专利名称：喷墨打印头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于将墨水喷射到记录介质上以进行打印的喷墨打印头。
背景技术：
在JP-A-2002-292860(尤其在其图1中)中已经披露了一种喷墨打印头。在该喷墨打印头中，许多压力腔室形成在流动通道单元中并且以矩阵的形式彼此相邻地布置。压电器件和一个电极(共同电极)以片材的形式设置从而在这些压力腔室上延伸。其它电极(单独电极)布置在与压力腔室分别相对的位置中，从而该压电器件安放在共同电极和单独电极之间。根据该喷墨打印头，当使每个单独电极的电位与共同电极的电位不同时，从与对应于单独电极的压力腔室相连的喷嘴中喷射出墨水。
发明内容
本发明人已经发现，图像质量在很大程度上受到以下事实影响，在JP-A-2002-292860中所披露的这种喷墨打印头中，从与对应于压电片的中央部分的压力腔室连接的喷嘴中喷射出的墨水的速度高于从与对应于压电片外缘部分的压力腔室连接的喷嘴中喷射出的墨水的速度。
因此，本实用新型的一个目的在于提供一种喷墨打印头，它包括一压电片和设置成在多个压力腔室上延伸的共同电极，其中从喷嘴中喷射出的墨水速度几乎相等。
根据本实用新型的一个方面，提供一种喷墨打印头，它包括一流动通道单元，它包括沿着平面布置并且分别与喷嘴连接的压力腔室；以及一促动器单元，它固定在流动通道单元表面上并且用来改变每个压力腔室的体积，所述促动器单元包括多个单独电极，每个单独电极布置在分别与压力腔室相对的位置中；一共同电极，它设置成在多个压力腔室上延伸；以及一压电片，它设置在共同电极和单独电极之间，其中根据在促动器单元中的位置、即设置每个促动器元件的位置将由每个单独电极、共同电极和压电片层压构成的促动器元件形成为不同的结构。
从下面的详细说明中并且结合附图将更加全面地了解本实用新型的这些和其它目的和优点，其中图1为根据本实用新型第一实施方案的喷墨打印头的透视图；图2为沿着图1中的II-II线剖开的剖视图；图3为包括在图2中所示的喷墨打印头中的头主体的平面图；图4为由在图3中所示的点划线包围的区域的放大图；图5为由在图4中所示的点划线包围的区域的放大图；图6为沿着图5中的VI-VI线剖开的剖视图；图7为在图6中所示的头主体的局部分解透视图；图8为在图6中所示的促动器单元的平面图；图9A为形成在促动器单元的左右块的表面上每个单独电极的平面图，而图9B为形成在促动器单元的中央块表面上的每个单独电极的平面图；图10A为沿着在图9A中的XA-XA线剖开的剖视图，而图10B为沿着在图9B中的XB-XB线剖开的剖视图；图11A为与图10A相对应的剖视图，显示出根据本实用新型第二实施方案的喷墨打印头的头主体，而图11B为与图10B相对应的剖视图；并且图12A为与图10A相对应的剖视图，显示出根据本实用新型第三实施方案的喷墨打印头的头主体，而图12B为与图10B相对应的剖视图。
具体实施方式
现在参照这些附图对本实用新型的优选实施方案进行详细说明。
图1为一透视图，显示出根据第一实施方案的喷墨打印头的外观。图2为沿着在图1中的II-II线剖开的剖视图。该喷墨打印头1具有一头主体70和一基底滑块71。头主体70形成为沿着主扫描方向延伸用于将墨水喷射到纸张上的扁平矩形形状。基底滑块71设置在头主体70上方，并且包括形成作为将墨水提供给头主体70的流动通道的墨水储存器3。
头主体70包括一流动通道单元4和多个促动器单元21。在该流动通道单元4中形成有一墨流通道。多个促动器单元21粘接在流动通道单元4的上表面上。流动通道单元4和促动器单元21按照这样一种方式形成，从而多块薄板部件相互层压并且粘接在一起。作为馈电电路部件的柔性印刷电路板(下面被称为FPC)50粘接在促动器单元21的上表面上，并且沿着左右方向引出。FPC50向上引导同时如图2中所示一样弯曲。基底滑块71由金属材料例如不锈钢制成。在基底滑块71中的每个墨水储存器3为沿着基底滑块71的长度方向形成的近似长方体的中空区域。
基底滑块71的下表面73从其在孔道3b附近中的周围部分向下伸出。该基座滑块71只在下表面73的孔道3b的附近部分73a处接触着流动通道单元4(在图3中所示)。为此，除了基底滑块71的下表面73的孔道3b的附近部分73a之外的所有其它区域与头主体70隔离，从而这些促动器单元21设置在隔离部分中。
该基底滑块71粘接固定到形成在支架72的夹持件72a的下表面中的空腔中。该支架72包括一夹持件72a以及一对沿着与夹持件72a上表面垂直的方向从夹持件72a的上表面彼此形成预定间距地延伸出的平板状伸出部分72b。粘接在促动器单元21上的FPC50设置成沿着支架72的伸出部分72b的表面分别延伸穿过弹性件83例如海绵。驱动器IC80设置在设于支架72的伸出部分72b表面上的FPC50上。FPC50通过钎焊与驱动器IC80和促动器单元21(将在下面作详细说明)电连接，从而将从驱动器IC80输出的驱动信号传递给头主体70的促动器单元21。
近似长方体形状的散热器82贴近设置在驱动器IC80的外表面上，从而可以有效地将在驱动器IC80中产生出的热量散发出。板81设置在驱动器IC80和散热器82上方并且位于FPC50外面。密封件84分别设置在每个散热器82的上表面和相应板81之间以及在每个散热器82的下表面和相应FPC50之间。也就是说，散热器82、板81和FPC50通过密封件84彼此粘接在一起。
图3为包括在图1所示的喷墨打印头中的头主体的平面图。在图3中，形成在基底滑块71中的墨水储存器3实际上由虚线画出。两个墨水储存器3沿着头主体70长度的方向相互平行地延伸，从而在这两个墨水储存器3之间形成预定的距离。两个墨水储存器3中的每一个在其一个端部处具有一孔道3a。两个墨水储存器3通过这些孔道3a与墨水容器(未示出)连通，从而总是充满了墨水。在每个墨水储存器3中沿着头主体70的长度方向设有许多孔道3b。如上所述，墨水储存器3通过孔道3b与流动通道单元4连接。这许多孔道3b按照这样一种方式形成，从而每对孔道3b沿着头主体70的长度方向靠近设置。与一个墨水储存器3连接的孔道对3b和与另一个墨水储存器3连接的孔道对3b以交错的布置方式布置。
