。在图3中，Pn显示了相邻的两个喷射器之间的距离，Pc显示了相邻的两个公共墨水分支通道78之间的距离。

图4显示了用于喷墨记录头的常规矩阵头。在图4(a)中，显示了常规矩阵头的截面图，在图4(b)中显示了常规矩阵头的平面图。日本专利申请未决公开说明书HEI 10-508808显示了这种结构。在图4中，墨水通道A81显示了公共墨水分支通道，墨水通道B88显示了公共墨水主通道，墨水通道板89实际上由一个多层板结构形成。在图4中，喷射器由喷嘴82、压力室83、振动板87、压电致动器84和墨水供应通道85组成。

图5为显示用于喷墨记录头的另一种常规矩阵头的截面图。在图5中，除了在图4中所示的结构之外，还提供了空气阻尼板99和空气阻尼器98。在图5中，还进一步显示了公共墨水分支通道91、喷嘴92、压力室93、压电致动器94、墨水供应通道95、喷嘴板96和振动板97。

在上述的矩阵头中，喷射器是以二维矩阵的方式排列，由此具有增加喷嘴(喷射器)数量的优势。但是，为了实现墨水从实际矩阵头的喷嘴中的稳定喷射，必须适当地设计公共墨水通道。图6为用于喷墨记录头的常规矩阵头的等效电路。如图6所示，每个喷射器101都与一个公共墨水分支通道102相连，每个公共墨水分支通道102都与一个公共墨水主通道103相连。因此，为了防止喷射器101之间产生压力波干扰(串扰)，并且也防止增加再充填时间，在很多喷射器101同时喷墨时，有必要在每个公共墨水分支通道102上得到大的声容。这里，再充填时间是在墨滴从喷嘴中喷射出来之后在喷嘴中重新充填墨水的时间。在图6中，“m”为声质量(inertance)Kg/m⁴，“r”为声阻Ns/m⁵，“c”为声容m⁵/N，φ为压力Pa。另外，各个下标的意思如下：“d”为驱动部分，“c”为压力室，“i”为墨水供应通道，“n”为喷嘴，“p”为公共墨水分支通道， “p’”为公共墨水主通道。

根据研究，当设置公共墨水分支通道的声容使其满足条件c_p＞10c_n时，就有可能防止串扰的产生和再充填时间的增加。这里，c_p为每个喷射器的公共墨水分支通道的声容，c_n为一个喷嘴的声容。如果喷嘴的直径被定义为d_n m，墨水的表面张力被定义为σN/m，那么c_n可以通过等式(1)来近似。这里，在下面的公式(1)中，c_n表示为： $C_n=\frac{\mathrm{\π}{d_n}^4}{48\mathrm{\σ}}\…\…\left(1\right)$

对于普通的喷墨记录头，喷嘴的直径d_n为大约30μm，墨水的表面张力σ为大约35mN/m，因此c_n的值为大约1.5×10^-18m⁵/N。因此，有必要把公共墨水分支通道处的声容设置为1.5×10^-17m⁵/N或更高。但是，很难在公共墨水分支通道处获得这样的声容值。

如果公共墨水分支通道壁的硬度很高，那么公共墨水分支通道处的声容c_p如下面的公式(2)所示。公式中，公共墨水分支通道的容积被定义为W_pm³，墨水的弹性模量为κPa，K为依赖于公共墨水分支通道壁的硬度的校正因数，它的值通常为大约0.3到0.7。 $C_p=\frac{W_p}{\mathrm{\κ}\×K}\…\…\left(2\right)$

如果墨水的弹性模量κ为2.2×10⁹Pa，K为0.5，为了使c_p的值为1.5×10^-17m⁵/N或更高，公共墨水分支通道的容量W_p必须为9.9×10^-9m³或更高。如果假定相邻的两个喷射器之间的距离为400μm(图3中的Pn)，公共墨水分支通道的高度为150μm，那么所需要的公共墨水分支通道的宽度为260mm或更高。也就是说，如果公共墨水分支通道壁的硬度很高，那么公共墨水分支通道的宽度就会变得很大。因此就不可能以很高的密度来排列喷射器。

为了增加声容，有必要在公共墨水通道壁的一部分上提供一个空气阻尼器(参照图1中的空气阻尼器58)。但是，没有已公开的把空气阻尼器连接在矩阵头的公共墨水通道上的例子。但是，日本专利申请未决公开说明书SHO 52-49034和HEI 10-24568公开了一种类似于图2所示的多喷嘴型喷墨记录头。如果把它应用于如图4所示的常规矩阵头上，喷嘴板86就由低硬度材料制成，并作为空气阻尼器使用。或者如图5所示，使用这样一种结构：插入一部分为薄厚度的空气阻尼板99，该薄厚度的部分起到空气阻尼器98的作用。

但是，对于图4和图5中所示的为矩阵头的常规喷墨记录头的结构来说，公共墨水分支通道的宽度不可能被设置得足够窄。因此便存在不可能把喷射器的密度排列得很高的问题。下面利用数值来更详细地解释这个问题。

对于图4(a)中所示的常规喷墨记录头的结构来说，喷嘴板86还起到用于墨水通道A81(公共墨水分支通道)的空气阻尼器的作用。如果空气阻尼器的宽度被定义为w_d m，空气阻尼器的厚度被定义为t_dm，空气阻尼器的长度被定义为l_d m，空气阻尼器的弹性模量被定义为E_d Pa，空气阻尼器的泊松比被定义为v_d，那么空气阻尼器的声容c_d可以由公式(3)来近似。这里，在下面的公式(3)中，c_d显示为： $C_d=\frac{l_d{w_d}^5(1-{v_d}^2)}{60E_d{t_d}^3}\…\…\left(3\right)$

