專利名稱：噴墨型打印頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及向記錄介質(zhì)噴射墨水的噴墨型打印頭，再詳細(xì)地講，涉及將保持墨水的多個(gè)空腔配設(shè)成矩陣狀的噴墨型打印頭。
背景技術(shù)：
噴墨型打印頭(以下簡稱為打印頭)從收容墨水的墨水槽經(jīng)岐管(供給通道)向多個(gè)空腔(壓力室)供給墨水，通過分別設(shè)置在各空腔的壓電元件向各空腔有選擇地施加壓力，從而從與各空腔連通形成的噴嘴噴出墨水。在打印頭中，由于要求印刷圖像的高質(zhì)量化·高清晰化，所以必須減小噴嘴的配設(shè)間距。
隨之，在打印頭中，要求與噴嘴相關(guān)的壓電要素或空腔等構(gòu)成元件也要密集配置。象這樣在密集配置構(gòu)成要素的情況下，會(huì)產(chǎn)生這樣的問題，即當(dāng)向特定的空腔加壓噴射墨滴時(shí)，也將加壓力向與作為加壓對(duì)象的空腔相鄰的空腔傳導(dǎo)，從而影響相鄰的空腔的噴射特性，也就是產(chǎn)生串?dāng)_(cross talk)。
為了解決該問題，專利文獻(xiàn)1公開了在具有形成噴嘴所連通的液室的至少一個(gè)表面的振動(dòng)板的打印頭中，振動(dòng)板作為樹脂薄膜和SUS(Steel Use Stainless)材料的層疊體，通過將樹脂薄膜的厚度T相對(duì)液室的短方向?qū)挾萕設(shè)定在0.035*W＜T＜0.065*W的范圍內(nèi)，就可減少串?dāng)_。
專利文獻(xiàn)1日本特開2000-334946號(hào)專利公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
然而，上述專利文獻(xiàn)1公開的方法被認(rèn)為在噴嘴排列成一列的打印頭上是有效的，對(duì)于為了進(jìn)一步高密度地配設(shè)噴嘴而將空腔設(shè)置成矩陣狀的打印頭上的有效性還是疑問。將空腔排列成矩陣狀的打印頭，不只是在一個(gè)方向上相鄰的空腔，所有相鄰的空腔都受到串?dāng)_的影響，所以，串?dāng)_對(duì)圖像質(zhì)量的影響進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，認(rèn)為上述專利文獻(xiàn)1公開的方法對(duì)于空腔成矩陣狀配置的打印頭有效性較低。
本發(fā)明是鑒于上述課題而提出的，目的是在將空腔設(shè)置成矩陣狀的打印頭中提供可以降低來自相鄰的周圍的空腔的串?dāng)_，能夠獲得感覺不到印刷的象素(點(diǎn))的位置偏移的高質(zhì)量的輸出結(jié)果的噴墨型打印頭。
本發(fā)明權(quán)利要求1記載的噴墨型打印頭，是向記錄介質(zhì)噴射墨水的噴墨型打印頭，具備保持前述墨水的多個(gè)空腔；多個(gè)壓電元件，分別設(shè)置在前述各個(gè)空腔上，推壓前述各個(gè)空腔；以及噴嘴，呈矩陣狀地配設(shè)在前述墨水的噴射面上，分別與前述各個(gè)空腔連通，其特征在于，當(dāng)前述壓電元件的層數(shù)為N，前述壓電元件的活性層數(shù)為A，包含前述空腔的虛擬格子的內(nèi)角中90°以下的角度為α[°]，前述各虛擬格子的占有面積為Spin[mm2]，前述各空腔的占有面積為Scav[mm2]，設(shè)置在前述各空腔上的前述壓電元件的活性部的占有面積為Spzt[mm2]時(shí)，滿足如下所示的關(guān)系式(9)K0·Na0·Ab0·αc0·Spind0·(Scav/Spin)e0·(Spzt/Scav)f0≤0.1(9)其中，[a0＝1.87686、b0＝0.31786、c0＝-0.18649、d0＝-1.09273、e0＝3.97019、f0＝0.93332、K0＝0.05307]。
