CN1498755A - 喷墨头和喷墨记录装置 - Google Patents

Abstract

一种喷墨头和喷墨记录装置，其中，当墨水充填在由一喷嘴(14)和一压力产生腔(16)构成的流道中时，假定流道中墨水的惯量为M、流道中墨水的粘性阻力为R、喷嘴中弯液面的返回力为K，则将墨水的物理性质和流道的形状设定成满足关系式0.2≤γ²/ω²≤1.0，其中，γ＝R/2M。

Description

喷墨头和喷墨记录装置

技术领域

本发明涉及一种按需(on-demand)喷墨头和一种其上装有该喷墨头的喷墨记录装置。

背景技术

已知有这样一种按需喷墨头，它改变压力产生腔中的压力，并从与该压力产生腔相通的喷嘴的开口中喷射出墨滴，其中，墨水是通过向压电元件施加一个电压而充填在该压力产生腔中的。不过，这种类型的喷墨头却难于在提高打印速度的同时提高墨水喷射操作的稳定性。墨水喷射操作的稳定性在此意味着要喷射墨滴的速度变化小或要喷射墨滴的容积小的性质。

为了使墨水喷射操作稳定，需要减小喷嘴中墨水弯液面位置的变化，并且在开始墨水喷射操作时使弯液面位置在喷嘴的开口附近稳定。

另一方面，要喷射墨滴的频率仅是为了提高打印速度而增大的。为了增大要喷射墨滴的驱动频率，需要提高经墨水喷射操作缩回的弯液面返回到初始位置的速度，也就是弯液面返回速度。不过，当弯液面返回速度增加时，随着弯液面的返回，弯液面会因为墨水流的惯量而溢出喷嘴的开口。因此，弯液面位置在喷嘴的开口附近容易不稳定。当在弯液面位置不稳定的状态下开始墨水喷射操作时，喷射速度或喷射容积发生波动，或者在某些情况下出现不喷射墨水的现象，这样就容易失去喷射操作的稳定性。这样一来，就难于既实现弯液面位置的稳定生，又提高弯液面返回速度。

为了解决这些问题，公开有这样一种技术(例如，参见日本专利申请(KOKAI)公开No.2000-117972)，其假定墨水性质与墨水流道形状之间的关系是预定的，最大的驱动频率为10kHz，以便实现目标打印速度，即便在环境温度改变时，弯液面位置的稳定性和弯液面返回速度的提高都可实现。

不过，在该专利参考文献中公开的常规技术中，经本发明人模拟可清楚地认识到，当最大目标驱动频率高于10kHz时，弯液面在很大程度上要溢出。

换句话说，本发明人通过在该常规技术中表示的数值范围内将下列数值用作特征值进行了喷射一个墨滴的模拟操作：

总声质量mT＝9.8×10⁷[kg/m⁴]

总声阻rT＝6.7×10¹²[Ns/m⁵]

墨水的表面张力＝30[mN/m]

当通过这种模拟得到完成墨水喷射操作后弯液面位置的变化时，获得图12中实线P表示的结果。

图12中的弯液面容积位置v(t)是一个用容积来表示弯液面位置的值。如图13A所示，当墨水1的弯液面从喷嘴2的开口2a缩回时，将喷嘴2开口2a中的空气容积Vi假定为弯液面容积位置的负值。此外，如图13B所示，当墨水1的弯液面从喷嘴2的开口2a推进时，将突出于喷嘴2开口2a的墨水容积Vo假定为弯液面容积位置的正值。

在图12中，虚线S1和S2表示弯液面容积位置v(t)的容许范围，其在开始下一个墨水喷射操作时不影响操作稳定性。在通常采用的打印条件的情况下，当容许范围相对于喷射容积为±5％时，可实现喷射稳定性。此时，±5％的范围是以一个本领域的技术人员考虑了不损害图像质量的容许极限的数值范围为基础的。

因此，可从图12中看出，在该常规技术公开的喷墨头中，弯液面在墨水喷射后的溢出量较大，并且直到弯液面的变化落入预定容许范围内的时间，也就是弯液面返回时间较长。这样，就难于在提高喷射墨水的驱动频率的同时保持墨水喷射操作的稳定性。