从公式(3)应当理解到，空气阻尼器c_d的声容与空气阻尼器的厚度t_d的三次方成反比。因此，为了增加空气阻尼器的声容c_d，需要使空气阻尼器的厚度t_d尽可能的薄。

但是，如上所述，对于图4(a)中所示的常规喷墨记录头的结构而言，喷嘴板86还起到用于墨水通道A81(公共墨水分支通道)的空气阻尼器的作用。因此，当空气阻尼器的厚度降低时，喷嘴82的长度也随之降低。也就是说，空气阻尼器厚度的降低有一定限度。当喷嘴82的长度变短时，随之出现的问题就是，墨滴的喷射方向变得异常，并且在墨滴中会出现捕获的气泡。因此，通常来说，喷嘴82的长度的下限为20到50μm。因此，空气阻尼器的厚度的下限变为20到50μm，为了使公共墨水分支通道c_p的声容为1.5×10^-17m⁵/N或更高，即使是低硬度(Ed＝2.0GPa)的聚酰亚胺薄膜被用于空气阻尼器，公共墨水分支通道的宽度也需要有0.7到1.5mm。因此，相邻的两个公共墨水分支通道之间的距离(图3中所示的Pc)变为1到2mm，并且喷射器的排列密度也不能很高。

对于图4(a)中所示的常规喷墨记录头来说，当只把空气阻尼器的一部分做得很薄时，则不必降低喷嘴82的长度就可以在空气阻尼器处获得很大的声容，但是，由此产生的问题是大大增加了制造成本。

另外，如果硬度很低的一部分露出喷头表面(喷嘴表面)，在擦拭该喷头表面时，在墨水通道中会产生很大的压力变化。因此，存在的问题是会在喷嘴处捕获气泡，并且喷嘴本身也会破裂。

因此，对于图4(a)中所示的常规喷墨记录头的结构来说，只降低空气阻尼器一部分的厚度并不是实际的解决方案，因此很难降低公共墨水分支通道的宽度。因此，也就很难使喷射器的排列密度更高。

对于图5中所示的常规喷墨记录头的结构来说，构成记录头的板的数量增加，由此造成的问题就是制造成本变高。

如果空气阻尼器由金属材料如常规使用的不锈钢制成，那么公共墨水分支通道就需要相当大的宽度。例如，如果空气阻尼板由厚度为15μm的不锈钢(Ed＝197GPa)制成，为了使公共墨水分支通道c_p的声容为1.5×10^-17m⁵/N或更高，公共墨水分支通道需要大约1.8mm的厚度。有可能还会把一层树脂薄膜另外用于空气阻尼板，但是在这种情况下，需要层叠的板的数量会进一步增加，从而会增加喷墨记录头的制造成本。因此，对于图5中所示的结构，所存在的问题是很难制造一种喷射器的排列密度很高而制造成本很低的喷墨记录头。

另外，对于用于喷墨记录头的常规矩阵头而言，所存在的问题是很难获得高的尺寸精度。对于喷墨记录头而言，墨水供应通道的性能如声质量和声阻是影响墨水喷射性能如墨滴的体积和墨滴速度的很重要的参数。因此，喷墨供应通道要求有很高的尺寸精度。

但是，对于图4(a)所示的常规喷墨记录头而言，墨水通道是通过粘合多个板而形成的。通常，对金属板进行蚀刻来形成墨水供应通道，在这种情况下，所存在的问题是墨水供应通道的宽度会出现±5到10μm的离差。

如果利用粘合剂来层叠板，部分粘合剂会从墨水通道中伸出来，由此存在的问题是墨水通道的横截面积变化很大。

如上所述，对于用于喷墨记录头的常规矩阵头的结构而言，墨水供应通道的形状很难有高的精度。结果，从各个喷射器中喷射出的墨滴的体积和喷射速度会出现一些离差，由此而出现的问题就是所输出的图象的质量变差。

另外，对于用于喷墨记录头的常规矩阵头而言，所存在的问题是从压力室排放气泡的能力不高。如上所述，对于喷墨记录头而言，墨滴是通过压力室中产生的压力波的作用而喷射出来的。但是，当压力室中存在气泡时，产生压力的效率就会降低，由此就会降低墨滴的体积和喷射速度，如果剩余气泡的量很大，就不可能喷射出墨滴。因此，对于普通的喷墨记录设备而言，压力室中的气泡是通过把墨水从喷嘴中吸出来而清除的。

但是，矩阵头处压力室底面的长宽比接近于1，并且压力室的横截面积很大。因此，当把墨水吸出去时，很难在压力室中得到高的流动速度。特别是，对于图4中所示的常规矩阵头而言，喷嘴位于压力室的上部的中心部分。因此，所存在的问题是很难释放气泡，因为压力室中墨水的流动很容易停滞。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种喷墨记录头以及使用这种喷墨记录头的喷墨记录设备，它可以实现一种具有很高的喷射器的排列密度并且制造成本也很低的矩阵头。而且，本发明的喷墨记录头和喷墨记录设备在喷墨性能上具有很低的离差，因此适合于高质量的记录。另外，本发明的喷墨记录头和喷墨记录设备具有很高的排出气泡的能力和很高的可靠性。