本發(fā)明權(quán)利要求7記載的噴墨型打印頭，是向記錄介質(zhì)噴射墨水的噴墨型打印頭，具備保持前述墨水的多個(gè)空腔；多個(gè)壓電元件，分別設(shè)置在前述各個(gè)空腔上，推壓前述各個(gè)空腔；以及噴嘴，呈矩陣狀地配設(shè)在前述墨水的噴射面上，分別與前述各個(gè)空腔連通，其特征在于，當(dāng)前述壓電元件的層數(shù)為N，前述壓電元件的活性層數(shù)為A，包含前述空腔的虛擬格子的內(nèi)角中90°以下的角度為α[°]，前述各虛擬格子的占有面積為Spin[mm2]，前述各空腔的占有面積為Scav[mm2]，設(shè)置在前述各空腔上的前述壓電元件的活性部的占有面積為Spzt[mm2]時(shí)，滿足如下所示的關(guān)系式(10)K0′·Na0′·Ab0′·αc0′·Spind0′·(Scav/Spin)e0′·(Spzt/Scav)f0′≤0.1……(10)其中，[a0′＝1.55486、b0′＝0.27907、c0′＝1.03986、d0′＝-0.97015、e0′＝4.24397、f0′＝1.03880、k0′＝0.00013]。
本發(fā)明的噴墨打印頭是將各部分的角度及尺寸滿足規(guī)定的關(guān)系式進(jìn)行設(shè)定的，因此，根據(jù)后面將要述及的詳細(xì)的理由，可以將來自與規(guī)定的空腔相鄰的所有的空腔的串?dāng)_產(chǎn)生的影響降低，獲得感覺不到印刷的象素(點(diǎn))的位置偏移的高質(zhì)量的輸出結(jié)果的噴墨型打印頭。


圖1是表示作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例例示的打印頭的噴墨面的平面圖。
圖2是表示該打印頭的噴墨面，是將圖1中點(diǎn)劃線包圍的區(qū)域進(jìn)行放大表示的關(guān)鍵部分的放大簡圖。
圖3是表示該打印頭的噴墨面，是將圖2中點(diǎn)劃線包圍的區(qū)域進(jìn)行放大表示的關(guān)鍵部分的放大簡圖。
圖4是表示該打印頭的剖面構(gòu)造的剖面簡圖。
圖5表示用以說明通過該打印頭進(jìn)行圖像形成的物理模型，(a)是表示墨滴以不同的速度向與打印頭進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)的紙張噴射的狀態(tài)的說明圖，(b)是說明與墨滴的滴落位置的差異對(duì)應(yīng)的滴落精度的模式圖。
圖6表示對(duì)于該打印頭進(jìn)行說明的物理模型，(a)是表示包含配置成矩陣狀的空腔的虛擬格子和與該虛擬格子相關(guān)的指標(biāo)的關(guān)系的說明圖，(b)是概略地表示虛擬格子的剖面的簡圖。
圖7是表示該打印頭中相對(duì)于加載在壓電元件上的電壓的噴墨速度與壓電元件的體積變化量的關(guān)系的曲線圖。
圖8是表示用于對(duì)該打印頭進(jìn)行說明的執(zhí)行單元的剖面構(gòu)造的模式圖，當(dāng)壓電元件的層數(shù)為N，活性層數(shù)為A時(shí)，(a)表示N＝2，A＝1的情況下，(b)表示N＝4，A＝1的情況下，(c)表示N＝4，A＝2的情況下，(d)表示N＝4，A＝3的情況下，(e)表示N＝6，A＝3的情況下，(f)表示N＝6，A＝3的情況下，(g)表示N＝6，A＝3的情況下，(h)表示N＝6，A＝4的情況下的壓電元件的層疊構(gòu)造的模式圖。
圖9是表示通過解析獲得的周圍串?dāng)_值與通過近似函數(shù)獲得的值之間的關(guān)系的曲線圖。
圖10是表示當(dāng)改變Spzt/Scav及A的值時(shí)，通過近似函數(shù)獲得的F2，F(xiàn)3的值的曲線圖，(a)是表示改變Spzt/Scav的值時(shí)的F2的值的曲線圖，(b)是表示改變Spzt/Scav的值時(shí)的F3的值的曲線圖，(c)是表示改變A的值時(shí)的F2的值的曲線圖，(d)是表示改變A的值時(shí)的F3的值的曲線圖。
圖11是表示當(dāng)改變?chǔ)良癝cav/Spin的值時(shí)，通過近似函數(shù)獲得的F2，F(xiàn)3的值的曲線圖，(a)是表示改變?chǔ)恋闹禃r(shí)的F2的值的曲線圖，(b)是表示改變?chǔ)恋闹禃r(shí)的F3的值的曲線圖，(c)是表示改變Scav/Spin的值時(shí)的F2的值的曲線圖，(d)是表示改變Scav/Spin的值時(shí)的F3的值的曲線圖。
具體實(shí)施方式