每个都具有梯形扁平形状的多个促动器单元21设置在没有形成孔道3b的区域中。这多个促动器单元21以交错的方式布置，从而具有与孔道对3b相反的图案。每个促动器单元21的平行相对侧面(上下侧面)与头主体70的长度方向平行。相邻促动器单元21的倾斜侧面沿着头主体70的宽度方向相互部分重叠。
图4为由图3中的点划线包围的区域的放大图。如图4所示，设在每个墨水储存器3中的孔道3b分别与作为共同墨水腔室的集管5连通。每个集管5的端部分叉成两个子集管5a。在平面图中，从相邻孔道3b分出的每两个子集管5a从每个促动器单元21的两个倾斜侧面延伸出。也就是说，总共四个子集管5a设在每个促动器单元21下面，并且沿着促动器单元21的平行相对侧面延伸以便彼此分开。
喷墨区域形成在与促动器单元21的粘接区域相对应的流动通道单元4的下表面中。如将在后面所述一样，在每个喷墨区域的表面中以矩阵的形式设有许多喷嘴8。虽然为了简化起见图4显示出几个喷嘴8，但是实际上在整个喷墨区域上都布置有喷嘴8。
图5为由图4中的点划线包围的区域的放大图。图4和5显示出这样一种状态，其中从与喷墨表面垂直的方向观看的平面中，许多压力腔室10以矩阵形式设在流动通道单元4中。每个压力腔室10基本上形成为在平面图中具有圆角的菱形形状。菱形的长对角线与流动通道单元4的宽度方向平行。每个压力腔室10的一个端部与相应的一个喷嘴8连接，其另一个端部通过孔12与作为共同墨流通道的一个相应子集管5a连接。具有与每个压力腔室10类似的平面形状但是尺寸较小的单独电极35形成在促动器单元21上，从而在平面图中与压力腔室10相邻。为了简化起见在图5中显示出许多单独电极35中的一些。顺便说一下，在促动器单元21或在流动通道单元4中必须由虚线表示的压力腔室10和孔12在图4和5中由实线表示以容易理解这些附图。
在图5中，其中分别存放有压力腔室10的多个虚拟菱形区域10沿着布置方向A(第一方向)并且沿着布置方向B(第二方向)以矩阵的形式相邻设置，从而相邻虚拟菱形区域10x具有没有相互重叠的共同侧边。布置方向A为喷墨打印头1的长度方向，即每个子集管的延伸方向。布置方向A与每个菱形区域10x的短对角线平行。布置方向B为每个菱形区域10x的一个倾斜侧边的方向，其中在布置方向B和布置方向A之间形成一钝角θ。每个压力腔室10的中央位置与相应菱形区域10x的中央位置相同，但是每个压力腔室10的轮廓线在平面图中与相应的菱形区域10x的轮廓线分开。
沿着两个布置方向A和B以矩阵的形式相邻布置的压力腔室10沿着布置方向A以与37.5dpi相对应的间距形成。这些压力腔室10如此形成，从而在一个喷墨区域中沿着布置方向B布置有十六个压力腔室10。位于沿着布置方向B的相对端部处的压力腔室为对喷墨没有贡献的伪腔室。
以矩阵形式设置的多个压力腔室10沿着在图5中所示的布置方向A形成多个压力腔室列。这些压力腔室列根据从与图5的纸面垂直的方向(第三方向)看的相对于子集管5a的位置分成第一压力腔室列11a、第二压力腔室列11b、第三压力腔室列11c和第四压力腔室列11d。第一至第四压力腔室列11a至11d从每个促动器单元21的上侧到下侧以11c-＞11d-＞11a-＞11b-＞11c-＞11d-＞…-＞11b的顺序循环布置。
在形成第一压力腔室列11a的压力腔室10a和形成第二压力腔室列11b的压力腔室10b中，在从第三方向看时喷嘴8沿着与布置方向A垂直的方向(第四方向)不均匀地分布在图5的纸面的下侧上。喷嘴8分别位于相应菱形区域10x的下端部分中。另一方面，在形成第三压力腔室列11c的压力腔室10c和形成第四压力腔室列11d的压力腔室10d中，喷嘴8沿着第四方向不均匀地分布在图5的纸面上边上。喷嘴8分别位于相应菱形区域10x的上端部分中。在第一和第四压力腔室列11a和11d中，不小于压力腔室10a和10d一半的区域在从第三方向看时覆盖着子集管5a。在第二和第三压力腔室列11b和11c中，压力腔室10b和10c的区域在从第三方向看时根本没有覆盖子集管5a。为此，属于任意压力腔室列的压力腔室10可以如此形成，从而尽可能地将子集管5a加宽，同时与压力腔室10连接的喷嘴8没有覆盖子集管5a。因此，可以平稳地将墨水提供给相应的压力腔室10。
接下来将参照图6和7对头主体70的断面结构作进一步说明。图6为沿着在图5中的VII-VII线剖开的剖视图。图6显示出属于第一压力腔室列11a的压力腔室10a。从图6中可以看出，每个喷嘴8通过压力腔室10a和孔12与子集管5a连接。这样，根据压力腔室10在头主体70中形成从子集管5a的出口穿过孔12和压力腔室10延伸到喷嘴8的单独墨流通道32。
从图6中可以看出，压力腔室10和孔12设在多个薄板的层压方向上不同的深度处。因此，如图5所示，在与促动器单元21下面的喷墨区域相对应的流动通道单元4中，可以将与一个压力腔室10连接的孔12设置成在平面图中覆盖与该压力腔室相邻的压力腔室10的位置。因此，这些压力腔室10相互附着以便密集地布置。因此，可以通过具有相对较小的必须区域的喷墨打印头1来实现高分辨率图像的打印。
从图7中还可以看出，头主体70具有一种层压结构，其中总共层压有十片片材，即促动器单元21、空腔板22、基板23、孔板24、供应板25、集管板26、27和28、盖板29和喷嘴板30以下行顺序连续布置。这十片片材除了陶瓷材料制成的促动器单元21之外，即九个金属板22至30形成一流动通道单元4。促动器单元21和流动通道单元4通过粘结剂并加热而彼此固定在一起。在该实施例中，用于形成流动通道单元4的每个金属板22至30由不锈钢制成，并且其热膨胀系数高于由陶瓷材料制成的促动器单元21的热膨胀系数。