根据为了实现上述目的的本发明的第一个方面，提供了一种喷墨记录头，它包括多个压力室，这些压力室以一种二维矩阵的方式排列，并且连接到多个墨水供应路线上，这多个墨水供应路线又依次连接到与公共墨水主通道相连的多个公共墨水分支通道上，喷墨记录头从与多个压力室相连的喷嘴中喷射墨滴，利用一种压力产生装置通过在多个压力室中产生压力变化而把墨水通过多个墨水供应路线依次充填入各个压力室中。本喷墨记录头提供有多层板。该多层板至少包括：用于形成喷嘴的喷嘴板，用于形成公共墨水主通道、多个公共墨水分支通道、和把喷嘴与多个压力室依次相连的一部分连接通道的公共墨水通道板，用于形成墨水供应路线和一部分连接通道的墨水供应板，和用于形成多个压力室的压力室板。墨水供应板还起到用于多个公共墨水分支通道的空气阻尼器的作用。

根据本发明的第二个方面，在第一个方面中，墨水供应板由树脂薄膜制成。

根据本发明的第三个方面，在第二个方面中，墨水供应板的厚度为30μm或更小。

根据本发明的第四个方面，在第一个方面中，墨水供应路线为墨水供应板中形成的孔。

根据本发明的第五个方面，在第一个方面中，墨水供应路线是通过对墨水供应板进行激光处理而形成的。

根据本发明的第六个方面，在第一个方面中，喷墨记录头进一步提供了连接通道板，其中形成了一部分连接通道，并且还通过把连接通道板置于墨水供应板和压力室板之间，而在连接通道板面向多个公共墨水分支通道的面上形成凹入部分。

根据本发明的第七个方面，在第六个方面中，凹入部分的形状与多个公共墨水分支通道的形状相匹配。

根据本发明的第八个方面，在第六个方面中，每个凹入部分都通过通道与外部空气相连通。

根据本发明的第九个方面，在第一个方面中，喷嘴板由不锈钢板制成。

根据本发明的第十个方面，在第一个方面中，喷嘴板由树脂薄膜制成。

根据本发明的第十一个方面，在第十个方面中，喷嘴板还起到用于多个公共墨水分支通道的空气阻尼器的作用。

根据本发明的第十二个方面，在第一个方面中，每个公共墨水分支通道都以这样一种状态放置：通过把墨水供应板置于其间，使得每个公共墨水分支通道都在压力室板中形成的一些压力室之上。

根据本发明的第十三个方面，在第十二个方面中，每个公共墨水分支通道的宽度为，在各公共墨水分支通道不位于多个压力室之上的地方宽，在各公共墨水分支通道位于多个压力室之上的地方窄。

根据本发明的第十四个方面，在第一个方面中，每个压力室的角为圆角。

根据本发明的第十五个方面，在第一个方面中，通过对压力室板进行两面蚀刻而使得每个压力室的壁为圆形。

根据本发明的第十六个方面，在第一个方面中，通过对公共墨水通道板进行两面蚀刻而使得每个公共墨水分支通道板的壁为圆形。

根据本发明的第十七个方面，在第六个方面中，通过对连接通道板进行两面蚀刻而使得每个连接通道板的壁为圆形。

根据本发明的第十八个方面，在第一个方面中，每个墨水供应路线位于用于每个压力室的每个喷嘴的相对的一侧。

根据本发明的第十九个方面，提供了一种喷墨记录头。该喷墨记录头提供了：喷嘴板，该喷嘴板为不锈钢板，其中形成了用于喷射墨滴的喷嘴；公共墨水通道板，其中形成了一部分的公共墨水主通道，多个公共墨水分支通道，和一部分的连接通道；墨水供应板，其中形成了墨水供应孔、一部分公共墨水主通道和一部分连接通道；连接通道板，其中形成了一部分主公共通道、一部分连接通道、和凹入部分；压力室板，其中形成了排列成二维矩阵形式的多个压力室。喷嘴板、公共墨水通道板、墨水供应板、连接通道板、和压力室板以上述顺序从上至下层叠于振动板上。墨水通过公共墨水主通道，每个公共墨水分支通道，每个墨水供应孔和每个连接通道被提供给每个压力室。通过由压力产生装置在每个压力室中产生压力变化，每个压力室便可以通过每个连接通道从每个喷嘴中喷射墨滴。墨水供应板由厚度为30μm或小于此值的树脂薄膜制成，它还可以起到用于多个公共墨水分支通道的空气阻尼器的作用，墨水供应孔利用激光处理而形成。通过使凹入部分的形状与多个公共墨水分支通道的形状相匹配，使得凹入部分形成于连接通道板上的与透过墨水供应板的多个公共墨水分支通道相对的面上，并且它还起到用于多个公共墨水分支通道的空气阻尼器的作用，凹入部分与外部空气相连通。每个公共墨水分支通道都以这样一种状态放置：通过把墨水供应板置于其间，使得每个公共墨水分支通道都在压力室板中形成的一些压力室之上。每个公共墨水分支通道的宽度为，在各公共墨水分支通道不位于多个压力室之上的地方宽，在各公共墨水分支通道位于多个压力室之上的地方窄。每个压力室的角为圆角，每个墨水供应孔被置于与用于压力室的每个喷嘴相对的一侧。