下面，參照附圖對(duì)于本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。以下，參照?qǐng)D1～圖4對(duì)于本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的打印頭1進(jìn)行說明。圖1是從成為墨水噴射面的底面?zhèn)人暣蛴☆^1的平面圖，圖2是圖1中描繪的點(diǎn)劃線包圍的區(qū)域的放大圖。圖3是圖2中描繪的點(diǎn)劃線包圍的區(qū)域的放大圖，圖4是圖1所示的打印頭的關(guān)鍵部分的剖視圖。
打印頭1與現(xiàn)有被廣泛采用的使打印頭自身相對(duì)于記錄介質(zhì)進(jìn)行移動(dòng)掃描，或者僅具備一列或多列噴射墨水的噴嘴的所謂行式打印機(jī)用的打印頭不同，而是形成將多個(gè)噴嘴在噴墨面上配置成矩陣狀的結(jié)構(gòu)。此外，不使打印頭1進(jìn)行移動(dòng)掃描，而是使其成為固定的狀態(tài)，分別從多個(gè)噴嘴向以極高的速度通過的記錄介質(zhì)噴射墨水，從而具有以極高的速度印刷出高清晰和高質(zhì)量的圖像的能力。
以下將使記錄介質(zhì)通過打印頭1的方向稱為「副掃描方向」，將與該副掃描方向正交的方向定義為「主掃描方向」進(jìn)行說明。
如圖1所示，本實(shí)施例的打印頭1形成在一個(gè)方向(主掃描方向)延續(xù)存在的矩形形狀，在其底面設(shè)置有交錯(cuò)狀地排列成2列的多個(gè)梯形的噴墨區(qū)域2。也就是，將各噴墨區(qū)域2配設(shè)在相對(duì)于相鄰的噴墨區(qū)域2僅偏移規(guī)定的偏移量的位置上。
在噴墨區(qū)域2的表面，如后面將要述及的那樣，設(shè)置有多個(gè)噴嘴8(參照?qǐng)D2及圖3)。在打印頭1的內(nèi)部，沿著其縱向形成墨水積存處3。墨水積存處3通過設(shè)置在其一端的開口3a與收容墨水的墨水槽(未圖示)連通，在使用打印頭1的狀態(tài)下用墨水充滿。在墨水積存處3上，在沒有設(shè)置噴墨區(qū)域2的區(qū)域上，在沿著墨水積存處3的延伸方向，開口3b在每兩個(gè)成一對(duì)的狀態(tài)下，設(shè)置成交錯(cuò)狀。
如圖1及圖2所示，墨水積存處3通過開口3b與作為墨水供給通路的岐管5連通，墨水供給通路被配置于其下層(相對(duì)噴墨面的打印頭1的內(nèi)部一側(cè))。也可在開口3b上設(shè)置用以捕獲含在墨水內(nèi)的灰塵等的過濾器。岐管5形成其頂端部分成2個(gè)副岐管5a的結(jié)構(gòu)。在一個(gè)噴墨區(qū)域2的上部，相對(duì)于該噴墨區(qū)域2，從位于打印頭1的縱向(主掃描方向)雙鄰的2個(gè)開口3b，分別連接有2個(gè)副歧管5a。也就是，在各噴墨領(lǐng)域2上，合計(jì)四個(gè)副歧管5a沿著打印頭1的縱向延伸。在各副歧管5a中充滿從墨水積存處3供給的墨水。
另外，如圖2及圖3所示，在噴墨區(qū)域2的表面上配置有多個(gè)噴嘴8。如圖4所示，各噴嘴8在噴墨面?zhèn)刃纬芍饾u變細(xì)的形狀，通過平面形狀為大致菱形的空腔(壓力室)10及狹縫12與副歧管5a連通。
打印頭1通過上述的結(jié)構(gòu)，形成這樣的墨水流路，即從省略了圖示的墨水槽經(jīng)墨水積存處3、歧管5、副歧管5a及狹縫12到達(dá)空腔10，再經(jīng)墨水流路32到達(dá)噴嘴8。墨水流路32的中心軸在打印頭1的內(nèi)部延伸，以使與包含空腔10的平面垂直地交叉。
在圖2及圖3中，圖示上，用實(shí)線表示設(shè)置在噴墨區(qū)域2的內(nèi)部的空腔10及狹縫12，但這些空腔10及狹縫12是實(shí)際上從噴墨面看不到的。
如圖3所示，打印頭1是在噴墨區(qū)域2內(nèi)，以與一個(gè)空腔10連通的狹縫12與和該空腔10相鄰的空腔10重疊的狀態(tài)被設(shè)置的，同時(shí)，空腔10彼此是在非常密集的狀態(tài)下被設(shè)置的。如圖4所示，如此的結(jié)構(gòu)，由于打印頭1形成由多個(gè)板材21～30構(gòu)成的層疊結(jié)構(gòu)，并且將空腔10和狹縫12分別配置在不同的板材平面，所以是可能實(shí)現(xiàn)的。