如将在下面详细说明的一样，促动器单元21包括由作为四层的四个压电片41至44(参见图10A和10B)构成的层压件和多个电极，这些电极如此设置，从而只有最上面的层形成作为具有在施加电场时的活性层(下面被称为“包含活性层的层”)，而剩余三层形成作为非活性层。空腔板22为具有与压力腔室10相对应的许多大致为菱形的孔道的金属板。基板23为一金属板，它具有每个都用于将空腔板22的一个压力腔室10连接在相应孔12上的孔和每个都用于将压力腔室10连接在相应喷嘴8上的孔。孔板24为一金属板，它具有孔12(参见图9)和每个都用于将空腔板22的一个压力腔室10连接在相应喷嘴8上的孔12d。每个孔12具有位于子集管5a侧上的一进墨口12a、位于压力腔室10侧上的一出墨口12b以及与进墨口和出墨口12a和12b连接的细长连通部分12c。供应板25为一金属板，它具有每个都用于将空腔板22的一个压力腔室10的孔12连接在相应的子集管5a上的孔和每个都用于将压力腔室10连接在喷嘴8上的孔。集管板26、27和28为金属板，它们具有子集管5a和每个都用于将空腔板22的一个压力腔室10连接在相应喷嘴8上的孔。盖板29为一金属板，它具有每个都用于将空腔板22的一个压力腔室10连接在喷嘴8上的孔。喷嘴板30为一金属板，它具有每个都设置用于空腔板22的一个压力腔室10的喷嘴。
这十张片材21至30如此层压设置，从而如图6所示一样形成单独墨流通道32。每条单独墨流通道32首先从子集管5a向上走，在孔12中水平延伸，从孔12进一步向上，再在压力腔室10中水平延伸，沿着与孔12分开的方向暂时倾斜地向下并且垂直向下延伸至喷嘴8。
接下来将对促动器单元21的结构进行说明。图8为促动器单元21的平面图。在该促动器单元21上以矩阵的形式布置有许多具有与压力腔室10的图案相同的图案的单独电极35。在该情况中，根据本发明人的知识，在促动器单元21中的喷墨速度的变化往往沿着促动器单元21的纵向方向出现。可以想到，这是由促动器单元21和粘接在该促动器单元21上的流动通道单元4之间的热膨胀系数差异引起的。下面将对上面的内容进行更具体地说明。
当制造喷墨打印头1时，通过粘接剂同时加热加压使流动通道单元4和促动器单元21相互接触。之后，通过用几分钟冷却所施加的热量来使粘接剂固化。由此，使流动通道单元4和促动器单元21相互固定在一起。当固定流动通道单元4和促动器单元21时，由于流动通道单元4和促动器单元21之间的热膨胀系数差异所以促动器单元21受到沿着其平面内方向的应力。本发明人已经发现，根据流动通道单元4和促动器单元21中哪一个具有更高的热膨胀系数来确定促动器单元21的中央部分和边缘部分中的哪一个受到更大的应力。
更具体地说，当流动通道单元4的热膨胀系数比促动器单元21高时，促动器单元21的边缘部分受到比促动器单元21的中央部分更大的应力。当流动通道单元4的热膨胀系数比促动器单元21低时，促动器单元21的中央部分受到比促动器单元21的边缘部分更大的应力。另外，本发明人已经发现，施加在促动器单元21上的应力沿着促动器单元21的纵向方向变得更明显。
本发明人还已经发现，根据沿着面内方向施加在促动器单元21上的应力量，在对促动器元件(后述)施加预定电压时压力腔室10的变形量变得更小，即喷墨速度变低。
在该实施方案中，流动通道单元4由不锈钢制成，并且促动器单元21由陶瓷材料制成。因此，流动通道单元4的热膨胀系数高于促动器单元21。因此，在促动器单元21的两个边缘部分处在布置方向A上的喷墨速度变得大于在促动器单元21的中央部分处的喷墨速度。
在上述知识的启示下，该喷墨打印头1如此构成，从而设置在促动器单元21中的所有促动器元件中的每一个在施加预定电压的情况下以几乎相同的喷射速度喷墨。下面将对该喷墨打印头1的结构作更详细的说明。
在根据该实施方案的喷墨打印头1中，将两种形状相互类似但是平面尺寸不同的单独电极(较大的一个由参考标号35a表示，较小的一个由参考标号35b表示)制作成单独电极35。单独电极35a形成在具有与十个单独电极相对应的宽度并且位于沿着布置方向A的左边(即，在图8中的促动器单元21的左边中)的平行四边形块51和具有与十个单独电极相对应的宽度并且位于沿着布置方向A的右边(即，在图8中的促动器单元21的右边中)的平行四边形块52中。单独电极35b形成在位于两个平行四边形块51和52之间、即位于促动器单元21的中央部分中的梯形块53中。也就是说，属于梯形块53的单独电极35b在沿着布置方向A看该促动器单元21时布置在中央部分中。另一方面，属于平行四边形块51和52的单独电极35a布置在外缘部分中，也就是说布置在当沿着布置方向A看该促动器单元21时促动器单元21的梯形斜边附近的部分中。
在该实施方案中，布置有多个梯形块53的区域(第一区域)和平行四边形块51和52(第二区域)；并且两种单独电极35a和35b的任一个分别设在第一和第二区域中。如图8所示，促动器单元21由两条假想分割线分成三个区域(平行四边形块51和52和梯形块53)，每条假想线分别与位于图8中的左端和右端处的两个边缘部分(对应于促动器21的边缘线)平行。从图8中可以看出，由布置在促动器单元21的中央部分处的第一区域(梯形块53)占据的面积大于由第二区域(平行四边形块51和52)占据的面积。
图9A为单独电极35a的平面图。图9B为单独电极35b的平面图。
图10A为沿着图9A中的XA-XA线剖开的剖视图。图10B为沿着图9B中XB-XB线剖开的剖视图。
