專利名稱:噴墨頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明一般涉及噴墨頭,尤其是涉及其中包括墨循環(huán)通路的噴墨頭。
背景技術(shù):
近年來,上面安裝噴墨頭來噴射墨滴以便將圖像記錄在介質(zhì)上的打印機已在各種不同領(lǐng)域廣泛普及,上述領(lǐng)域包括工業(yè)、家用電器等。因為噴墨頭很容易實現(xiàn)灰度和彩色圖像且具有低的運行成本,所以其未來使用前景十分可觀。
在噴墨打印機領(lǐng)域,墨滴按需要式(Drop-On-Demand)(D-O-D)噴墨頭目前是主要的噴墨頭。
日本公開專利申請(KOKAI)PH 11-207972公開了D-O-D噴墨頭,所述D-O-D噴墨頭包括壓力室,該壓力室成流體連通連接到噴嘴上,以便從噴嘴噴射墨滴。壓力室由噴嘴板形成,所述噴嘴板具有噴嘴、頂板及在壓電材料上成形的底表面和側(cè)壁。側(cè)壁鍍鎳形成電極,以便把墨噴射脈沖施加于其上,并且使側(cè)壁變形產(chǎn)生壓力,以便當施加脈沖時噴射墨滴。側(cè)壁起用于噴射墨的執(zhí)行機構(gòu)的作用。當在噴墨頭的操作中偶而發(fā)生從噴嘴吸入空氣并因此形成氣泡時,即使把墨噴射脈沖施加到電極上使執(zhí)行機構(gòu)變形,氣泡也使壓力室中用于噴射墨的壓力下降。因此噴墨頭在空氣吸入時造成墨噴射中斷。此外,在制造噴墨頭的過程中留下廢棄物或外來物,或者墨包括外來物的情況下,噴嘴偶而塞滿廢棄物或外表面,同時造成噴射中斷。另外,反復(fù)施加墨噴射脈沖使執(zhí)行機構(gòu)輕微地發(fā)熱,同時造成壓力室中墨的粘度降低。因為墨噴射的特性由于粘度的變動而發(fā)生改變,所以噴墨頭還產(chǎn)生另一個問題是使打印的字符和圖像的質(zhì)量不一致。
國際公開專利申請(HYO)2002-529289也公開了D-O-D噴墨頭。在公報中,詳細說明的是制造噴墨頭的方法,其中分別在兩排上形成多個墨通道,每個都是用疊層的壓電材料制成。
日本公開專利申請(KOKAI)P 2001-162795公開了噴墨頭,所述噴墨頭裝備有循環(huán)系統(tǒng),用于使墨在墨通道中循環(huán),以便防止噴嘴塞滿外來物,防止墨噴射特性由于吸入空氣而變差,及防止墨的粘度由于壓電材料的反復(fù)變形發(fā)熱而下降。
為了形成循環(huán)系統(tǒng),在噴墨頭的外部應(yīng)用專用泵。因此,在噴墨打印機中需要用于控制泵的控制器和泵安裝于其中的專用空間。此外,循環(huán)系統(tǒng)包括多個元件,所述多個元件包括主儲墨罐、專用泵、過濾器、繼電器箱、使其中一個元件與另外元件流體連通的墨管、及將墨管與其中一個元件接合的連接器。因此,需要復(fù)雜的元件管理和定期維護,以便使系統(tǒng)保持工作良好。另外,因為需要多個墨管來在系統(tǒng)中的各個元件之間形成流體連通,所以有大量墨未利用而作為廢墨留在管中。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種噴墨頭,所述噴墨頭可以噴射墨滴,而同時防止墨噴射中斷,并能打印具有良好打印質(zhì)量的圖像。
為了完成上述目的,用于噴射墨以把圖像記錄在記錄介質(zhì)上的噴墨頭包括壓力室,所述壓力室被與相鄰壓力室共享的側(cè)壁隔開,所述側(cè)壁用壓電材料形成并且在其表面上帶有電極,壓力室具有兩個端部,墨穿過所述兩個端部在壓力室中流動;噴嘴,所述噴嘴配置成從壓力室噴射墨從其通過;第一共用墨室,所述第一共用墨室設(shè)置在壓力室的兩個端部中的一個端部處,以便將墨供應(yīng)到壓力室;第二共用墨室,所述第二共用墨室設(shè)置在壓力室的另一端部處,以便從壓力室吸取墨;墨通道,所述墨通道配置成使墨從第一共用墨室流到第二共用墨室;和超聲換能器,所述超聲換能器用于發(fā)生超聲波,以便通過超聲波的壓力強制使墨移動,超聲換能器安排在墨通道中,其中通過超聲波壓力墨被強制循環(huán)穿過第一共用墨室、壓力室、第二共用墨室和墨通道。