与此同时，通常将一项连续喷射许多小墨滴的技术称作进行多级打印的技术(例如，参见日本专利申请(KOKAI)公开No.2002-19103)。本发明人将该项技术应用到常规技术中的喷墨头上，并在连续喷放与多级打印中最大点直径相对应的7个墨滴时进行喷射操作的模拟以得到完成墨水喷射操作后弯液面位置上的变化。因此，获得图12中双点划线Q表示的结果。

如图12所示，当连续喷射许多小墨滴时，与仅喷射一个墨滴的情况相比，弯液面返回速度要快一些。这样，弯液面在墨水喷射后的溢出量要比仅喷射一个墨滴的情况显著得多。因此，当连续喷射许多小墨滴以进行多级打印时，就更难减少弯液面返回时间了。

如上所述，在这种类型的传统喷墨头中，难于在提高打印速度即以高驱动频率喷射墨水的同时提高墨水喷射操作的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能提高墨水喷射操作的稳定性及以高驱动频率喷射墨水的喷墨头以及一种其上装有该喷墨头的喷墨记录装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种喷墨头，它包括：多个流道，每个流道由一个喷射墨水的喷嘴和一个与该喷嘴相通的压力产生腔组成；一个公共墨水腔，其向每个流道供应墨水；以及一个驱动器，其使该压力产生腔的容积膨胀/收缩，其特征在于，墨水和流道的物理性质满足关系式

     0.2≤γ²/ω²≤1.0    (γ＝R/2M， $\mathrm{\ω}=\sqrt{K/M},$

其中M是在流道中充填有墨水时墨水在流道中的惯量，R是墨水在流道中的粘性阻力)。

本发明的其它目的和优点将在下面的说明中阐述，并将部分地从该说明中明显地看出或通过实践本发明而有所了解。本发明的目的和优点可通过下文特别指出的手段和组合实现并获得。

附图说明

引入并构成说明书一部分的附图示出了本发明目前优选的实施例，并与上述的一般性说明和下述优选实施例的详细说明一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明第一实施例的喷墨头的纵向剖视图；

图2是沿图1中线I-I的剖视图；

图3是示出图1中喷嘴部分的详图；

图4是示出第一实施例的喷墨记录装置的主要结构的方框图；

图5是示出将一驱动波形施加到第一实施例的喷墨头上的波形图；

图6A-6D是示出第一实施例中γ²/ω²的值与弯液面的返回运动之间关系的视图；

图7是示出墨水粘性与γ²/ω²的值之间关系的视图；

图8是示出γ²/ω²的值与弯液面的返回时间之间关系的视图；

图9是示出将一驱动波形施加到本发明第二实施例的喷墨头上的波形图；

图10是本发明第三实施例的喷墨头的纵向剖视图；

图11是示出图10中孔口部分的详图；

图12是示出传统喷墨头中一弯液面的返回运动的视图；

图13A和13B是说明弯液面容积位置的示意图。

具体实施方式

在下文中，将利用附图描述本发明的实施例。首先，利用图1-6描述本发明的第一实施例。

图1是喷墨头10的纵向剖视图，图2是沿图1中线I-I的剖视图。一个驱动器11固定在该喷墨头10上，该驱动器11是由一个位于基底(未示出)上的压电元件构成的，该压电元件用来使压力腔的容积膨胀/收缩。该驱动器11上装有一块振动板12。一块顶板13固定在该振动板12上。此外，一块形成有许多喷射墨水的喷嘴14的喷嘴板15与顶板13和驱动器11的前端相连。

图3示出了喷嘴14的详图。如图所示，喷嘴14在喷嘴板15的正面和背面分别形成有一个直径为Do的开口和一个直径为Di(Di＞Do)的开口，两开口相通。

在顶板13中，多个以长度Lc、宽度Wc和高度H表示的压力产生腔16相对应于喷嘴板15中的各个喷嘴14而成形。每个压力产生腔16的顶端与各相应喷嘴14的后端相通。此外，一个用来向各压力产生腔16供墨的公共墨水腔17形成在顶板13中，并且各压力产生腔16的后端与该公共墨水腔17相通。一个墨水补充口18形成在该公共墨水腔17中。墨水借助于墨水补充装置(未示出)通过该墨水补充口18供应。