如图10A和10B所示一样，促动器单元21包括四个压电片41、42、43和44，它们形成为具有大约为15μm的相等厚度。这些压电片41至44设置成层状平板(连续的平板层)，它们相互连续以便布置在形成于头主体70中的一个喷墨区域中的许多压力腔室10上。因为压电片41至44布置成在许多压力腔室10上的连续平板层，所以在采用例如丝网印刷技术时可以在压电片41上密集地设置单独电极35a。因此，形成在与单独电极35对应的位置中的压力腔室10也可以密集地设置，从而可以打印出高分辨率图像。每个压电片41至44由具有铁电性的锆酸钛酸铅(PZT)类型的陶瓷材料制成。
单独电极35a和35b在压电片41上形成为最上面层。厚度约为2μm的共同电极34插入在作为最上面层的压电片41和位于该压电片41下面的压电片42之间，从而该共同电极34形成在压电片42的整个表面上。单独电极35和共同电极34由金属材料例如Ag-Pd制成。
在该喷墨打印头1中，其中层压有单独电极35、共同电极34和四个压电片41、42、43和44中的每一个的每个部分用作改变形成在相应部分处的压力腔室10的体积的促动器元件。
如图9A和9B所示一样，单独电极35a和35b中每一个在平面视图中具有菱形或偏菱形形状。该菱形或偏菱形形状近似于每个压力腔室10的形状。菱形或偏菱形单独电极35a和35b中每一个的下锐角部分如此延伸，从而与单独电极35a和35b中每一个电连接的圆形焊盘部分36设在该下锐角部分的端部处。例如，该焊盘部分36由含有玻璃粉的金制成。如图9A和9B所示，焊盘部分36粘接在单独电极35a和35b中的每一个的延伸部分的表面上。虽然在图10A和10B中没有显示出FPC50，但是该焊盘部分36分别与设在FPC50上的触点电连接。
每个单独电极35a具有长度L1和宽度W1。每个单独电极35b具有长度L2和宽度W2。单独电极35a的长度L1和宽度W1如此选择，从而该单独电极35a的平面形状可以容纳在压力腔室10中。在该实施方案中，长度L1比长度L2大10％，而宽度W1比宽度W2大10％。理论上，如果单独电极35的尺寸足以容纳在压力腔室10中，则随着单独电极35的面积增加，由于促动器单元21中的大位移所以该喷墨速度增加。因此，这两种单独电极35a的长度和宽度如此确定，从而基本上消除了在促动器单元21中喷墨速度沿着布置方向A的不均匀性，从而使得在从平行四边形块51和52中的喷嘴8喷射出的墨水的平均速度和从梯形块53中的喷嘴8喷射出的墨水的平均速度之间没有任何差异。
共同电极34在未示出的一区域接地。因此，使共同电极34在与所有压力腔室10相对应的区域中同等地保持在接地电位处。单独电极35通过按照单独电极35包括单独导线的FPC50与驱动器IC80连接，从而可以根据每个压力腔室10来控制电位(参见图1和图2)。
接下来将对促动器单元21的驱动方法进行说明。促动器单元21的压电片41的极化方向为该压电片41的厚度方向。也就是说，促动器单元21具有一种所谓的单形态式结构，其中在上侧(即，远离压力腔室10)上的压电片41用作包括活性层的层，而在下侧(即，靠近压力腔室10)上的三个压电片42至44用作非活性层。因此，例如在电场方向与极化方向相同的情况下，当将单独电极35a和35b的电位设定在预定正值或负值下时，安放在电极之间的压电片41的电场施加部分用作活性层(压力产生部分)并且在横向压电作用下沿着与极化方向垂直的方向收缩。另一方面，压电片42至44不受电场的影响，从而压电片42至44不会自发地移动。因此在位于上边上的压电片41和位于下边上的压电片42至44之间产生出在与极化方向垂直的方向上的变形差异，从而整个压电片41至44将变形，从而在非活性侧上凸形弯曲(单形态变形)。在该情况下，如图10A所示，整个压电片41至44的下表面固定在用于分隔成压力腔室的隔壁(空腔板)22的上表面上。因此，压电片41至44变形从而在压力腔室侧上凸形弯曲。为此，降低了每个压力腔室10的体积，从而增加了墨水压力，由此从与压力腔室10连接的喷嘴8中喷射出墨水。当之后使每个单独电极35的电位回到与共同电极34相同的电位时，压电片41至44恢复至原始形状从而使压力腔室10的体积回到初始数值。因此，从集管5侧吸入墨水。
顺便说一下，可以如下采用另一种驱动方法。也就是说，提前将每个单独电极35a和35b的电位设定成与共同电极34的电位不同的数值。无论何时存在喷射请求，将单独电极35a和35b的电位改变一次成与共同电极34的电位相同的电位。然后，以预定的定时将单独电极35a和35b的电位恢复至与共同电极34的电位不同的初始数值。在该情况中，压电片41至44在将单独电极35的电位改变至与共同电极34的电位相同的数值时恢复到原始形状。因此，与初始状态(其中两个电极在电位上彼此不同)相比该压力腔室10的体积增加，从而墨水从集管5侧被吸进压力腔室10。然后，在把单独电极35a和35b的电位再次设置成与共同电极34的电位不同时压电片41至44变形从而在压力腔室10侧上凸形弯曲。因此，压力腔室10的体积降低以提高墨水压力，由此喷射出墨水。
回过去参照图5，下面将考虑说明一带状区域R，它沿着布置方向A具有与37.5dpi相对应的宽度(678.0μm)并且沿着布置方向B延伸。在该带状区域R中在十六个压力腔室列11a至11d的任一个中只有一个喷嘴8。也就是说，当在与一个促动器单元21相对应的喷墨区域的可选位置中形成有这样一个带状区域R时，十六个喷嘴8总是分布在带状区域R中。通过使十六个喷嘴投射到沿着布置方向A延伸的线上而获得的点位置以对应于600dpi的间距布置，这是打印时的分辨率。
当属于一个带状区域R的十六个喷嘴8按照通过将这十六个喷嘴8投射到沿着布置方向A延伸的线上而获得的点位置的向右顺序编上(1)至(16)的号码时，这十六个喷嘴8按照(1)、(9)、(5)、(13)、(2)、(10)、(6)、(14)、(3)、(11)、(7)、(15)、(4)、(12)、(8)和(16)的上升顺序布置。当在促动单元21中根据打印介质的输送适当地驱动如上所述构成的喷墨打印头1时，可以画出分辨率为600dpi的字符、图形等。