本發(fā)明的這些和另一些目的和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖所采取的本發(fā)明的優(yōu)選示例性實施例的詳細說明將變得顯而易見和更容易理解,其中圖1是示出本發(fā)明中噴墨頭的透視圖,上述噴墨頭的一部分示出剖視圖;圖2是沿著圖1所示的A-A線所取的剖視圖;圖3是沿著圖1所示的B-B線所取的剖視圖;圖4是示出本發(fā)明中總體結(jié)構(gòu)的方框圖;圖5是示出本發(fā)明中另一噴墨頭的剖視圖;圖6是示出本發(fā)明中另一墨通道的剖視圖;圖7是示出第一實施例中上面設(shè)有超聲換能器的部分的剖視圖;圖8是用于驅(qū)動壓電振動器的方框圖;圖9是在另一驅(qū)動方法中所用的改進的壓電振動器;圖10是示出在穿過介質(zhì)的聲波速度與介質(zhì)密度之間有關(guān)系的不同介質(zhì)的視圖;圖11代表設(shè)計聲阻抗率的公式;圖12是示出不同介質(zhì)各具有固有的聲阻抗率的不同介質(zhì)的視圖;圖13是示出第一實施例中上面設(shè)有超聲換能器的部分的剖視圖;圖14是示出第一實施例中上面設(shè)有另外的超聲換能器的部分的剖視圖;圖15是示出第一實施例中上面設(shè)有另外的超聲換能器的部分的剖視圖;圖16是示出第二實施例中上面設(shè)有超聲換能器的部分的剖視圖;圖17是示出第二實施例中上面設(shè)有另外的超聲換能器的部分的剖視圖;圖18是示出第二實施例中上面設(shè)有另外的超聲換能器的部分的剖視圖;圖19是示出第二實施例中上面設(shè)有另外的超聲換能器的部分的剖視圖;圖20是第二實施例中Fresnel(菲(涅耳))透鏡具有沿著C-C線所取的剖視圖的平面圖;圖21代表設(shè)計圖20所示的Fresnel透鏡的兩個公式,且表列舉出由公式所計算的尺寸;圖22是示出第二實施例中上面設(shè)有另外的超聲換能器的部分的剖視圖;和圖23是示出第三實施例中上面設(shè)有超聲換能器的部分的剖視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照附圖更詳細說明本發(fā)明。然而,同樣的標號適用于附圖中類似的元件,因此,它們的詳細說明不再重復(fù)。
現(xiàn)在參照圖1-3說明噴墨頭,所述噴墨頭應(yīng)用一種系統(tǒng),在所述系統(tǒng)中使從噴嘴噴出的墨循環(huán)。圖1是示出噴墨頭1的透視圖,將噴墨頭1的其中一部分除去,以便示出內(nèi)部零件。圖2是沿著圖1的A-A線所取的一個剖視圖,而圖3是沿著圖1的B-B線所取的另一個剖視圖的一部分。噴墨頭1包括基底5;兩組壓電執(zhí)行機構(gòu)101;噴嘴板3,所述噴嘴板3包括多個噴嘴4a和4b;第一共用墨室14a,第二共用墨室14b;供墨入口106;和外殼6,在所述外殼6中放置超聲換能器7,以便使噴墨頭1中的墨循環(huán)。
具有所希望厚度的基底5用壓電材料形成,并設(shè)置有第一開口10a和第二開口10b,墨穿過上述第一和第二開口10a和10b而循環(huán)。作為基底5,可以采用其它材料如石英、氮化鋁、和氧化鋁。
在基底5的表面上,用膠固定兩組壓電執(zhí)行機構(gòu)101,以便形成多個墨壓力室15,每個墨壓力室15都給墨加壓,以便從噴嘴4噴射墨滴。壓電執(zhí)行機構(gòu)101從壓力材料塊2切成小塊以便成形側(cè)壁11,并通過使側(cè)壁具有驅(qū)動電極9形成。
壓電材料塊2用鈦酸鉛鋯(PZT體系)制成。可供選擇地,壓電材料塊2包括鈮酸鉛鎂(PMN體系),和鈮酸鉛鎳(PNN體系)作為基本配料。壓電塊2由兩個起偏振的壓電板2a和2b形成,所述兩個壓電板2a和2b這樣用膠粘疊層,以便它們的偏振方向彼此相反,如箭頭P所示。在用膠把壓電塊2固定到基底5上之后,將壓電塊2進行加工,以便成形多個槽13,所述多個槽這樣平行對準,以便與相鄰的槽13共享側(cè)壁11。在這個實施例中,將300個槽平行排列,并組成一行。側(cè)壁11測得長度為2mm,寬度為80μm,高度為300μm,并在其長度方向上有兩個端表面(13a,13b,13c和13d)。槽13測得長度為2mm,寬度為89μm,深度為300μm,因此,相鄰槽13的中心線之間的距離在與其長度方向垂直的方向上為169μm。