电极19a和19b被设置在驱动器11中。驱动器11是随施加到这些电极19a和19b上的电压而膨胀/收缩的。当驱动器11膨胀/收缩时，压力产生腔16的容积就经由振动板12膨胀/收缩。当压力产生腔16的容积在膨胀之后收缩时，填充在压力产生腔16中的墨水压力就改变，从而使墨滴从喷嘴14中喷射出来。喷嘴14及与之对应的压力产生腔16就形成了供应自公共墨水腔17的墨水的流道。

图4是示出了喷墨记录装置20的主要结构的方框图，该喷墨记录装置20装有具有该结构的喷墨头10。喷墨记录装置20包括一个控制每一部分的打印机控制器21、一个在其内储存来自该打印机控制器21的打印数据的图像存储器22以及一个用来读取储存在该图像存储器22中的打印数据并将它传送给喷墨头驱动电路24的打印数据传送电路23。喷墨头驱动电路24被构造成基于从打印数据传送电路23传送来的打印数据驱动喷墨头10。喷墨头驱动电路24驱动喷墨头10时的驱动波形是由驱动波形控制电路26控制的。驱动波形控制电路26被构造成由打印机控制器21控制。而且，记录介质(未示出)的输送也由打印机控制器21控制。

根据第一实施例，图5示出了施加到喷墨头10上的驱动波形。该驱动波形是由一个膨胀脉冲31和一个收缩脉冲32组成的，膨胀脉冲31用来使喷墨头10的压力产生腔16膨胀，而收缩脉冲32用来使压力产生腔16收缩。当这些脉冲被施加到喷墨头10的电极19a和19b上时，就执行喷射一个墨滴的操作。

在此，膨胀脉冲31的中心与收缩脉冲32的中心之间的时差与墨水的主声共振周期Tc相一致。此外，膨胀脉冲31的脉冲宽度与收缩脉冲32的脉冲宽度之间的比例被调节成使声剩余振动几乎消除。这样一来，墨水喷射操作后弯液面位置的变化就不会因剩余压力振动受到干扰，并且弯液面位置的变化仅仅是由墨水表面张力引起的相对低速的运动。

在装于喷墨记录装置上具有该结构的喷墨头10中，将在下面描述弯液面在喷射墨滴之后直到弯液面返回的运动。

假定时间t的弯液面容积位置为v(t)，下列方程式(1)表示了与v(t)有关的运动方程式：

$M\frac{d^{2}v\left(t\right)}{{\mathrm{dt}}^2}=-\mathrm{Kv}\left(t\right)-R\frac{\mathrm{dv}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}...\left(1\right)$

在此这样假定弯液面容积位置，即，当墨水1的弯液面从喷嘴2的开口2a缩回时，喷嘴2开口2a中空气的容积Vi为弯液面容积位置的负值，而当墨水1的弯液面从喷嘴2的开口2a推进时，与从喷嘴2的开口2a突出的量相等的墨水容积Vo为弯液面容积位置的正值。

在方程式(1)中，M表示流道中墨水的惯量。假定ρ为墨水的密度，Lc为压力产生腔16的长度，Ln为喷嘴14的长度，S(x)为位置x处流道的截面积，M值由下列方程式(2)给定：

$M=\mathrm{\ρ}{\∫}_0^{\mathrm{Lc}+\mathrm{Ln}}\frac{\mathrm{dx}}{S\left(x\right)}$ $...\left(2\right)$

此外，K表示弯液面的返回力，并由下列方程式(3)限定，在方程式(3)中将弯液面容积位置假定为V，将由墨水的表面张力产生于弯液面表面上的压力假定为Ps：

$K=\underset{v\→0}{\lim }\frac{\mathrm{Ps}}{v}...\left(3\right)$

假定墨水的表面张力为σ，弯液面的曲率半径为r，则从下列方程式(4)中计算出压力Ps：

$\mathrm{Ps}=\frac{2\mathrm{\σ}}{r}...\left(4\right)$

假定喷嘴的出口直径为Do，则从下列作为弯液面容积位置v函数的方程式(5)中计算出弯液面的曲率半径r：

$r=\frac{1}{192v}(\sqrt[3]{\frac{\mathrm{\ξ}}{\mathrm{\π}}+\frac{{\mathrm{Do}}^8{\mathrm{\π}}^{7/3}}{\sqrt[3]{\mathrm{\ξ}}}}+{\mathrm{Do}}^4\mathrm{\π})...\left(5\right)$