例如，下面将对其中以600dpi的分辨率打印沿着布置方向A延伸的直线的情况进行说明。首先，将对其中每个喷嘴8与在压力腔室10的相同侧上的锐角部分连接的参考实施例的情况进行将要说明。在该情况中，在位于图5中的最下面位置中的压力腔室列中的喷嘴8根据打印介质的输送开始喷墨。连续地选择属于在上侧上的相邻压力腔室列的喷嘴8来喷墨。因此，墨点形成为沿着布置方向A以与600dpi相对应的间距彼此相邻。最后，整体上以600dpi的分辨率画出沿着布置方向A延伸的直线。
另一方面，在该实施方案中，在位于图5中的最下面位置中的压力腔室列11b中的喷嘴8开始喷墨。在打印介质输送时，连续选择与在上面的相邻压力腔室连接的喷嘴8来喷墨。在该情况下，喷嘴8位置沿着布置方向A的偏移根据一个压力腔室列从下面到上面的位置增加而不是恒定的。因此，根据打印介质的输送而连续地沿着布置方向A形成的墨点没有以600dpi的规则间距布置。
也就是说，如图5所示，墨水首先根据打印机介质的输送从与位于图5中的最下面位置中的压力腔室列11b连接的喷嘴(1)中喷射出。以与37.5dpi的间距在打印介质上形成一排点。然后，当行形成位置在打印介质输送时到达与第二最下面的压力腔室列连接的喷嘴(9)的位置时，从该喷嘴(9)中喷射出墨水。因此，第二墨点形成在从初始点位置沿着布置方向A偏移八倍于与600dpi相对应的距离的位置中。
然后，当行形成位置在输送打印介质时到达与第三最下面的压力腔室列11d连接的喷嘴(5)的位置时，从喷嘴(5)喷射出墨水。因此，第三墨点形成在从初始点位置沿着布置方向A偏移四倍于与600dpi相对应的距离的位置中。当行形成位置在打印介质进一步输送时到达与第四最下面的压力腔室列11c连接的喷嘴(13)的位置时，从喷嘴(13)中喷射出墨水。因此，第四墨点形成在从初始点位置沿着布置方向A偏移十二倍于与600dpi相对应的距离的位置中。当行形成位置在打印介质进一步输送时到达与第五最下面的压力腔室列11b连接的喷嘴(2)的位置时，从喷嘴(2)中喷射出墨水。因此，第五墨点形成在从初始点位置沿着布置方向A偏移与600dpi相对应的距离的位置中。
然后，在从图5中下面到上面连续选择与压力腔室10连接的喷嘴8的同时，按照与上述相同的方式形成墨点。当N在该情况下为在图5中所示的喷嘴8的数目时，墨点形成在从初始点位置沿着布置方向A偏移与(系数n＝N-1)×(与600dpi相对应的距离)相对应的数值的位置中。最后，当选择十六个喷嘴8结束时，以对应于600dpi的间距形成的15个点插入在通过图5中位于最下面的压力腔室列11b中的喷嘴(1)以对应于37.5dpi的间距形成的墨点之间。因此，可以总体上以600dpi的分辨率画出沿着布置方向A延伸的线。
顺便说一下，在每个喷墨区域(每个促动器单元21的倾斜边)沿着布置方向A的相对端部的邻接部分与相应喷墨区域沿着布置方向A的相对端部与沿着头主体70的宽度方向相对于该促动器单元21的另一个促动器单元的邻接部分相配时，可以实现以600dpi的分辨率进行打印。
从上面的说明中可以看出，在根据该实施方案的喷墨打印头1中，在将共同电极34设置成在整个促动器单元21上延伸的同时，形成在平行四边形块51和52中的每个单独电极35a的平面尺寸大于形成在梯形块53中的每个单独电极35b的平面尺寸。因此，在共同电极34和在平行四边形块51和52中的单独电极35之间的面对面积大于在梯形块53中的面积。在块51、52和53的每一个中的电极面对面积等于在块51、52和53的每一个中的单独电极面积。如果没有调节在这三个块51、52和53中的电极面对面积的话，则图像质量会因为尤其沿着布置方向A的喷墨速度变化较大而变差。然而在该实施方案中，如此调节电极面对面积，从而使在这三个块51、52和53中的平均喷墨速度几乎相等。因此，大大改善了打印图像的图像质量。而且，基于在该实施方案对电极面对面积的调节而使喷墨速度一致在设计上的优点在于，在进行这种调节时除了电极的平面形状之外几乎不必改变尺寸参数和控制参数。
在该实施方案中，根据在促动器单元21中的块来改变单独电极35的平面尺寸以调节电极面对面积。因此，不必改变共同电极34的形状，从而可以很容易调节在共同电极34和单独电极35之间的面对面积。
而且，在该实施方案中，促动器单元21分成三个块51、52、53，从而使在每个块中的单独电极35的平面尺寸相同。因此，因为可以根据这些块来改变单独电极35的平面尺寸，虽然调节喷墨速度变化的效果比在不设置任何块的情况下调节单独电极35的平面尺寸的情况中稍低，但是也很容易生产出该促动器单元21。
顺便说一下，在该实施方案的一变型中，除了调节单独电极35的平面尺寸之外，还可以采用这样一种理论，其中因为单独电极35自身的刚度随着单独电极35变得越厚而变得越高从而难以变形，所以喷墨速度变慢。也就是说，当将单独电极35b做得比单独电极35a更厚时，可以降低在喷墨速度中的变化。在该情况中，喷墨速度上的差异不仅可以通过调节电极面对面积而且还可以通过调节单独电极35的厚度来进行补偿，从而即使在喷墨速度起初变化较大的情况也可以使喷墨速度均衡。
在该实施方案的另一个变型中，可以调节共同电极34的形状，同时使单独电极35的平面尺寸为这些块51、52和53所共有，从而可以使在这些块51和52中的电极面对面积大于在块53中的电极面对面积。或者，可以调节单独电极35和共同电极34以控制电极面对面积。
接下来，将对本实用新型的第二实施方案进行说明。根据该实施方案的喷墨打印头在单独电极35的形状上与根据第一实施方案的喷墨打印头部分不同。也就是说，在该实施方案中的喷墨打印头在图1至7中所示的结构上与第一实施方案中的喷墨打印头相同，但是在图8、9A、9B、10A和10B中所示的结构上与第一实施方案的喷墨打印头不同。因此，下面主要对差别点进行说明。为了避免重复说明，与在第一实施方案中相同的部件由与在第一实施方案中相同的参考标号表示。