在限定槽13的內(nèi)表面(側(cè)壁11)上,形成驅(qū)動電極9,如圖3中所示。帶有驅(qū)動電極9的側(cè)壁11當在其上施加驅(qū)動電壓時,作為執(zhí)行機構(gòu)101工作。作為形成驅(qū)動電極9的方法,可以采用無電極金屬鍍,以便在內(nèi)側(cè)表面上形成鎳。作為另外的方法,也可以采用真空蒸發(fā)或濺射,以便在內(nèi)側(cè)表面上形成包括鋁、鎳和金的金屬。驅(qū)動電極9通過電路圖形延伸式連接到設(shè)置在基底5邊緣上的接線端子9a上。未示出但在現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的外部驅(qū)動電路與接線端子9a連接,以便將驅(qū)動電壓施加到執(zhí)行機構(gòu)101上。加噴墨脈沖到驅(qū)動電極9上使執(zhí)行機構(gòu)101用剪切力變形,即所謂的剪切方式變形,以便改變壓力室15的體積,同時造成從噴嘴4噴墨。
在側(cè)壁11的頂部,用膠將噴嘴板3固定,所述噴嘴板3用厚度為30μm的聚酰亞胺制成。在噴嘴板3上鉆孔而成具有直徑為30μm的噴嘴4,以便朝與噴嘴板3的頂部表面垂直的方向噴射墨滴。噴嘴4在槽13的長度方向上定位在中心處。
由噴嘴板3、相鄰的側(cè)壁11和槽13的底表面所包圍的空間限定壓力室15。相鄰的壓力室之間的距離在與其長度方向垂直的方向上也是169μm。換句話說,墨從噴嘴4朝與壓力室中墨流動方向垂直的方向噴出。
噴嘴4、側(cè)壁11、槽13等的尺寸和槽的總數(shù)不限于這個實施例。它可以按照噴墨頭性能的要求如圖像分辨率、待噴射的墨滴的體積、打印速度等設(shè)計。
此外,可以采用基底包括在壓電塊中的其它壓電塊代替上述包括用膠固定在基底5一個表面上的壓電塊2的上述結(jié)構(gòu)。
在圖1中,壓力室15安排成兩個分開的組,每個組都有相同數(shù)量的壓力室15。其中一個組中的壓力室15相對于另一組中的壓力室15偏移兩個相鄰的壓力室之間的距離的一半。按照壓力室15的安排,形成兩行噴嘴,以便在每行噴嘴中包括其總數(shù)與壓力室15相同的噴嘴。因此,當噴墨打印機應(yīng)用具有上述構(gòu)造的噴墨頭1時,與包括一個壓力室組的噴墨頭相比,它可以在記錄介質(zhì)上打印具有加倍打印密度的圖像。
順便說說,記錄介質(zhì)包括一種材料比如紙、金屬板、印刷電路板等等,可以用墨將字符、圖像或圖形打印在上述記錄介質(zhì)上。墨包括一種液體,在所述液體中含有染料或顏料,以便在記錄介質(zhì)上制成圖像,或者在所述液體中含有導(dǎo)電粉,以便在記錄介質(zhì)上形成電路圖形。
如圖2所示,第一共用墨室14a在側(cè)壁11的相對的端表面13b和13c之間(兩組壓力室之間)的空間處形成,以便將墨供應(yīng)到每一組的相應(yīng)壓力室15中。其中一個第二共用墨室14b在端表面13a的外部(其中一個壓力室組的外部)的空間處形成,而另一個第二共用墨室14b也在端表面13a的外部(另一壓力室組外部)的空間處形成,以便從每組中相應(yīng)的壓力室15吸取墨。第一和第二共用墨室14a和14b由噴嘴板13,側(cè)板8和基底5封閉,以便形成墨通道,所述墨通道通過相應(yīng)組的壓力室15從第一共用墨室14a延伸到第二共用墨室14b。
墨通道10由基底5的相對的表面和包圍相對表面的外殼6形成,并且在通道10中沒有設(shè)置壓力室15。換句話說,墨通道10存在于噴嘴4相對于壓力室15的相對側(cè)中。第一開口10a在基底5上形成,以便墨通道10通過開口10a與第一共用墨室14a成流體連通。第二開口10b也在基底5上形成,以便墨通道10相應(yīng)地通過開口10b與第二共用墨室14b成流體連通。第一開口10a形成長度為5mm和寬度為1mm的橢圓形狀。第二開口10b相應(yīng)地形成與第一開口10a相同的形狀和尺寸。如圖2所示,設(shè)置一供墨入口106,以便將墨供應(yīng)到噴墨頭1中。墨通過供墨入口106從圖4所示的外部儲墨罐12供應(yīng)到墨通道10。第一開口10a,第一共用墨室14a,壓力室15,第二共用墨室14b,第二開口10b,和墨通道10形成墨循環(huán)通道。
為使墨循環(huán),將一超聲換能器7設(shè)置在外殼6的內(nèi)表面上與第一開口10a相對應(yīng)的位置處。超聲換能器7朝第一開口10a方向輻射超聲波。由超聲波所產(chǎn)生的超聲壓力強制使墨通道中的墨通過第一開口10a流入到第一共用墨室14a中,如圖2中箭頭“a”所示。隨后,墨運行分別按次序通過壓力室15,第二共用墨室14b和第二開口10b,并返回到墨通道10。這種結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)強制性地使裝在壓力室中的墨移動或循環(huán)。