ξ由下列方程式(6)表达：

$\mathrm{\ξ}={\mathrm{\π}}^4{\mathrm{Do}}^{12}+4608{\mathrm{\π}}^2{v}^2{\mathrm{Do}}^6+2654208v^4$

$+96({\mathrm{\π}}^2\mathrm{vD}{o}^6+1152v^3)\sqrt{{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{Do}}^6+576v^2}...\left(6\right)$

可从上述方程式(3)-(6)将弯液面的返回力K计算为下列方程式(7)：

$K=\frac{384\mathrm{\σ}}{3{\mathrm{\πDo}}^4}...\left(7\right)$

此外，R表示流道中墨水的粘性阻力。假定位置x处每单位流量的粘性压力梯度为r(x)，R值由下列方程式(8)给定：

$R={\∫}_0^{\mathrm{Lc}+\mathrm{Ln}}r\left(x\right)\mathrm{dx}...\left(8\right)$

方程式(2)和(8)的右项是特别针对喷墨头10计算的。首先，在位置x为0至Lc即在流道的压力产生腔16的部分中的范围内由下列方程式(9)表示方程式(2)的右项，而由下列方程式(10)表示方程式(8)的右项：

${\∫}_0^{\mathrm{Lc}}\frac{\mathrm{dx}}{S\left(x\right)}=\frac{\mathrm{Lc}}{\mathrm{WcH}}...\left(9\right)$

${\∫}_0^{\mathrm{Lc}}r\left(x\right)\mathrm{dx}=\frac{12\mathrm{\μLc}}{\mathrm{Wc}{H}^3}...\left(10\right)$

此外，在位置x为Lc-Lc+Ln即在流道的喷嘴14的部分中的范围内由下列方程式(11)表示方程式(2)的右项，而由下列方程式(12)表示方程式(8)的右项：

${\∫}_{\mathrm{Lc}}^{\mathrm{Lc}+\mathrm{Ln}}\frac{\mathrm{dx}}{S\left(x\right)}=\frac{4\mathrm{Ln}}{\mathrm{\πDiDo}}...\left(11\right)$

${\∫}_{\mathrm{Lc}}^{\mathrm{Lc}+\mathrm{Ln}}r\left(x\right)\mathrm{dx}=\frac{128\mathrm{\μ}({\mathrm{Di}}^2+\mathrm{DiDo}+{\mathrm{Do}}^2)\mathrm{Ln}}{3\mathrm{\π}{\left(\mathrm{DiDo}\right)}^3}...\left(12\right)$

可根据上述方程式(9)、(10)、(11)和(12)由下列方程式(13)表示方程式(2)中的墨水惯量M，并由下列方程式(14)表示方程式(8)中的墨水粘性阻力R：

$M=\mathrm{\ρ}(\frac{\mathrm{Lc}}{\mathrm{WcH}}+\frac{4\mathrm{Ln}}{\mathrm{\πDiDo}})...\left(13\right)$

$R=\mathrm{\μ}\{\frac{12\mathrm{Lc}}{\mathrm{Wc}{H}^3}+\frac{128({\mathrm{Di}}^2+\mathrm{DiDo}+{\mathrm{Do}}^2)\mathrm{Ln}}{3\mathrm{\π}{\left(\mathrm{DiDo}\right)}^3}\}...\left(14\right)$

基于以上述方式限定的墨水惯量M、弯液面返回力K以及墨水粘性阻力R，系数ω被限定为下列方程式(15)，而系数γ被限定为下列方程式(16)：

$\mathrm{\ω}\sqrt{\frac{K}{M}}...\left(15\right)$

$\mathrm{\γ}=\frac{R}{2M}...\left(16\right)$

这样，就可由下列方程式(17)表示弯液面运动方程式的上述方程式(1)：

$\frac{d^{2}v\left(t\right)}{{\mathrm{dt}}^2}+2\mathrm{\γ}\frac{\mathrm{dv}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}+{\mathrm{\ω}}^{2}v\left(t\right)=0...\left(17\right)$