图11A为根据该实施方案的头主体的剖视图。图11A对应于图10A。图11B为根据该实施方案的头主体的剖视图。图11B对应于图10B。在该实施方案中，在图8中所示的三个块51、52和53如此设置，从而单独电极35c形成在块51和52中，而单独电极35d形成在块53中。每个单独电极35c和35d具有与在图9A中所示的单独电极35a相同的平面尺寸。从图11A和11B中可以看出，每个单独电极35d比每个单独电极35c厚。这是由于以下原因。如果单独电极35变得更厚，则单独电极35自身的刚度变得更高，从而即使在该电极上施加了预定驱动电压的情况下该厚电极也能阻碍促动器单元21的活性层的位移。因此，可以使喷墨速度变慢。这个理论用来调节在这三个块51、52和53中的平均喷墨速度。
在该实施方案中，单独电极35c和35d的厚度如此调节，从而使在这三个块51、52和53中的平均喷墨速度几乎相等。如果没有进行任何调节，则在喷墨速度上尤其沿着布置方向A的变化变得如此之大，以致于使得打印图像的图像质量变差。然而在该实施方案中，打印图像的图像质量得到大大改善，这是因为如此调节了电极厚度，从而使在这三个块51、52和53中的平均喷墨速度几乎相等。根据该实施方案，也可以获得与在第一实施方案中所获得的相同的优点。
接下来将对本实用新型的第三实施方案进行说明。根据该实施方案的喷墨打印头在单独电极35的层压层数量上与根据第一实施方案的喷墨打印头部分不同。也就是说，在该实施方案中的喷墨打印头在图1至7中所示的结构上与在第一实施方案中的喷墨打印头相同，但是在图8、9A、9B、10A和10B中所示的结构上与在第一实施方案中的喷墨打印头不同。因此，下面主要对差别点进行说明。为了避免重复说明，与在第一实施方案中相同的部件由与在第一实施方案中相同的参考标号表示。
图12A为根据该实施方案的头主体的剖视图。图12A对应于图10A。图12B为根据该实施方案的头主体的剖视图。图12B对应于图10B。在该实施方案中，在图8中所示的三个块51、52和53中的两个51和52如此设置，从而单独电极35e形成在压电片41上，而单独电极35f形成在压电片42和43之间，从而与单独电极35e相对地设置。另一方面，在块53中形成有单独电极35g。单独电极35e、35f和35g的每一个具有与在图9A中所示的单独电极35a相同的平面尺寸和厚度。
在压电片41和42形成有通孔，这些通孔在块51和52中设置在焊盘部分36下面。每个通孔填充有导电材料(例如银或钯)。因此，在块51和52中的两个单独电极35e和35f通过该导电材料彼此电连接，从而将该单独电极35f控制成在电位上与单独电极35e相等。在块51和52中，夹在单独电极35f和共同电极34之间的压电片42的区域以及夹在单独电极35e和共同电极34之间的压电片41的区域用作活性层。也就是说，促动器单元21的块51和52设置作为一种单形态式结构，其中在上边的两个压电片41和42形成作为含有活性层的层，而在下边的两个压电片43和44形成作为非活性层。另一方面，块53设置成一种单形态式结构，其中在上边的压电片41形成作为含有活性层的层，而在下边的三个压电片42、43和44形成作为非活性层。
理论上，随着单独电极35的层压层数量增加，喷墨速度增加，因为即使在施加了预定驱动电压的情况下由于有助于这种位移的活性层数量增加而导致在促动器单元21中产生出更大的位移。在该实施方案中，当将在块51和52中的单独电极35的层压层数量设定为2同时将在块53中的单独电极35的层压层数量设定为1时，可以使在三个块51、52和53中的平均喷墨速度几乎相等。如果在这三个块51、52和53中的单独电极35的层压层数量彼此相等，则因为在喷墨速度上的变化尤其在布置方向A上变大，所以打印图像的图像质量变差。然而在该实施方案中，因为将单独电极35的层压层数量调节成使得在这三个块51、52和53中的平均喷墨速度几乎相等，所以打印图像的图像质量得到大大改善。根据该实施方案，也可以获得与在第一实施方案中获得的相同的优点。
虽然上面已经对本实用新型的优选实施方案进行了说明，但是本实用新型并不限于上述实施方案，而且可以在不脱离权利要求的范围的情况下在设计上作出各种变化。例如，压力腔室和单独电极可以不是以矩阵的形式布置，而是沿着一个方向布置。在该情况中，可以沿着该方向调节电极面对面积、单独电极的厚度和单独电极层压层数量。
虽然这些实施方案已经显示出调节在促动器单元中的电极面对面积、单独电极厚度以使之沿着促动器单元的纵向方向改变的情况，但是本实用新型也可以适用于这样的情况，其中根据从与促动器单元相对应的喷嘴中喷出的墨水的速度变化来调节电极面对面积以便沿着两个方向、即促动器单元的纵向方向和与该纵向方向垂直的方向变化。当从这些喷嘴喷出的墨水的速度在与促动器单元的纵向方向垂直的方向上的变化大于在纵向方向上的变化时，则可以将电极面对面积等调节成只沿着与促动器单元的纵向方向垂直的方向变化。
虽然这些实施方案已经显示出采用改变电极面对面积、单独电极的厚度或单独电极层压层数量的手段作为调节喷墨速度的手段这样一种情况，但是本实用新型也可以适用于结合使用从这些手段中任意选择出的两个或多个手段来调节喷墨速度的情况。
虽然这些实施方案已经显示出根据设在促动器单元中的三个块的每一个使电极面对面积等相等的情况，但是可以任意改变块的数量。或者，代替在促动器单元中形成这些块，可以根据单独电极来调节电极面对面积等。虽然这些实施方案已经显示出可以对单独电极的尺寸、厚度等进行适当的调整，从而使从促动器单元中的喷嘴中喷射的墨水的速度是相等的，但是本实用新型不限于使得所喷射的墨水的速度完全相同。也就是如果与所有的单独电极的尺寸等都相同的情况相比，从喷嘴中喷射墨水的速度之间的差异可以降低到实际使用中可以接受的程度，就可以获得本实用新型的效果。