順便說說,可以用一組壓力室15代替兩組壓力室15,如圖5所示。如從這個圖5可以理解的,圖5所示的噴墨頭的結(jié)構(gòu)僅消除了圖2所示的噴墨頭中一組壓力室15、一個第二共用墨室14b及對應(yīng)的第二開口10b,因此其說明不再重復(fù)。由超聲波所產(chǎn)生的超聲壓力強制使第一共用墨室14a中的墨流過壓力室15進入第二共用墨室。隨后,墨流經(jīng)第二開口10b以便返回墨通道10,同時產(chǎn)生墨的循環(huán)。
可供選擇地,也可以在基底5的后表面上采用U形管40,以便形成墨通道10,如圖6所示。將超聲換能器7固定在U形管突出部的內(nèi)表面上,以便強制使裝在其中的墨沿著U形管40朝超聲波傳播方向移動。因此,墨可以穿過U形管40,第一和第二共用墨室14a和14b及壓力室15循環(huán)。
盡管上述結(jié)構(gòu)舉例說明了具有設(shè)置在墨通道10處的超聲換能器7的噴墨頭,但超聲換能器7不限于墨通道10。例如,超聲換能器7可以設(shè)置在第一和第二共用墨室14a或14b處。
即使在噴墨頭1工作時可能發(fā)生從噴嘴4吸入空氣,其中強制將壓力室15中的墨朝一個或多個第二共用墨室方向運送的墨循環(huán)系統(tǒng)也實現(xiàn)清除氣泡和外來物,或者與墨一起運送的外來物可以附帶地保留在壓力室15中。清除氣泡和外來物可以防止噴墨中斷。
在噴墨操作時,執(zhí)行機構(gòu)101反復(fù)變形,以致執(zhí)行機構(gòu)101輕微發(fā)熱,同時造成墨中溫度升高。因為墨循環(huán)系統(tǒng)使壓力室15中經(jīng)過加熱的墨與未經(jīng)加熱的墨交換,同時減少了墨中的粘度由于增加溫度而引起的變化,所以可以實現(xiàn)穩(wěn)定的噴墨。結(jié)果,可以使字符和圖像中的打印質(zhì)量穩(wěn)定。
超聲換能器7可以制成小而平,并根據(jù)墨通路的形狀設(shè)置在墨通道的內(nèi)部。因此,噴墨頭1可以小型化,因為墨通道的尺寸可以減小。小型化的墨通道還可以節(jié)約墨的消耗,因為裝在墨通道10中的墨量減少。
現(xiàn)在將參照圖7-21說明設(shè)置在通路中的超聲換能器7。
(第一實施例)圖7示出設(shè)置在墨通道10中的超聲換能器7的剖視圖。超聲換能器7這樣固定到外殼6的內(nèi)表面上,以使它面向第一開口10a,穿過第一開口10a墨從墨通道10轉(zhuǎn)到第一共用墨室,如箭頭“a”所示。外殼6用鈦酸鉛鋯制成??梢圆捎玫耐鈿?的材料包括金屬、樹脂、玻璃、陶瓷等。
超聲換能器7包括作為超聲波源的壓電振動器20。壓電振動器20制成扁平形狀,并在其兩個表面上有電極102。壓電振動器20通過引線27與壓電振動器驅(qū)動電路16連接,所述壓電振動器驅(qū)動電路16設(shè)置在噴墨頭1的外部,以便將驅(qū)動信號施加到電極102上。施加驅(qū)動信號使壓電振動器20能從兩個表面朝與表面垂直的方向輻射超聲波。壓電振動器驅(qū)動電路16包括信號發(fā)生器31和高頻放大器,如圖8所示。信號發(fā)生器31發(fā)出其頻率與壓電振動器20的共振頻率一樣高的信號,隨后高頻放大器32將該信號放大到所希望的輸出值。然后按照供應(yīng)到壓電振動器20上的電力控制從壓電振動器20出來的超聲波的輸出功率。所供應(yīng)的功率例如是在大約1-20W的范圍內(nèi)。
改進的壓電振動器201將參照圖9說明。壓電振動器201是矩形,并具有激勵電極33和反饋電極34,上述激勵電極33設(shè)置在壓電振動器的兩個表面上,以便發(fā)生自激振蕩,而上述反饋電極34在一個激勵電極33的一部分中。反饋電極34成形為一條,以便將所述條安排成從矩形的長度上的一個邊緣朝向那個矩形的中心。令由反饋電極34所檢測的信號返回到壓電振動器驅(qū)動電路16,以便形成反饋控制。由于反饋控制,所以圖8所示的信號發(fā)生器31可以省去。順便說說,因為用于自激振蕩的各種電路已知,所以電路可以根據(jù)共振頻率、所加功率等的要求設(shè)計。