根据本发明的第二十个方面，提供了一种喷墨记录头。该喷墨记录头提供了：喷嘴板，该喷嘴板为树脂薄膜，其中形成了用于喷射墨滴的喷嘴；公共墨水通道板，其中形成了一部分的公共墨水主通道、多个公共墨水分支通道、和一部分的连接通道；墨水供应板，其中形成了墨水供应孔，一部分公共墨水主通道和一部分连接通道；连接通道板，其中形成了一部分主公共通道、一部分连接通道、和凹入部分；压力室板，其中形成了排列成二维矩阵形式的多个压力室。喷嘴板、公共墨水通道板、墨水供应板、连接通道板，和压力室板以上述顺序从上至下层叠于振动板上。墨水通过公共墨水主通道、每个公共墨水分支通道、每个墨水供应孔和每个连接通道而被提供给每个压力室。通过由压力产生装置在每个压力室中产生压力变化，每个压力室便可以通过每个连接通道从每个喷嘴中喷射墨滴。墨水供应板由厚度为30μm或小于此值的树脂薄膜制成，它还可以起到用于多个公共墨水分支通道的空气阻尼器的作用，墨水供应孔利用激光处理而形成。通过使凹入部分的形状与多个公共墨水分支通道的形状相匹配，使得凹入部分形成于连接通道板上的与透过墨水供应板的多个公共墨水分支通道相对的面上，并且它还起到用于多个公共墨水分支通道的空气阻尼器的作用，凹入部分与外部空间相连。喷嘴板还可以起到用于多个公共墨水分支通道的空气阻尼器的作用，每个公共墨水分支通道都以这样一种状态放置：通过把墨水供应板置于其间，使得每个公共墨水分支通道都在压力室板中形成的一些压力室之上。每个公共墨水分支通道的宽度为，在其不位于多个压力室之上的地方宽，在其位于多个压力室之上的地方窄。每个压力室的角为圆角，通过对压力室板进行两面蚀刻而使得每个压力室的壁为圆形，通过对公共墨水通道板进行两面蚀刻而使得每个公共墨水分支通道板的壁为圆形，通过对连接通道板进行两面蚀刻而使得每个连接通道板的壁为圆形。每个墨水供应孔被置于与用于压力室的每个喷嘴相对的一侧。

根据本发明的第二十一个方面，提供了一种喷墨记录设备。该喷墨记录设备提供了在第十九个方面所提到的喷墨记录头。

根据本发明的第二十二个方面，提供了一种喷墨记录设备。该喷墨记录设备提供了在第二十个方面所提到的喷墨记录头。

附图说明

本发明的目的和特征在下面结合附图进行详细说明后将会变得更加明白。其中：

图1为显示常规喷墨记录头的结构的截面图；

图2为显示常规多喷嘴型喷墨记录头的基本结构的透视图；

图3为显示用于喷墨记录头的常规矩阵头的基本结构的透视图；

图4显示了用于喷墨记录头的常规矩阵头；

图5为显示用于喷墨记录头的另一种常规矩阵头的截面图；

图6为用于喷墨记录头的常规矩阵头的等效电路；

图7为一透视图，显示了根据本发明第一个实施例的喷墨记录头的板结构；

图8为一截面图，显示了根据本发明的第一个实施例的喷墨记录头中的一个喷射器；

图9为一平面图，显示了图8中所示的喷墨记录头中喷射器的一部分；和

图10为一截面图，显示了根据本发明的第二个实施例的喷墨记录头的结构。

具体实施例

现在将参照附图对本发明的实施例进行详细说明。图7为一透视图，显示了根据本发明第一个实施例的喷墨记录头的板结构。参照图7，对本发明的第一个实施例进行说明。

在图7中，通过把喷嘴板1、公共墨水通道板2、墨水供应板3、连接通道板4、压力室板5和振动板6进行层叠，并用粘合剂粘合，而形成根据本发明的第一个实施例的喷墨记录头中的墨水流动通道。

公共墨水通道由公共墨水主通道7和五个公共墨水分支通道8组成。公共墨水主通道7通过墨水供应孔9与墨盒(未显示)相连，并向五个公共墨水分支通道8提供墨水。五个压力室12与五个公共墨水分支通道8中的每个相连。也就是说，本发明第一个实施例的喷墨记录头提供了25个喷射器。但是，如果有26个公共墨水分支通道8，并且每个公共墨水分支通道8中提供了10个压力室12，那么喷墨记录头可以提供260个喷射器。因此，喷射器的数量并不局限于上面所述的数目。这里，每个喷射器提供了：喷嘴10，公共墨水分支通道8，墨水供应孔11，凹入部分13，压力室12，一部分振动板6和一个压电致动器(未显示)。

图8为一截面图，显示了根据本发明的第一个实施例的喷墨记录头中的喷射器。在图8(a)中，压力室12通过墨水供应孔11与公共墨水分支通道8相连，墨水充填于压力室12中。用于喷射墨滴的喷嘴10通过连接通道15与压力室12相连。压力室12的底面覆盖着振动板6，压电致动器14固定在振动板6的外表面上用做压力产生装置。压电致动器14的数量等于压力室12的数量。当施加了一个激励电压波形时，压电致动器14会弯曲而使得压力室12膨胀或收缩。由此而改变压力室12的容积，并在压力室12中产生压力波。喷嘴10中的墨水被压力波的力所驱动，墨滴就从喷嘴10飞向外部。