该方程式(17)中弯液面容积位置v(t)的解为下列方程式(18)，其中A和B为任意常数：

$v\left(t\right)={\mathrm{Ae}}^{(-\mathrm{\γ}+\sqrt{{\mathrm{\γ}}^2-{\mathrm{\ω}}^2})t}+B{e}^{(-\mathrm{\γ}-\sqrt{{\mathrm{\γ}}^2-{\mathrm{\ω}}^3})t}...\left(18\right)$

根据该方程式(18)，由于弯液面容积位置v(t)在γ²-ω²＜0的情况下获得振动解，可看出弯液面溢出了。

作为γ²-ω²＜0的一个示例，当假定γ²/ω²＝0.1得到在进行喷射一个墨滴的模拟操作时完成墨水喷射操作后弯液面位置的变化时，获得图6A中实线P1所示的结果。此外，作为γ²-ω²＜0的另一个示例，当假定γ²/ω²＝0.5得到在进行相似模拟时完成墨水喷射操作后弯液面位置的变化时，获得图6B中实线P2所示的结果。而且，当假定γ²＝ω²即γ²/ω²＝1.0得到在进行相似模拟时完成墨水喷射操作后弯液面位置的变化时，获得图6C中实线P3所示的结果。另外，作为γ²-ω²＞0的一个示例，当假定γ²/ω²＝2.0得到在进行相似模拟时完成墨水喷射操作后弯液面位置的变化时，获得图6D中实线P4所示的结果。

图6中的虚线S1和S2表示弯液面变化的容许范围，其在墨水喷射操作开始时不影响操作的稳定性，且该范围相对于喷射容积位于±5％内。这是因为，当该容许范围相对于喷射容积位于±5％内时，可在通常使用的打印条件下获得喷射稳定性。

如图6D所示，在γ²-ω²＞0，即γ²/ω²＞1的情况下，弯液面容积位置v(t)处于过阻尼的状态下，并且尽管弯液面并未溢出，弯液面的返回速度也延迟了。此外，如图6A和6B所示，在γ²-ω²＜0，即γ²/ω²＜1的情况下，弯液面容积位置v(t)处于阻尼振动状态下，并且尽管弯液面的返回速度很快，弯液面仍溢出。相反，在γ²＝ω²，即γ²/ω²＝1的情况下，弯液面容积位置v(t)处于临界阻尼状态下，并且弯液面的返回速度在弯液面并未溢出的情况下达到最快。

因此可看出，弯液面的返回速度可在弯液面不在γ²＝ω²时溢出的范围内达到最快。不过，实际上，正如在γ²/ω²＝0.5的情况下，当溢出程度微小时，它是可容许的。这样就可减少直到弯液面的变化落入容许值的时间，也即弯液面的返回时间。

如图7中的曲线C1所示，当通过改变墨水粘性以改变γ²/ω²的值来检查弯液面的返回时间时，获取图8中由“○”表示的值。从该值可看出，在第一实施例中，当γ²/ω²为0.4时弯液面的返回时间最短。

因此，根据该第一实施例，为了实现γ²/ω²＝0.4，这样设定墨水的物理性质和流道的形状，即将喷墨头10构造成使墨水惯量M、墨水粘性阻力R、弯液面的返回力K分别具有下列值，从而减少弯液面的返回时间。

墨水惯量M＝9.82×10⁷kg/m⁴

墨水粘性阻力R＝1.90×10¹³Ns/m⁵

弯液面的返回力K＝2.30×10¹⁸N/m⁵

因此，墨水喷射操作的稳定性和驱动频率的提高即打印速度的加速均可实现。

换句话说，根据本发明，将通常不予考虑的弯液面的返回力K用作一个优化墨水惯量M和墨水粘性阻力R的参数，这样通过进行上述的模拟操作，就可导出既能实现墨水喷射操作的稳定性又能实现驱动频率的提高即打印速度加速的墨水和流道的物理性质之间的关系。