超聲換能器7用疊層的構(gòu)件形成,所述疊層的構(gòu)件包括產(chǎn)生超聲波的壓電振動器20和匹配構(gòu)件21,所述匹配構(gòu)件21暴露于墨通道內(nèi)的墨中。由壓電振動器20所產(chǎn)生的超聲波通過匹配構(gòu)件21傳播到墨中。匹配構(gòu)件21起減少由壓電振動器所產(chǎn)生的超聲波的傳播損失的作用。傳播損失與材料的聲阻抗率密切相關(guān),上述材料包括墨、匹配構(gòu)件和壓電振動器,同時它們分別具有固有的阻抗值。壓電振動器20和墨通道中的墨之間的聲阻抗率差值越大,則傳播損失越大。
現(xiàn)在將參照圖10-12說明設(shè)計用于減少傳播損失的匹配構(gòu)件21的方法。
當超聲波到達由第一材料和第二材料所形成的邊界表面時,一部分超聲波通過邊界,而另一部分超聲波反射離開邊界,上述第一材料具有第一聲阻抗率,而上述第二材料與第一材料接觸,并具有與第一聲阻抗率不同的第二聲阻抗率。一般,把材料的密度“ρ”與材料中聲速“c”的乘積(ρ×c)稱之為“聲阻抗率”。假定超聲波到達由兩種材料所形成的邊界表面,上述兩種材料在垂直于邊界的方向上分別具有不同的聲阻抗率Z1和Z2。然后,通過公式(1)Re=(Z1·Z2)/(Z1+Z2)計算振幅反射率“Re”。
下面將說明依次與壓電振動器20、匹配構(gòu)件21、和墨相對應(yīng)的介質(zhì)I、II和III的振幅反射比和聲阻抗率。介質(zhì)II具有厚度為“L”,它插在介質(zhì)I和III之間。假定入射到介質(zhì)I的超聲波具有強度為“Ii”,已通過介質(zhì)II的超聲波在介質(zhì)III中具有強度為“It”,及聲速和密度組c1、ρ1,c2、ρ2和c3、ρ3分別與介質(zhì)I、II和III相對應(yīng)。利用圖11所示的公式(2),按計算平邊界表面處入射和透射的超聲波的方法相同的方式計算It與Ii的比值“τI”。在公式2中,λ2意思是指超聲波通過介質(zhì)II的波長。λ2用公式λ2=c2/f2計算,此處f2代表超聲波通過介質(zhì)II的頻率。
如圖12所示,如果介質(zhì)II的厚度“L”和聲阻抗率“Z2”精確地滿足L=λ2/4和Z2=(Z1×Z2)1/2,則比值τI得到τI=1。它意味著入射到介質(zhì)II上的超聲波在沒有傳播損失,亦即沒有反射的情況下全部通過介質(zhì)II。理想的是,由介質(zhì)I亦即壓電振動器20所提供的超聲波的能量可以在沒有傳播損失的情況下傳播到介質(zhì)III亦即墨通道10內(nèi)的墨中,同時如果匹配構(gòu)件7亦即中間層是在L=λ2/4和Z2=(Z1×Z2)1/2的條件下插在介質(zhì)I和III之間,則導(dǎo)致朝第一開口10a的方向會聚。
如上所述,聲阻抗率可以通過將材料及其厚度設(shè)計成滿足公式(1)和(2)確定。然而,因為聲阻抗率對于該材料來說是固有的值,所以不容易選定正好滿足公式(1)和(2)的材料。實際上,為了減少在介質(zhì)I亦即壓電振動器20和介質(zhì)III亦即從墨通道10輸送到第一開口10a的墨之間所產(chǎn)生的傳播損失,安排至少一個具有在介質(zhì)I和III的聲阻抗率之間中間值的匹配構(gòu)件可以實施減少傳播損失。具有中間值的匹配構(gòu)件可以考慮材料及其厚度形成。
圖13示出匹配構(gòu)件211的另一個實施例。匹配構(gòu)件211由分層的匹配構(gòu)件形成,其中將多個各具有不同聲阻抗率的匹配構(gòu)件疊加成層。通過設(shè)計各自厚度的樹脂,可以將丙烯酸樹脂和硅酮樹脂的組合應(yīng)用于匹配構(gòu)件211。例如,假定匹配構(gòu)件211具有第一、第二和第三匹配構(gòu)件21a、21b和21c,其中第一匹配構(gòu)件21a成層在壓電振動器20上,第二匹配構(gòu)件21b插在第一匹配構(gòu)件21a和第三匹配構(gòu)件21c之間,及第三匹配構(gòu)件21c與墨接觸,且第一、第二和第三匹配構(gòu)件21a、21b和21c,壓電振動器20,及墨的聲阻抗率依次為Za、Zb、Zc、Z1和Z3。第一、第二和第三匹配構(gòu)件21a、21b和21c通過不同樹脂的組合形成,以便滿足關(guān)系式Z1>Za>Zb>Zc>Z3。與由單層所形成的匹配構(gòu)件相比,通過逐步減小匹配構(gòu)件211的聲阻抗率,可以進一步減少超聲波的傳播損失。