根据本发明的第一个实施例，60μm厚的不锈钢板被用于喷嘴板1，通过对喷嘴板1进行压力处理而形成开口直径为25μm的喷嘴10。

墨水供应板3由12.5μm厚的聚酰亚胺薄膜(E_d＝2.0GPa，v_d＝0.4)制成，通过施加受激准分子激光器处理而形成开口直径为26μm的墨水供应孔11。同样连接通道15也在墨水供应板3中形成。墨水供应板3还起到用于公共墨水分支通道8的空气阻尼器的作用。空气阻尼器将在后面进行说明。为了在空气阻尼器处获得大的声容，希望墨水供应板3的厚度为30μm或小于此值。

公共墨水通道板2和连接通道板4由150μm厚的不锈钢板制成，它们的墨水通道图案通过蚀刻形成。通过蚀刻在由150μm厚的不锈钢板制成的压力室板5中形成压力室12。

对于压力室12，它的一个边的长度为约300μm，压力室的形状近似于正方形，其长宽比几乎为1。为了很容易地从压力室12排放气泡，压力室12的角部分都做成圆角。

在连接通道板4中，凹入部分13是通过对面向每个公共墨水分支通道8的部分进行半蚀刻而形成的。当墨水供应板3和连接通道板4被层叠时，这些凹入部分13就成为它们之间的空腔，墨水供应板3通过这些凹入部分13可以起到空气阻尼器的作用。

这里，如图8(b)所示，不需要在连接通道板4中提供凹入部分13，只需另外在墨水供应板3和连接通道板4之间粘附一块板16，就可以获得与凹入部分13几乎相同的结构。但是，作为本发明的第一个实施例，如果通过半蚀刻使得凹入部分13形成于连接通道板4中，那么可以减少组成喷墨记录头的板的数量。另外，在图8(a)中，在凹入部分13处还提供一个连接通道(未显示)，用于把每个凹入部分13与外部空间相连。利用这种结构，凹入部分所形成的空腔中的空气压力总是与外界空气的气压相同。由此，可以改善空气阻尼器的功能，并且在制造喷墨记录头时，板的层叠和粘合过程也会很容易，因为没有需要密封的空间。

如图8(a)所示，公共墨水分支通道8布置于压力室12之上。这种结构与公共墨水分支通道和压力室布置于同一个平面中的结构相比，其公共墨水分支通道8的宽度可以加宽，由此可以实现小尺寸的喷墨记录头。也就是说，根据本发明的第一个实施例，喷射器可以以很高的密度排列。

图9为一平面图，显示了图8中所示的喷墨记录头中喷射器的一部分。在图9(a)中，显示了沿图8(a)中所示的A-A线剖开的平面图。在图9(b)中，显示了沿图8(a)中所示的B-B线剖开的平面图。如图9(a)所示，公共墨水分支通道8在相邻的两个压力室12之间的位置处有最大值W₁，在公共墨水分支通道8位于压力室12之上时具有最小值W₂。也就是说，公共墨水分支通道8的宽度在最小值W₂处变窄。当公共墨水分支通道8具有一个其中一些部分变窄的形状时，公共墨水分支通道8的声容可以变得最大，由此可以实现小尺寸的喷墨记录头，并且喷射器也可以以高密度来排列。如图9(b)所示，凹入部分13也具有一种其中一些部分变窄以配合公共墨水分支通道8的形状的形状。

在根据本发明的第一个实施例的喷墨记录头中，公共墨水分支通道8的最大宽度W₁被设置为420μm，最小宽度W₂被设置为180μm，相邻的两个喷射器的距离Pn被设置为400μm。在公共墨水分支通道8的底面上，布置了低硬度的墨水供应板3，墨水供应板3与公共墨水分支通道8相接触的部分起到空气阻尼器的作用。根据上述的公式(3)可以得到每个喷射器的公共墨水分支通道8的声容c_p(≈c_d)变为1.9×10^-17m⁵/N。喷嘴10的声容c_n为7.3×10^-19m⁵/N(dn＝25μm，σ＝35mN/m)，因此，c_p为26倍的c_n，可以在公共墨水分支通道8处获得足够的声容。根据本发明的第一个实施例，喷嘴板1由60μm厚的不锈钢板(E_d＝197GPa)制成，因此，喷嘴板1很难起到空气阻尼器的作用。这里，喷嘴板1的声容为1.7×10^-21m⁵/N。

振动板6由10μm厚的不锈钢板制成。压电致动器14由30μm厚的单板型压电陶瓷制成。

在根据本发明的第一个实施例的喷墨记录头中，在喷射频率和同时喷射的喷射器数量改变时，对墨滴的体积、墨滴的速度、及再充填时间进行测量。作为测量结果，墨滴体积和墨滴速度的离差在±2％的范围内，再充填时间的离差在±2μs的范围内。因此，进一步证实了可以防止串扰的产生和再充填时间的增加。

如上所述，根据本发明的第一个实施例，墨水供应板3由低硬度的树脂材料制成，并且还起到用于每个公共墨水分支通道8的空气阻尼器的作用。利用这种结构，就能在最大宽度W₁为420μm的公共墨水分支通道8变窄处获得必要和足够的声容。另外，公共墨水分支通道8被布置于压力室12之上，公共墨水分支通道8的形状具有一些窄的部分。因此，相邻的两个公共墨水分支通道8之间的距离Pc能够为大约650μm。这样，就可以把260个喷射器布置于4×17mm²的小区域内，喷射器的密度为图4和图5所示的常规多头的喷射器密度的1.5到3.0倍。

