[发明专利]喷墨记录头及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及在诸如喷墨记录装置中用于记录字符或图象的喷墨记录头。更具体地说，本发明涉及对喷墨记录头的改进，从而以更高的稳定性反复地喷出大体积的墨滴。本发明还涉及设计这种喷墨记录头的方法。

使用按需滴墨型的喷墨记录装置近来吸引了更为广泛的注意。这种喷墨记录装置可见之于专利公报53-12138，并且在例如日本未决专利公开JP-A-10-193587中也有披露。在上述公报所描述的装置中，压力波形发生器如压电执行器对压力室产生压力波，通过与压力室连通的喷嘴喷出墨滴。图1示例性地显示了在常规喷墨记录装置中的喷墨记录头。压力室61与喷嘴62连通以喷出墨滴67。一入口端用于通过公共墨通道63接收来自墨库(未示出)的墨。在压力室61的底部设置有膜片65。

为了喷出墨滴，设置在压力室61底部的压电执行器66使膜片65产生位移，膜片65相应地使压力室61产生体积变化。压力波使压力室61容纳的墨通过喷嘴62喷出压力室61外，形成墨滴67。喷出的墨滴67落到记录介质如记录纸上，从而在记录纸上形成墨点。

根据所提供的数据重复形成墨滴，从而在记录纸上产生了字符或图形之类的图象。压电执行器66被施加多个具有各种波形的驱动电压中的一种驱动电压，这些波形取决于要被喷出的墨滴的体积。通过施加具有图2所示波形的驱动电压，将通常用来记录字符或黑色图象的大体积墨滴喷出。

驱动波形具有上升沿151，用于将施加到压电执行器66的电压升高，从而减少用于喷墨的压力室61的体积。还具有电压为V1的平坦的电平、和用于恢复初始电压电平或正常电压Vb的下降沿152。

图3A至3F是喷墨记录头中喷嘴的剖视图，其连续地显示了在施加驱动波形期间在喷嘴附近的弯液面(meniscus)。弯液面72在压力室体积减小时为平面，如图3A所示，然后由于压力室体积的减小而向喷嘴71外移动，喷出墨滴73，如图3B所示。在喷出墨滴73后，喷嘴71内的墨减少，形成图3C所示的凹液面。液面72然后在墨表面张力的作用下恢复原来的形状，如图3D至3F所示。

图4显示了图3C至3F所示的弯液面在喷墨后其中央处随着时间“t”变化的位置概况。如图所示，在时刻t＝0，液面极大地缩退向位置y＝-60μm处，在墨表面张力的作用下振动几次后，最终恢复到原始位置y＝0，或恢复到喷嘴外沿的位置。

在本文中，在喷墨后墨液面的恢复运动被称为“再填充”或“再填充操作”。在喷墨后液面恢复到原始位置y＝0或喷嘴外沿的位置的时间长度t_r被称为“再填充时间”。

在使用喷墨记录头重复喷出墨滴时，要在完成由于前面的喷墨所引起的再填充操作后进行喷墨操作，以获得恒定的喷墨量或恒定的喷墨速度。即，如果在完成前面的喷墨所引起的再填充操作之前就进行下一次喷墨，则不能得到稳定的重复喷墨。

对喷墨记录头喷墨频率有极大影响的因素包括上述的再填充时间t_r和喷嘴数(喷嘴数多则会增加在单位时间长度期间形成的点数)，从而提高最大喷墨频率。因此，常规的喷墨记录装置是多喷嘴型的，其中多个喷射器并排和耦连在一起。

图5显示了常规的多喷嘴喷墨记录头。墨库97与公共墨通道93连通，公共墨通道93再与多个压力室91通过各入口端(未示出)连通。该布局使多个喷射器一次喷出墨滴，从而减少打印所需要的时间长度。

应当注意，公共墨通道93应当适当地设计，以便得到在喷墨记录头中的稳定的重复喷墨。更具体地说，例如，在与公共墨通道连通的喷射器之间的压力互扰需要加以防止。另外，喷射器之间喷射特性的差异也应当被减小，该喷射特性取决于与公共墨通道连接的位置。因此，公共墨通道具有足够的声容(acoustic capacitance)就很重要了。已经建议了一些能够满足上述条件的头结构。

例如，JP-A-56-75863描述了一种喷墨记录头，其包括具有根据压力室体积所限定的体积。JP-A-52-49034和JP-A-10-24568分别介绍了带有空气阻尼器以获得更大声容的公共墨通道的结构。JP-A-59-26269介绍了公共墨通道所需要的声容(或阻尼)的量化定义。如这些公报中所介绍的那样，公共墨通道的足够声容防止了喷射器之间的相互干扰，从而在与公共墨通道连通的多个喷射器中实现了稳定和均匀的喷墨。

即使上述条件在常规的多喷嘴喷墨记录头中都得到了满足，但是，稳定的喷墨并不总是能实现的，这取决于以下说明的几个因素。