圖14示出超聲換能器的另一個實施例。當超聲換能器7驅(qū)動時,同時朝墨通道10中的墨和朝外殼6兩個方向輻射超聲波。因為超聲波反射離開外殼6的內(nèi)表面,所以外殼6使超聲波能朝壓電振動器20方向返回。所反射的超聲波可能干擾來自超聲波振動器20的超聲波。因而,如果所反射的超聲波和直接來自超聲波振動器20的超聲波之間的相位彼此不同,則相位差使壓電振動器20中的超聲振蕩不穩(wěn)定,同時造成朝第一開口10a方向傳播的超聲波的能量損失。
為了使超聲波振蕩保持穩(wěn)定,將超聲波吸收劑22插在壓電振動器20和外殼6的內(nèi)表面之間,如圖14所示。超聲波吸收劑22可以約束朝外殼6方向傳播的超聲波返回到壓電振動器20,同時起使超聲振動穩(wěn)定的作用。超聲波吸收劑22的材料必須有比外殼6大的超聲吸收系數(shù)。
圖15示出超聲換能器的另一種改進的實施例。第三開口25在外殼6上第一開口10a與外殼6面對的位置處形成。通過在第三開口25的周圍涂膠,第三開口25用超聲換能器7蓋住。壓電振動器20的一個表面通過第三開口25朝向與墨輸送到第一開口10a的墨流動方向相反的方向暴露于外部。因此,朝相反方向傳播的超聲波輻射到噴墨頭1外部的空氣。因為空氣不反射超聲波,所以從超聲波振動器20出來的超聲波在沒有反射的超聲波的情況下朝墨流動方向傳播。
(第二實施例)現(xiàn)在將說明本發(fā)明的第二實施例。
參見圖16,超聲換能器7包括殼體24;疊層的材料7a,所述疊層的材料7a包括壓電振動器20和匹配構(gòu)件21;及超聲波吸收劑22,所述超聲波吸收劑22裝滿殼體24和疊層的材料7a所包圍的空間。超聲換能器固定在外殼6的內(nèi)表面上,以便將超聲波傳播到墨通道中的墨上。
疊層的材料7a形成凹面形狀,因此其面向第一開口10a的一個表面凹成會聚來自墨流動方向上的超聲波。因為從疊層的材料7a傳播的超聲波聚焦在第一開口10a的附近,所以可以在施加較少功率到超聲換能器7的情況下有效地朝第一開口10a方向輸送墨通道10中的墨。
順便說說,疊層的材料7a可以直接固定在外殼6的內(nèi)表面上機加工而成的凹面上,凹面與疊層的材料7a的形狀相對應(yīng)。
下面參照圖17說明第二實施例中的改進例。超聲換能器7包括疊層的材料7a,所述疊層的材料7a包括扁平的壓電振動器20和匹配構(gòu)件21,上述超聲換能器7固定在外殼6的內(nèi)表面中第一開口10a與疊層的材料7a面對的位置處。與墨接觸的匹配構(gòu)件21的表面制成凹面,以便會聚從疊層的材料7a傳播的超聲波,因此把超聲波聚焦在第一開口10a附近。匹配構(gòu)件形成所謂的聲波透鏡(acoustic lens)。匹配構(gòu)件21例如是用丙烯酸樹脂制成,并用膠固定到壓電振動器20的表面上。因為從包括聲波透鏡的疊層的材料7a所傳播的超聲波聚焦在第一開口10a的附近,所以可以在施加較小功率到超聲換能器上的情況下有效地朝第一開口10a的方向輸送墨通道10中的墨。
下面參照圖18說明第二實施例的另一改進例。與圖17所示相同部分的說明省去,并且只說明不同的部分。第三開口25在外殼6上第一開口10a與外殼6面對的位置處形成。第三開口25通過在第三開口25的周圍用膠固定住,用超聲換能器覆蓋。壓電振動器20的一個表面通過第三開口25朝與把墨輸送到第一開口10a的墨流動方向相反的方向暴露于外部。因此,朝相反方向傳播的超聲波輻射到噴墨頭的外部。因為空氣不反射超聲波,所以從超聲波振動器20出來的超聲波在沒有反射的超聲波的情況下朝墨流動方向傳播。
下面參照圖19說明第二實施例中另一改進例。超聲換能器7包括壓電振動器20和Fresnel透鏡23,所述Fresnel透鏡23在壓電振動器20的表面上成層,并暴露于墨通道10中的墨下,以便起聲波透鏡的作用。圖20示出Fresnel透鏡23的平面圖和沿著C-C線所取的剖視圖。Fresnel透鏡23制成包括多個槽,每個槽都具有規(guī)定的寬度和深度,并安排在距中心線D-D規(guī)定的距離處,以便從壓電振動器20傳播的超聲波聚焦在第一開口10a的附近。優(yōu)選的制造Fresnel的材料包括丙烯酸樹脂,因為丙烯酸樹脂的聲阻抗率具有在壓電振動器亦即壓電陶瓷和墨的聲阻抗率之間的中間值。盡管舉例說明了用于Fresnel透鏡材料的丙烯酸樹脂,但不限于這種材料。具有小于壓電振動器而大于墨的聲阻抗率的材料也可用。Fresnel透鏡的槽的尺寸可以參照圖21所示的公式(3)和(4)計算。