另外，根据本发明的第一个实施例，墨水供应孔11是通过对聚酰亚胺薄膜(墨水供应板3)进行受激准分子激光器处理而形成的，因此就能够获得墨水供应孔11的尺寸精度。也就是说，利用受激准分子激光器处理有可能获得墨水供应孔11的±0.5到1.0μm的精度。即使是用粘合剂将板层叠，也可以在图8中所示的C部分处获得足以突出粘合剂的空间，因此，粘合剂并没有改变墨水供应孔11的横截面积。在根据本发明的第一个实施例的喷墨记录头中，对所有喷射器的墨滴的体积和墨滴速度的离差进行了测量，确定了各个离差为±3％或小于此值。对于图4和图5中所示的常规喷墨记录头而言，其墨滴体积的离差和墨滴速度的离差分别为大约±10％到20％。因此，根据本发明第一个实施例的喷墨记录头的优势在于使得各喷射器的喷墨性能相一致。

根据本发明的第一个实施例，如图8所示，墨水供应孔11被置于用于喷嘴10的压力室12的相对的一侧。由此，在吸取墨水时，压力室12中的墨水流动方向就变为一个方向，压力室12中的墨水停滞就不会产生，就可以大大提高气泡的排出能力。根据充填墨水时的实际测量结果，在200mmHg的吸取压力下只需吸取墨水5秒钟就可以排放掉所有压力室12中的气泡。

对于图4中所示的常规喷墨记录头而言，即使在200mmHg的吸取压力下使吸取时间变得更长一些，也不能排放掉所有剩余的气泡。要在350mmHg的吸取压力下，吸取大约3分钟才可以最终排放掉所有剩余的气泡。

如上所述，在根据本发明的第一个实施例的喷墨记录头中，很容易把墨水供应孔11和喷嘴10置于压力室12的两个对角位置处，因此，可以进一步提高排放气泡的能力。

下面将参照附图对本发明的第二个实施例进行说明。图10为一截面图，显示了根据本发明的第二个实施例的喷墨记录头的结构。第二个实施例的喷墨记录头的基本结构与第一个实施例的喷墨记录头的基本结构相同。但是，根据第二个实施例，喷嘴板1用的是低硬度的树脂薄膜，而不是不锈钢，并且墨水通道壁为圆形。

根据第二个实施例，如果喷嘴板1使用低硬度的材料，那么喷嘴板1还可以起到用于公共墨水分支通道8的空气阻尼器的作用。因此，在公共墨水分支通道8的两个表面(上表面和下表面)上都提供了空气阻尼器，这样就可以更容易地获得公共墨水分支通道8的更大的声容。根据第二个实施例，喷嘴板1使用20μm厚的聚酰亚胺薄膜，然后利用受激准分子激光器处理而形成喷嘴10。

在根据本发明的第二个实施例的喷墨记录头中，公共墨水分支通道8的最大宽度W₁被设置为400μm，最小宽度W₂被设置为180μm。这样可以从底面(墨水供应板3)的空气阻尼器获得1.7×10^-17m⁵/N的声容，从上表面(喷嘴板1)的空气阻尼器获得2.0×10^-18m⁵/N的声容，总共可以获得1.9×10^-17m⁵/N的声容。也就是说，根据第二个实施例，可以通过把最大宽度W₁相对于第一个实施例减小20μm而获得与第一个实施例相同的声容。

另外，根据第二个实施例，由于公共墨水分支通道8的宽度降低，因此相邻的两个公共墨水分支通道8之间的距离便能够为640μm，比第一个实施例的相应距离减小了10μm。因此，与第一个实施例相比，排列喷射器的密度可以增加大约3％。

在根据本发明的第二个实施例的喷墨记录头中，在喷射频率和喷射器的数量在喷射的同时改变时，对墨滴的体积、墨滴的速度、再充填时间进行测量。作为测量结果，墨滴体积和墨滴速度的离差分别在±2％的范围内，再充填时间的离差在±2μs的范围内，这些都与第一个实施例的相应值相同。因此，进一步证实了在公共墨水分支通道8处可以获得足够的声容。

另外，在根据本发明第二个实施例的喷墨记录头中，如图10所示，通过对压力室板5、公共墨水通道板2和连接通道板4进行两面蚀刻，有意识地使得墨水通道壁具有圆形形状。利用这种墨水通道的圆形壁，墨水可以在墨水通道中更顺畅地流动，排放气泡的能力可以得到进一步的提高。根据充填墨水时的实际测量结果，在150mmHg的吸取压力下只需吸取墨水5秒钟就可以排放掉所有压力室12中的气泡。

本发明并不局限于上述的实施例，并且这些实施例在本发明的原理范围内还可以修改。例如，在这些实施例中用压电致动器作为压力产生装置。但是，作为压力产生装置，这些实施例也可以使用其他压力产生装置如：使用静电力或磁力的机电换能器，和利用沸腾现象产生压力的热电能量转换器。作为压电致动器，上述实施例使用的是单板型压电致动器。但是，其他类型的致动器如垂直振动的多层型压电致动器也可以使用。

另外，在本发明的实施例中，使用不锈钢来形成公共墨水通道和压力室，但是，也可以使用其他类型的材料如陶瓷和玻璃来形成公共墨水通道和压力室。

在本发明的实施例中，压力室的形状为正方形或长方形，但是，压力室的形状也可以是圆形或六边形。

在本发明的实施例中，公共墨水分支通道被布置成与喷墨记录头的扫描方向垂直，公共墨水主通道被布置的与喷墨记录头的扫描方向平行。但是，墨水通道的布置方式并不局限于这些实施例。例如，可以把公共墨水分支通道布置得与喷墨记录头的扫描方向平行，而把公共墨水主通道布置得与喷墨记录头的扫描方向垂直。在本发明的实施例中，多个公共墨水分支通道与一个公共墨水主通道相连，但是，公共墨水主通道也可以被划分为多个通道。