此外，由于模拟操作采用了上述常规技术中公开的数值，得到墨水惯量M＝9.82×10⁷kg/m⁴，墨水粘性阻力R＝6.94×10¹²Ns/m⁵，弯液面的返回力K＝2.30×10¹⁸N/m⁵。根据这些值可得到γ²/ω²＝0.05。该值对应于墨水喷射时弯液面返回时间是图8中第一实施例系列值中γ²/ω²＝0.05的情况。

因此，可从图8看出，显然，在γ²/ω²被设定在0.2-1.0的范围内，与常规技术相比本发明明显地减少了弯液面的返回时间，从而在提高打印速度的同时，保持了墨水喷射操作的稳定性。

接下来，将描述本发明的第二实施例。在该第二实施例中，喷墨头和喷墨记录装置的结构与第一实施例中的相同，通过采用图1-4将省略对其的说明。

根据第二实施例，通过驱动波形控制电路26的控制施加到喷墨头10上的驱动波形被设定成图9中所示的波形，该驱动波形控制电路26为驱动信号产生装置。该波形是通过连续地连接第一实施例中使用的7个驱动波形而形成的。换句话说，膨胀脉冲31-1至31-7使压力产生腔16膨胀，而收缩脉冲32-1至32-7使压力产生腔16收缩。当将该驱动波形施加到喷墨头10的电极19a和19b上时，7个小墨滴从喷嘴14中连续地喷射出来并沉积在记录介质上相同的像素中。如果改变小墨滴的数量来改变沉积在记录介质上相同像素中的墨水量，就可进行多级打印。

并且在该第二实施例中，当进行与第一实施例中相似的模拟操作时，如图7中的曲线C1所示，改变墨水粘性以改变γ²/ω²的值，并检查弯液面的返回时间，获取图8中由符号“□”表示的值。可根据该值看出，在第二实施例中γ²/ω²为0.5时，弯液面的返回时间最短。

因此，根据第二实施例，为了实现γ²/ω²＝0.5，这样设定墨水的物理性质和流道的形状，即，将喷墨头10构造成使墨水惯量M、墨水粘性阻力R以及弯液面的返回力K分别具有下列值，从而减少弯液面的返回时间并同时实现墨水喷射操作的稳定性和打印速度的加速。

墨水惯量M＝9.82×10⁷kg/m⁴

墨水粘性阻力R＝2.13×10¹³Ns/m⁵

弯液面的返回力K＝2.30×10¹⁸N/m⁵

采用这样的方式，根据多个墨滴从喷嘴14中连续喷射的第二实施例，与喷射一个墨滴的第一实施例相比，可减少弯液面的返回时间。这缘于下面的事实，即，当多个墨滴连续喷射时，弯液面的返回速度要比仅喷射一个墨滴的情况大。在常规技术中，弯液面的返回速度大到与仅喷射一个墨滴的情况相比，溢出程度要大，弯液面的返回时间要长。但是，由于弯液面的溢出在本实施例中受到限制，可实现使弯液面的返回时间要短于仅喷射一个墨滴情况中的协同效应。

由于模拟操作采用了上述常规技术中公开的数值，就如同第一实施例所述的那样，实现了γ²/ω²＝0.05。

从该喷墨头喷射多个墨滴时的弯液面返回时间对应于图8中第二实施例系列值中γ²/ω²＝0.05的情况。

因此，可从图8看出，显然，在γ²/ω²被设定在0.2至1.0的范围内，与常规技术相比本发明明显地减少了弯液面的返回时间，从而在提高打印速度的同时，保持了墨水喷射操作的稳定性。

接下来，将描述本发明的第三实施例。

图10是第三实施例中喷墨头100的纵向剖视图，其中与图1中的功能相同的部分采用相同的标号表示。由于沿喷墨头100的图10中线I-I所示的剖视图与第一和第二实施例中的喷墨头10相同，所以通过采用图2省略了对其的说明。

由一个基底(未示出)上的压电元件构成的驱动器11固定在该喷墨头100上，振动板12安装在驱动器11上，而顶板13固定在振动板12上。此外，形成了多个喷射墨水的喷嘴14的喷嘴板15与顶板13和驱动器11的前端相连。多个压力产生腔16形成在顶板13中与喷嘴板15中各个喷嘴14相对应的位置，每个压力产生腔16的顶端与相应的各个喷嘴14的后端相通。