這個例子中的Fresnel透鏡用丙烯酸樹脂板制成,所述丙烯酸樹脂板具有矩形形狀,所述矩形形狀用機加工法成形。板測得寬度為20mm和厚度為1.12mm。按照圖21所列舉的尺寸在板上形成多個槽30。槽30的深度為0.84mm。如上所述,通過調(diào)節(jié)槽的深度和透鏡的整個厚度,并選定滿足所希望的聲阻抗率的聲波透鏡的材料,經(jīng)過加工的Fresnel透鏡可以用作匹配構(gòu)件。換句話說,若形成Fresnel透鏡具有λ/4的剩余厚度,則通過從透鏡的整個厚度減去槽的深度所得到的厚度使透鏡能起匹配層的作用。因此,因為從壓電振動器所輻射的超聲波聚焦在第一開口10a的附近,所以可以把墨通道中的墨有效地輸送到第一開口10a。
圖22示出噴墨頭1應(yīng)用Fresnel透鏡的改進例。該例具有同樣的圖19所示的主要部分。與圖19不同的是,噴墨頭1的外殼6包括第三開口。與圖18所示的例子類似,壓電振動器20的一個表面通過第三開口25朝把墨輸送到第一開口10a的墨流動方向相反的方向暴露于外部。因此,朝相反方向傳播的超聲波輻射到噴墨頭1外部的空氣中。因為空氣不反射超聲波,所以從超聲波振動器20出來的超聲波在沒有反射的超聲波的情況下朝墨流動方向傳播。
(第三實施例)現(xiàn)在參照圖23說明第三實施例。壓電振動器20固定在外殼6的外部上從壓電振動器20傳播的超聲波對準第一開口10a的位置處。在外殼6的內(nèi)表面上上述位置處形成凹形表面。換句話說,壓電振動器20和一部分外殼6包括在超聲換能器中形成整體。凹形聲波透鏡由裝備有壓電振動器20的外表面和與該外表面相對的內(nèi)表面二者形成,以便使超聲波全聚在第一開口10a附近。優(yōu)選的是選定外殼6具有聲阻抗率小于壓電振動器20而大于墨的聲阻抗率的材料,因為外殼6也用作匹配構(gòu)件。
順便說說,盡管舉例說明了其中內(nèi)表面包括凹形表面的外殼6,但其它具有平的內(nèi)和外表面的外殼也可利用。因為外殼平的內(nèi)表面不會聚超聲波,所以墨循環(huán)速度變得比具有凹形內(nèi)表面的外殼中墨循環(huán)速度慢。然而,包括平內(nèi)表面的外殼可適用于不需要高速循環(huán)的噴墨頭。
在壓電振動器20設(shè)置于外殼6外部上的情況下,因為壓電振動器20不與墨直接接觸,所以壓電振動器20的表面不受損傷。因此,不需要鈍化層來保護壓電振動器20的表面。
本發(fā)明不限于具有壓電執(zhí)行機構(gòu)的噴墨頭來通過其變形噴射墨滴。本發(fā)明也可應(yīng)用于能用上述實施例類似的方式使墨循環(huán)穿過墨壓力室的其它噴墨頭。
另外,可以用電致伸縮裝置或磁致伸縮裝置來代替產(chǎn)生超聲波的壓電振動器20。
本發(fā)明已參照具體的實施例進行了說明。然而,對該技術(shù)的技術(shù)人員來說,基于本發(fā)明原理的其它實施例是顯而易見的。這些實施例打算都由權(quán)利要求書包括。
權(quán)利要求
1.一種噴墨頭,用于噴射墨以便把圖像記錄在記錄介質(zhì)上,所述噴墨頭包括壓力室,所述壓力室被與相鄰壓力室共享的側(cè)壁隔開,所述側(cè)壁用壓電材料形成,在其表面上具有電極,壓力室具有兩個端部,墨穿過所述兩個端部流入壓力室中;噴嘴,所述噴嘴配置成從壓力室噴射墨從其通過;第一共用墨室,所述第一共用墨室設(shè)置在壓力室的兩端部中的一個端部處,以便供應(yīng)墨到壓力室;第二共用墨室,所述第二共用墨室設(shè)置在壓力室的另一端部處,以便從壓力室吸取墨;墨通道,所述墨通道配置成使墨從第一共用墨室流到第二共用墨室;和超聲換能器,所述超聲換能器用于發(fā)出超聲波,以便通過超聲波的壓力強制使墨移動,換能器安排在墨通道中,其中通過超聲波壓力墨被強制循環(huán)穿過第一共用墨室、壓力室、第二共用墨室和墨通道。
2.按照權(quán)利要求1所述的噴墨頭,其中墨通道安排成將壓力室插在噴嘴和墨通道之間。
3.按照權(quán)利要求2所述的噴墨頭,其中第一共用墨室包括開口,超聲換能器這樣設(shè)置,以便來自換能器的超聲波壓力被引導(dǎo)到第一共用墨室上的開口。