压力腔室和公共墨水腔室的设置不限于前述实施方案。可以在设计上作出各种变化。
在上述实施方案中，假设流动通道单元4由不锈钢制成，促动器单元21由陶瓷材料制成。因此，流动通道单元4的热膨胀系数比促动器单元21的高。但是，当流动通道单元4的热膨胀系数低于促动器单元21也就是当流动通道单元4是由所谓的4-2合金制成的时候，通过设计喷墨打印头1，从而在促动器单元21的中央部分以及边缘部分处，共同电极34和单独电极35之间的面对面积、单独电极35的厚度、以及单独电极35的层压层的数量相对于上述实施方案而言是相反的，每个喷嘴的墨水喷射速度可以被调整为相等。
如上所述，这些实施方案是用来处理在陶瓷材料的促动器单元和金属材料的流动通道单元在加热的时候彼此粘合和固定的情况下、促动器单元的中央部分中的墨水喷射速度高于在促动器单元外边缘部分中的墨水喷射速度这一问题。在这些实施方案中，因为金属流动通道单元的热膨胀系数高于陶瓷的促动器单元的热膨胀系数，因此发明人推断，导致在中央部分的墨水喷射速度比在外边缘部分的速度高的因素与热膨胀系数有关。但是不能得出如下结论由任何其它因素导致在促动器单元的中央部分的墨水喷射速度比在致动器的外边缘部分中的速度高的这种情况是不存在的。如果这种情况发生，可以通过将促动器单元外边缘部分中的共同电极和单独电极之间的面对面积设定成比在促动器单元的中央部分中的小、或者通过将外边缘部分中的单独电极的厚度设定为比在中央部分中的厚、或者通过将在外边缘部分中的活性层的数量设定为比在中央部分中的少，而来调整墨水喷射速度。当然上述方法中的任意两种或者多种可以结合用于调整墨水喷射速度。
如上所述，本实用新型第一结构的喷墨打印头具有流动通道单元以及促动器单元，流动通道单元包括沿着平面设置从而分别与喷嘴连接的压力腔室，促动器单元固定在流动通道单元的表面，用于改变每个压力腔室的体积。促动器单元包括单独电极，其位置设置成分别与压力腔室相对；共同电极，设置成在压力腔室上延伸；以及压电片，置于共同电极和单独电极之间。在促动器单元的中央部分中的共同电极和单独电极之间的面对面积比在促动器单元的外边缘部分中的共同电极和单独电极之间的面对面积小。
根据该第一结构，因为根据在促动器单元中的位置而调整共同电极和单独电极之间的面对面积，从而消除了墨水喷射速度之间的差异，因此不管每个压力腔室相对于促动器单元的位置，喷嘴中喷射墨水的速度可以大致相同。另外，除了电极的平面形状之外，基本不必改变尺寸参数和控制参数，因此存在着设计上的优势。
优选的，在第一结构中，设置在促动器单元的中央部分中的单独电极的面积比设置在促动器单元的外边缘部分中的单独电极的面积小。根据该结构，可以容易地调整共同电极和单独电极之间的面对面积。
从喷嘴的高集成度的角度而言，在第一结构中，单独电极可以设置成矩阵的形式。在这种情况下，特别是当墨水喷射速度显示出沿着促动器单元中的一个方向发生改变的倾向时，优选从消除墨水喷射速度中的差异的角度而言，沿着一个方向改变促动器单元中的面对面积。
在该结构中，促动器单元可以分成块。在这种情况下，优选在每个块中的面对面积是恒定的，但是在位于促动器单元的中央部分中的一个块中的面对面积比位于促动器单元的外边缘部分中的另一个块中的面对面积小。根据该结构，可以容易地制造促动器单元，因为可以根据块而改变电极的平面形状。
在第一结构中，促动器单元的中央部分中的每个单独电极的厚度可以比在促动器单元的外边缘部分中的每个单独电极的厚度大。即使在初始的墨水喷射速度中产生很大的差异，但是因为可以通过调整每个单独电极的厚度以及通过调整两个电极之间的面对面积而可以消除墨水喷射速度之间的差异，从而墨水喷射速度可以相同。
在另一个方面，第二结构的喷墨打印头具有流动通道单元以及促动器单元，流动通道单元包括沿着平面设置从而分别与喷嘴连接的压力腔室，促动器单元固定在流动通道单元的表面，用于改变每个压力腔室的体积。促动器单元包括单独电极，其位置设置成分别与压力腔室相对；共同电极，设置成为压力腔室所共有；以及压电片，置于共同电极和单独电极之间。在促动器单元的中央部分中的每个单独电极的厚度比在促动器单元的外边缘部分中的每个单独电极的厚度大。
在又一个方面，第三结构的喷墨打印头具有流动通道单元以及促动器单元，流动通道单元包括沿着平面设置从而分别与喷嘴连接的压力腔室，促动器单元固定在流动通道单元的表面，用于改变每个压力腔室的体积。促动器单元包括单独电极，其位置设置成分别与压力腔室相对；共同电极，设置成为压力腔室所共有；以及压电片，置于共同电极和单独电极之间。在促动器单元的中央部分的压电片中的单独电极的层压层数量比在促动器单元的外边缘部分中的层压层数量多。
根据该结构，因为每个单独电极的厚度或者单独电极的层压层数量根据在促动器单元中的每个位置而进行调整，因此消除了墨水喷射速度之间的差异，因此不管每个压力腔室相对于促动器的位置，从喷嘴中喷射的墨水的速度可以大致相同。
在另一个方面，第四结构的喷墨打印头具有流动通道单元以及促动器单元，流动通道单元包括沿着平面设置从而分别与喷嘴连接的压力腔室，促动器单元固定在流动通道单元的表面，用于改变每个压力腔室的体积。促动器单元包括单独电极，其位置设置成分别与压力腔室相对；共同电极，设置成在压力腔室上延伸；以及压电片，置于共同电极和单独电极之间。共同电极和单独电极之间的面对面积根据在促动器单元中的位置而改变。
根据该结构，因为根据在促动器单元中的每个位置而调整共同电极和单独电极之间的面对面积，因此消除了墨水喷射速度上的差异，因此不管每个压力腔室相对于促动器的位置，从喷嘴中喷射的墨水的速度可以大致相同。另外，除了电极的平面形状之外，基本不必改变尺寸参数和控制参数，因此存在着设计上的优势。