一块侧板42通过一孔板41固定在顶板13和驱动器11的后端上。在孔板41中钻有一个孔口43，它在与各压力产生腔16对应的位置上具有小孔。该孔口43的详图在图11中示出。如图所示，这样形成孔口43，即，它从板厚为Lm的孔板的背面贯穿到其固定直径为Dm的正面。

将墨水供应给各压力产生腔16的公共墨水腔17形成在侧板42中，而各压力产生腔16的后端通过孔口43与公共墨水腔17相通。墨水补充口18形成在公共墨水腔17中，墨水是由墨水补充装置(未示出)经该墨水补充口18供应的。在此，孔口43形成了供应自公共墨水腔17的墨水流道的一部分，并充当了一个流阻器(fluid resistor)。

装有喷墨头100的喷墨记录装置20的主要结构与图4中的相同。根据第三实施例，图9中所示的驱动波形被施加到喷墨头100上，7个小墨滴被连续地从喷嘴14中喷射出来，这样就可如同第二实施例那样，进行多级打印。

在这种情况下，当计算好墨水惯量M和墨水粘性阻力R时，需要添加由孔口43产生的阻力分量。换句话说，假定孔口43的长度为Lm，墨水惯量M由下列方程式(19)而非上述方程式(2)给定：

$M=\mathrm{\ρ}{\∫}_0^{\mathrm{Lm}+\mathrm{Lc}+\mathrm{Ln}}\frac{\mathrm{dx}}{S\left(x\right)}...\left(19\right)$

此外，墨水粘性阻力R由下列方程式(20)而非上述方程式(8)给定：

$R={\∫}_0^{\mathrm{Lm}+\mathrm{Lc}+\mathrm{Ln}}r\left(x\right)\mathrm{dx}...\left(20\right)$

方程式(19)和方程式(20)的右项是特别针对喷墨头100计算的。首先，假定孔口43的孔径为Dm，则在位置x为0至Lm即在流道的孔口43的部分中的范围内，由下列方程式(21)表示方程式(19)的右项，而由下列方程式(22)表示方程式(20)的右项：

${\∫}_0^{\mathrm{Lm}}\frac{\mathrm{dx}}{S\left(x\right)}=\frac{4\mathrm{Lm}}{\mathrm{\πD}{m}^4}...\left(21\right)$

${\∫}_0^{\mathrm{Lm}}r\left(x\right)\mathrm{dx}=\frac{128\mathrm{\μLm}}{\mathrm{\π}{\mathrm{Dm}}^4}...\left(22\right)$

此外，由于在位置x为Lm至Lm+Lc即在流道的压力产生腔16的部分中的范围内和在位置x为Lm+Lc至Lm+Lc+Ln即在流道的喷嘴14的部分中的范围内，方程式(19)和方程式(20)的右项与第一实施例中的相同，所以由上述方程式(9)和(11)表示x为Lm至Lm+Lc+Ln的方程式(19)的右项，而由上述方程式(10)和(12)表示x为Lm至Lm+Lc+Ln的方程式(20)的右项。

根据上述方程式(21)、(22)、(9)、(10)、(11)和(12)，由下列方程式(23)表示方程式(19)中的墨水惯量M，而由下列方程式(24)表示方程式(20)中的墨水粘性阻力R：

$M=\mathrm{\ρ}(\frac{4\mathrm{Lm}}{\mathrm{\π}{\mathrm{Dm}}^2}+\frac{\mathrm{Lc}}{\mathrm{WcH}}+\frac{4\mathrm{Ln}}{\mathrm{\πDiDo}})...\left(23\right)$

$R=\mathrm{\μ}\{\frac{128\mathrm{Lm}}{\mathrm{\πD}{m}^4}+\frac{12\mathrm{Lc}}{\mathrm{Wc}{H}^3}+\frac{128({\mathrm{Di}}^2+\mathrm{DiDo}+{\mathrm{Do}}^2)\mathrm{Ln}}{3\mathrm{\π}{\left(\mathrm{DiDo}\right)}^3}\}...\left(24\right)$