4.按照權(quán)利要求3所述的噴墨頭,其中墨通道由外殼形成,超聲換能器設(shè)置在外殼的暴露于墨通道中的表面上。
5.按照權(quán)利要求1所述的噴墨頭,其中墨通道由外殼形成,超聲換能器用疊層的材料制成,所述疊層的材料包括設(shè)置在外殼的內(nèi)表面上的壓電振動器和覆蓋在該壓電振動器上的匹配構(gòu)件,匹配構(gòu)件的聲阻抗率被設(shè)定成小于壓電振動器的聲阻抗率并大于墨的聲阻抗率。
6.按照權(quán)利要求1所述的噴墨頭,其中超聲換能器包括聲透鏡,超聲波通過所述聲透鏡朝向第一共用墨室的方向會聚。
7.按照權(quán)利要求1所述的噴墨頭,其中墨通道由外殼形成,超聲換能器設(shè)置在該外殼的外表面上。
8.按照權(quán)利要求7所述的噴墨頭,還包括聲透鏡,所述聲透鏡在外殼的內(nèi)表面上與超聲換能器相對的位置處形成,以使來自換能器的超聲波朝第一共用墨室的方向會聚。
9.按照權(quán)利要求1所述的噴墨頭,其中墨從噴嘴沿與壓力室中墨流動方向垂直的方向噴射。
10.一種噴墨頭,用于噴射墨以便把圖像記錄在記錄介質(zhì)上,所述噴墨頭包括兩行平行的壓力室,每行壓力室都包括多個壓力室,在所述壓力室中墨沿與該行壓力室垂直的方向流動,每個壓力室都被與相鄰壓力室共享的側(cè)壁隔開,所述側(cè)壁用壓電材料形成,并且在所述側(cè)壁的表面上具有電極;多個噴嘴,所述多個噴嘴配置成從相應(yīng)的壓力室中噴射墨從其通過;第一共用墨室,所述第一共用墨室設(shè)置在兩行壓力室之間,以便分別將墨供應(yīng)到兩行壓力室的相應(yīng)的壓力室中;若干第二共用墨室,所述若干第二共用墨室分別設(shè)置在第一共用墨室的相對于相應(yīng)行壓力室的相對側(cè)處,以便把墨從相應(yīng)行壓力室中的壓力室吸取到相應(yīng)的第二共用墨室中;墨通道,所述墨通道配置成使墨從第一共用墨室流到相應(yīng)的第二共用墨室;和超聲換能器,所述超聲換能器用于發(fā)生超聲波,以便通過超聲波的壓力強制使墨移動,所述換能器安排在墨通道中,其中通過超聲波壓力墨被強制循環(huán)穿過第一共用墨室、相應(yīng)壓力室行的壓力室、相應(yīng)第二共用墨室及墨通道。
11.按照權(quán)利要求10所述的噴墨頭,其中墨通道安排成將壓力室插在噴嘴和墨通道之間。
12.按照權(quán)利要求11所述的噴墨頭,其中墨通道由外殼形成,而超聲換能器設(shè)置在該外殼的暴露于墨通道中的表面上。
13.按照權(quán)利要求10所述的噴墨頭,其中墨通道由外殼形成,而超聲換能器用疊層的材料制成,所述疊層的材料包括設(shè)置在外殼的內(nèi)表面上的壓電振動器和覆蓋在該壓電振動器上的匹配構(gòu)件,匹配構(gòu)件的聲阻抗率被設(shè)定為小于壓電材料的聲阻抗率并大于墨的聲阻抗率。
14.按照權(quán)利要求10所述的噴墨頭,其中超聲換能器包括聲波透鏡,超聲波通過該聲波透鏡朝向第一共用墨室的方向會聚。
15.按照權(quán)利要求10所述的噴墨頭,其中墨通道由外殼形成,超聲換能器設(shè)置在該外殼的外表面上。
16.按照權(quán)利要求15所述的噴墨頭,還包括聲波透鏡,所述聲波透鏡設(shè)置在外殼的內(nèi)表面上與超聲換能器相對的位置處,以便超聲波在朝向第一共用墨室的方向上會聚。
17.按照權(quán)利要求10所述的噴墨頭,其中墨從噴嘴沿與壓力室中墨流動方向垂直的方向噴射。
全文摘要
所公開的是噴墨頭,所述噴墨頭可以噴射墨滴而同時防止噴墨的中斷,結(jié)果打印出具有良好圖像質(zhì)量的圖像。噴墨頭包括多個壓力室;噴嘴,所述噴嘴與相應(yīng)的壓力室成流體連通;第一共用墨室,所述第一共用墨室設(shè)置在壓力室的一個邊緣上;第二共用墨室,所述第二共用墨室設(shè)置在壓力室的另一個邊緣上;和墨通道,所述墨通道使第一墨室與第二墨室成流體連通。安排在一部分墨通道中的超聲換能器使墨室中的墨循環(huán)流動通過由墨通道、第一和第二共用墨室及壓力室所形成的通路。
文檔編號B41J2/045GK101077652SQ2007101051
公開日2007年11月28日 申請日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者田沼千秋 申請人:東芝泰格有限公司