另外，在本发明的实施例中，对这样的一种喷墨记录设备进行了说明：其中几种颜色的墨水打在一张记录纸上，由此在这张纸上记录下字符和图象。但是，本发明的喷墨记录设备并不局限于把字符和图象记录在纸上。也就是说，记录介质并不局限于纸，而且打在记录介质的液体也不局限于彩色墨水。例如，显示器用的滤色片可以通过使彩色墨水撞击高分子膜或玻璃而形成，印刷电路板(PCB)上用于安装部件用的焊块可以通过使熔融的焊料打在PCB上而形成。也就是说，本发明可应用于工业上使用的液滴喷射装置。

如上所述，根据本发明，与常规的喷墨记录头中用于公共墨水分支通道的空气阻尼器由喷嘴板或专门的空气阻尼板形成相比，本发明的空气阻尼板由墨水供应板形成。利用这种结构，只需层叠少量的板就可以在公共墨水分支通道处获得很大的声容。就可以以很小的尺寸实现具有很大数量喷射器的矩阵头，并且成本也很低。

另外，根据本发明，墨水供应孔形成于墨水供应板中，因此就可以实现这样一种矩阵头：其中，墨水供应通道保持了很高的尺寸精度，并且喷墨性能的一致性也极好。

另外，根据本发明，墨水供应孔可以布置在用于压力室的喷嘴的相对的一侧，因此可以获得很高的排出气泡的能力，并且还可以实现具有很高可靠性的矩阵头。

尽管参照特定的示例性实施例对本发明进行了描述，但是本发明并不受这些实施例的限制，而只受所附权利要求书的限制。应当意识到，只要不脱离本发明的范围和精神，本技术领域内的普通技术人员可以对这些实施例进行变化和修改。

Claims (22)

1.一种喷墨记录头，具有多个压力室，这些压力室排列成二维矩阵的方式，并且连接到多个墨水供应路线上，这多个墨水供应路线又依次连接到与公共墨水主通道相连的多个公共墨水分支通道上，喷墨记录头从与所述的多个压力室相连的喷嘴中喷射墨滴，利用一种压力产生装置通过在所述的多个压力室中产生压力变化而把墨水通过多个墨水供应路线依次充填入各个压力室中，该喷墨记录头包括：

多层板，其中：

所述多层板至少包括：用于形成所述喷嘴的喷嘴板，用于形成所述公共墨水主通道、所述的多个公共墨水分支通道、和把所述喷嘴与所述多个压力室依次相连的一部分连接通道的公共墨水通道板，用于形成所述墨水供应路线和一部分所述连接通道的墨水供应板，和用于形成所述的多个压力室的压力室板，其中：

所述的墨水供应板还起到用于所述的多个公共墨水分支通道的空气阻尼器的作用。

2.根据权利要求1的喷墨记录头，其特征在于：

所述墨水供应板由树脂薄膜制成。

3.根据权利要求2的喷墨记录头，其特征在于：

所述墨水供应板的厚度为30μm或更小。

4.根据权利要求1的喷墨记录头，其特征在于：

所述墨水供应路线为所述墨水供应板中形成的孔。

5.根据权利要求1的喷墨记录头，其特征在于：

所述墨水供应路线是通过对所述墨水供应板进行激光处理而形成的。

6.根据权利要求1的喷墨记录头，进一步包括：

连接通道板，其中形成了一部分所述的连接通道，并且还通过把所述连接通道板置于所述墨水供应板和所述压力室板之间，而在连接通道板面向所述的多个公共墨水分支通道的面上形成凹入部分。