此外，可由上述方程式(7)获得弯液面的返回力K。

并且，在第三实施例中，当进行与第一和第二实施例中相似的模拟操作时，如图7中的曲线C2所示，改变墨水粘性以改变γ²/ω²的值，并检查弯液面的返回时间，获取图8中由符号“△”表示的值。可根据该值看出，在第三实施例中γ²/ω²为0.5时，弯液面的返回时间最短。

因此，根据第三实施例，为了实现γ²/ω²＝0.5，这样设定墨水的物理性质和流道的形状，即，将喷墨头100构造成使墨水惯量M、墨水粘性阻力R以及弯液面的返回力K分别具有下列值，从而进一步减少弯液面的返回时间并同时实现墨水喷射操作的稳定性和打印速度的加速。

墨水惯量M＝1.13×10⁸kg/m⁴

墨水粘性阻力R＝2.28×10¹³Ns/m⁵

弯液面的返回力K＝2.30×10¹⁸N/m⁵

采用这样的方式，根据充当流阻器的孔口43介于与公共墨水腔17和压力产生腔16相通的通路中的第三实施例，与第一和第二实施例相比，可减少弯液面的返回时间。这是因为，即便在墨水惯量M不因孔口43的作用而变得太大时，墨水粘性阻力R也会较大，γ的值也会相对容易地变大。因此，与第一和第二实施例相比，可通过低粘性的墨水实现最佳的γ²/ω²。

通常，当墨水粘性大时，墨雾容易在墨水喷射时出现。墨雾的出现污染了喷嘴14或记录介质的附近，这是不希望的。因此，在第三实施例中设置了该流阻器，从而在打印时减少了墨雾的出现机率。

尽管在上述的第一至第三实施例中将γ²/ω²选定成使弯液面的返回时间为最短，墨水粘性和γ²/ω²也会随喷墨头10、100操作时的空气温度而改变。或者，会存在不一定根据喷墨头10、100的设计来选定使弯液面的返回时间为最短的γ²/ω²的情况。即便在这样的情况下，如图8所示，当γ²/ω²处于0.2至1.0的范围内时，可减少弯液面的返回时间，并同时实现墨水喷射操作的稳定性和打印速度的加速。

此外，墨水惯量M和墨水粘性阻力R是采用各实施例中相对简单的方程式计算的，但这些值的计算在某些情况下是困难的。即便在这种情况下，墨水惯量M或墨水粘性阻力R也可通过采用市场上可得到的数值流体分析程序来得到。

例如，Sung-Cheon Jung等人在改进喷墨头性能方面的论文(FinalProgram and Proceedings of IS & T′s NIP15：数字打印技术国际会议，1999)公开了一种采用数值流体分析程序来得到墨水惯量M或墨水粘性阻力R的方法。

而且，虽在各实施例中将具有小孔的孔口43用作流阻器，但也可在墨水从公共墨水腔17流到各压力产生腔16的位置将不同类型的部件比如网眼件、多孔件等用作流阻器。

对于本领域的技术人员来说，将容易认识到其它优点和改进之处。因此，本发明在其较宽方面并不局限于在此示出并描述的特定细节和典型实施例。因此，可在不脱离由随附权利要求及其等价物限定的总发明构思的精神或范围内作出各种改进。

Claims (3)

1、一种喷墨头，它包括：

多个流道，每个流道由一个喷射墨水的喷嘴(14)和一个与该喷嘴相通的压力产生腔(16)组成；

一个公共墨水腔(17)，该公共墨水腔将墨水供应给每个流道；

一个驱动器(11)，该驱动器使压力产生腔的容积膨胀/收缩，

其特征在于，墨水和流道的物理性质满足关系式

     0.2≤γ²/ω²≤1.0   (γ＝R/2M， $\mathrm{\ω}=\sqrt{K/M},$

其中M是在流道中充填有墨水时墨水在流道中的惯量，R是墨水在流道中的粘性阻力)。

2、如权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，一个流阻器(43)介于流道的压力产生腔(16)与公共墨水腔(17)之间。

3、一种如权利要求1或2所述的喷墨记录装置，其特征在于，进一步包括一个驱动信号产生部分(25)，该驱动信号产生部分输出一个从喷嘴(14)向驱动器连续喷射许多墨滴的驱动信号。

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