在另一个方面，第五结构的喷墨打印头包括流动通道单元，包括沿着平面设置从而分别与喷嘴连接的压力腔室；以及促动器单元，固定在流动通道单元的表面，并改变每个压力腔室的体积，促动器单元包括多个单独电极，每一个的位置设置成分别与压力腔室相对；共同电极，设置成在压力腔室上延伸；以及压电片，置于共同电极和单独电极之间，其中根据在促动器单元中的每个促动器元件的设置位置，将由每个单独电极、共同电极和压电片层压而构成的促动器元件形成为不同的结构。
根据第五结构，通过根据在促动器单元中每个促动器设置的位置而将每个促动器的结构形成为彼此不同，消除了墨水喷射速度上的差异。因此，不管压力腔室相对于促动器单元的位置，从喷嘴中喷射的墨水的速度可以大致相同。
本实用新型优选实施方案的以上说明是用来进行举例说明。它不是进行穷举或者将本实用新型限制在所披露的明确形式上，在上面教导的启示下或者从本实用新型的实践中可以得出许多改变和变化。选择这些实施方案进行说明是为了说明本实用新型的原理及其实际应用，从而使得本领域普通技术人员能够将本实用新型用在各种实施方案中并且可以作出适用于所期望的特定用途的各种变化。本实用新型的范围打算由所附权利要求及其等同方案来限定。
权利要求1.一种喷墨打印头，包括流动通道单元，包括沿着平面设置并分别与喷嘴相连的压力腔室；以及促动器单元，固定在流动通道单元的表面上，改变每个压力腔室的体积，该促动器单元包括多个单独电极，每一个设置成其位置分别与压力腔室相对；共同电极，设置成在压力腔室上延伸；以及压电片，设置在共同电极和单独电极之间，其特征在于根据在促动器单元中的位置即每个促动器元件的设置位置，将由每个单独电极、共同电极和压电片层压而构成的促动器元件形成为不同的结构。
2.如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于将单独电极在促动器单元中设置为矩阵的形式。
3.如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于当在单独电极和共同电极之间施加预定电压时，每个促动器元件改变相应的压力腔室的体积。
4.如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于将单独电极形成为其形状彼此类似。
5.如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于根据在促动器单元中设置的多个区域将促动器元件形成为不同的结构，所述区域是促动器元件的设置区域。
6.如权利要求5所述的喷墨打印头，其特征在于促动器单元由与促动器单元的其中条边缘线平行的至少一个假想分隔线分成多个区域。
7.如权利要求5所述的喷墨打印头，其特征在于根据每个促动器元件设置在促动器单元的中央部分处的第一区域还是在促动器单元的边缘部分处的第二区域，将促动器元件形成为不同的结构。
8.如权利要求7所述的喷墨打印头，其特征在于使第一区域所占据的面积比第二区域所占据的面积大。
9.如权利要求7所述的喷墨打印头，其特征在于将设置在第一区域的促动器元件的共同电极和单独电极之间的面对面积构成为比设置在第二区域的促动器元件的共同电极和单独电极之间的面对面积小。
10.如权利要求9所述的喷墨打印头，其特征在于将设置在第一区域的促动器元件的单独电极的面积构成为比设置在第二区域的促动器元件的单独电极的面积小。
11.如权利要求9所述的喷墨打印头，其特征在于将单独电极在促动器单元中设置为矩阵的形式。
12.如权利要求11所述的喷墨打印头，其特征在于将促动器元件的面对面积构成为沿着促动器单元的一个平面内方向、并根据每个促动器元件的设置位置而不同。
13.如权利要求7所述的喷墨打印头，其特征在于将设置在第一区域的促动器元件的单独电极的厚度构成为比设置在第二区域的促动器元件的单独电极的厚度大。
14.如权利要求7所述的喷墨打印头，其特征在于促动器元件在压电片中设置有不同数量的单独电极层压层，以及其中将设置在第一区域的促动器元件中的单独电极的层压层数量构成为比设置在第二区域的促动器元件中的单独电极的层压层数量少。
15.如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于根据每个促动器元件的设置位置，将促动器元件形成为在单独电极和共同电极之间具有不同的面对面积。
16.如权利要求15的喷墨打印头，其特征在于将促动器元件的面对面积构成为沿着促动器单元的一个平面内方向、并根据每个促动器元件的设置位置而不同。
17.如权利要求15所述的喷墨打印头，其特征在于根据每个促动器元件的设置位置，将促动器元件构成为具有不同的单独电极的面积。
18.如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于根据每个促动器元件的设置位置，将促动器元件构成为具有不同的单独电极的厚度。
19.如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于根据每个促动器元件的设置位置，将促动器元件构成为在压电片中具有不同数量的单独电极层压层。
专利摘要一种喷墨打印头，包括流动通道单元，包括沿着平面设置并分别与喷嘴相连的压力腔室；以及促动器单元，固定在流动通道单元的表面上，改变每个压力腔室的体积，该促动器单元包括多个单独电极，每一个设置成其位置分别与压力腔室相对；共同电极，设置成在压力腔室上延伸；以及压电片，设置在共同电极和单独电极之间，其中根据在促动器单元中的位置即每个促动器元件的设置位置，将由每个单独电极、共同电极和压电片层压而构成的促动器元件形成为不同的结构。
文档编号B41J2/045GK2789022SQ20042006959
公开日2006年6月21日 申请日期2004年6月30日 优先权日2003年6月30日
发明者坂井田惇夫 申请人:兄弟工业株式会社