7.根据权利要求6的喷墨记录头，其特征在于：

所述的凹入部分的形状与所述的多个公共墨水分支通道的形状相匹配。

8.根据权利要求6的喷墨记录头，其特征在于：

每个所述的凹入部分都通过通道与外部空气相连通。

9.根据权利要求1的喷墨记录头，其特征在于：

所述喷嘴板由不锈钢板制成。

10.根据权利要求1的喷墨记录头，其特征在于：

所述喷嘴板由树脂薄膜制成。

11.根据权利要求10的喷墨记录头，其特征在于：

所述喷嘴板还起到用于所述的多个公共墨水分支通道的空气阻尼器的作用。

12.根据权利要求1的喷墨记录头，其特征在于：

每个所述的公共墨水分支通道都以这样一种状态放置：通过把所述的墨水供应板置于其间，使得每个所述的公共墨水分支通道都在所述的压力室板中形成的一些所述的压力室之上。

13.根据权利要求12的喷墨记录头，其特征在于：

每个所述的公共墨水分支通道的宽度为：在每个所述公共墨水分支通道不在所述多个压力室之上的地方宽，而在各所述公共墨水分支通道在所述多个压力室之上的地方窄。

14.根据权利要求1的喷墨记录头，其特征在于：

每个所述的压力室的角都为圆角。

15.根据权利要求1的喷墨记录头，其特征在于：

通过对所述压力室板进行两面蚀刻而使得每个所述的压力室的壁为圆形。

16.根据权利要求1的喷墨记录头，其特征在于：

通过对所述的公共墨水通道板进行两面蚀刻而使得每个所述的公共墨水分支通道板的壁为圆形。

17.根据权利要求6的喷墨记录头，其特征在于：

通过对所述连接通道板进行两面蚀刻而使得每个所述的连接通道板的壁为圆形。

18.根据权利要求1的喷墨记录头，其特征在于：

每个所述的墨水供应路线位于用于每个所述的压力室的每个所述喷嘴的相对一侧。

19.一种喷墨记录头，包括：

喷嘴板，该喷嘴板为不锈钢板，其中形成了用于喷射墨滴的喷嘴；

公共墨水通道板，其中形成了一部分的公共墨水主通道，多个公共墨水分支通道，和一部分的连接通道；

墨水供应板，其中形成了墨水供应孔，一部分所述的公共墨水主通道和一部分所述的连接通道；

连接通道板，其中形成了一部分所述的公共墨水主通道，一部分所述的连接通道，和凹入部分；

压力室板，其中形成了排列成二维矩阵形式的多个压力室，其中：

所述喷嘴板，所述公共墨水通道板，所述墨水供应板，所述连接通道板，和所述压力室板以上述顺序从上至下层叠于振动板上，

通过所述的公共墨水主通道，每个所述的公共墨水分支通道，每个所述的墨水供应孔和每个所述的连接通道，将墨水提供给每个所述的压力室，

通过由压力产生装置在每个所述的压力室中产生压力变化，每个所述的压力室便可以通过每个所述的连接通道从每个所述的喷嘴中喷射墨滴，其中：

所述的墨水供应板由厚度为30μm或小于此值的树脂薄膜制成，它还可以起到用于所述的多个公共墨水分支通道的空气阻尼器的作用，

所述的墨水供应孔利用激光处理而形成，

通过使所述的凹入部分的形状与多个所述的公共墨水分支通道的形状相匹配，使得所述的凹入部分形成于所述连接通道板上的与透过所述墨水供应板的所述多个公共墨水分支通道相对的面上，并且它还起到用于多个所述的公共墨水分支通道的空气阻尼器的作用，所述的凹入部分与外部空气相连通，

每个所述的公共墨水分支通道都以这样一种状态放置：通过把所述的墨水供应板置于其间，使得每个所述的公共墨水分支通道都在所述的压力室板中形成的一些所述压力室之上，

每个所述公共墨水分支通道的宽度为，在每个所述公共墨水分支通道不位于所述的多个压力室之上的地方宽，在每个所述公共墨水分支通道位于所述的多个压力室之上的地方窄，

每个所述的压力室的角为圆角，

每个所述的墨水供应孔被置于与用于所述每个压力室的每个所述的喷嘴相对的一侧。

20.一种喷墨记录头，包括：

喷嘴板，该喷嘴板为树脂薄膜，其中形成了用于喷射墨滴的喷嘴；

公共墨水通道板，其中形成了一部分的公共墨水主通道，多个公共墨水分支通道，和一部分的连接通道；

墨水供应板，其中形成了墨水供应孔，一部分所述的公共墨水主通道和一部分所述的连接通道；

连接通道板，其中形成了一部分所述的公共墨水主通道，一部分所述的连接通道，和凹入部分；

压力室板，其中形成了排列成二维矩阵形式的多个压力室，其中：

所述的喷嘴板，所述的公共墨水通道板，所述的墨水供应板，所述的连接通道板，和所述的压力室板以上述顺序从上至下层叠于振动板上，

通过所述的公共墨水主通道，每个所述的公共墨水分支通道，每个所述的墨水供应孔和每个所述的连接通道，将墨水提供给每个所述的压力室，

通过由压力产生装置在每个所述的压力室中产生压力变化，每个压力室便可以通过每个所述的连接通道从每个所述的喷嘴中喷射墨滴，其中：

所述的墨水供应板由厚度为30μm或小于此值的树脂薄膜制成，它还可以起到用于所述的多个公共墨水分支通道的所述的空气阻尼器的作用，

所述的墨水供应孔利用激光处理而形成，

通过使所述的凹入部分的形状与所述的多个公共墨水分支通道的形状相匹配，使得所述的凹入部分形成于所述的连接通道板上的与透过所述的墨水供应板的所述多个公共墨水分支通道相对的面上，并且它还起到用于所述的多个公共墨水分支通道的所述的空气阻尼器的作用，所述的凹入部分与外部空间相连，

所述的喷嘴板还可以起到用于所述的多个公共墨水分支通道的所述的空气阻尼器的作用，

每个所述的公共墨水分支通道都以这样一种状态放置：通过把所述的墨水供应板置于其间，使得每个所述的公共墨水分支通道都在所述的压力室板中形成的一些所述的压力室之上，

每个所述的公共墨水分支通道的宽度为，在每个所述的公共墨水分支通道不位于所述的多个压力室之上的地方宽，而在每个所述的公共墨水分支通道位于所述的多个压力室之上的地方窄，

每个所述的压力室的角为圆角，

通过对所述的压力室板进行两面蚀刻而使得每个所述的压力室的壁为圆形，

通过对所述的公共墨水通道板进行两面蚀刻而使得每个所述的公共墨水分支通道板的壁为圆形，

通过对所述的连接通道板进行两面蚀刻而使得每个所述的连接通道板的壁为圆形，以及

每个所述的墨水供应孔被置于与用于每个所述压力室的每个所述喷嘴相对的一侧。

21.一种喷墨记录设备，包括：

权利要求19中所述的喷墨记录头。

22.一种喷墨记录设备，包括：

权利要求20中所述的喷墨记录头。

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