這里，對(duì)于打印頭1的層疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。也就是，如圖4所示，打印頭1形成將整體上成為梯形的執(zhí)行單元21、空腔板22、基板23、狹縫板24、供應(yīng)板25、三張歧管板26、27、28、蓋板29以及噴嘴板30進(jìn)行層疊的結(jié)構(gòu)，其中梯形的執(zhí)行單元21具有與各空腔10對(duì)應(yīng)配設(shè)的壓電元件；空腔板22形成有成為空腔10的貫通孔；基板23分別與空腔10的兩端部對(duì)應(yīng)設(shè)置連通孔；狹縫板24形成與該基板23的連通孔聯(lián)絡(luò)的另外的連通孔及狹縫12；供應(yīng)板25構(gòu)成副歧管5a的壁部，設(shè)有與記述的另外的連通孔聯(lián)絡(luò)而構(gòu)成墨水流路32的一部分的連通孔以及使前述狹縫12的一端和副歧管5a進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的連通孔；三張歧管板26、27、28形成有大致圓形的貫通孔，該大致圓形的貫通孔構(gòu)成組成副歧管5a的貫通孔和墨水流路32；蓋板29構(gòu)成副歧管5a的另一個(gè)壁部，并形成有將墨水流路32與噴嘴8進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的貫通孔；噴嘴板30形成有噴嘴8。
空腔10在密集的狀態(tài)下，被配置為多個(gè)矩陣狀(格子狀)。而且，在各空腔10上，墨水流路32在于空腔10內(nèi)流動(dòng)的墨水的方向上變化，并延伸設(shè)置到噴嘴8。
在打印頭1的主掃描方向上，沿著構(gòu)成成矩陣狀配置的空腔10的列，將副歧管5a延伸設(shè)置在打印頭1的內(nèi)部。與副歧管5a相鄰的列中的空腔10在打印頭1的厚度方向(深度方向)，在與副歧管5a的一部分重疊的狀態(tài)下進(jìn)行配置。
如上所述，打印頭1通過將構(gòu)成一個(gè)噴墨的空腔10及狹縫12等各要素進(jìn)行密集立體配置，可以極高密度地配置空腔10，可以利用較小的占有面積的打印頭1在記錄介質(zhì)上形成高析像度的圖像。
各空腔10在圖2及圖3所示的平面上，位于噴墨區(qū)域2內(nèi)，被并列設(shè)置在打印頭1延伸的方向即主掃描方向(以下也稱為「第一排列方向」)和從打印頭1的寬度方向(副掃描方向)稍微傾斜的方向(以下稱為「第二排列方向」)這兩個(gè)方向上。噴嘴8在第一排列方向上，以相當(dāng)于37.5dpi(也就是每1英寸37.5個(gè))的間隔配置。本實(shí)施例中，對(duì)于通過象這樣地配置噴嘴8而形成的噴嘴列，在第二排列方向(大致副掃描方向)觀察時(shí)，16行的噴嘴列相鄰配置。也就是，空腔10在相鄰的兩個(gè)噴墨區(qū)域內(nèi)，在第二排列方向上，配置成最多包含16個(gè)。而且，由于在第二排列方向上排列16個(gè)空腔10，所以位于第二排列方向的兩端的空腔10彼此的位移相當(dāng)于空腔10在第一排列方向的一個(gè)寬度量。因此，打印頭1在整個(gè)寬度(副掃描方向的長度)內(nèi)被設(shè)定為，在僅隔開在第一排列方向相鄰的2個(gè)噴嘴8之間的距離的范圍內(nèi)，存在16個(gè)噴嘴8。并且，對(duì)于各噴墨區(qū)域2的第一排列方向的兩端部，由于與在打印頭1的主掃描方向上對(duì)置的噴墨區(qū)域2形成相輔關(guān)系，從而形成滿足上述設(shè)定的結(jié)構(gòu)。
如上所述構(gòu)成的打印頭1，在向記錄介質(zhì)進(jìn)行印刷時(shí)，通過從配置在第一排列方向及第二排列方向的多個(gè)噴嘴8依次向在副掃描方向上高速地進(jìn)行移動(dòng)的記錄介質(zhì)噴射墨滴，可以在主掃描方向上以600dpi進(jìn)行印刷，并能夠印刷出高清晰的圖像。
如上所述，在打印頭1中，其多個(gè)空腔10被配置成矩陣狀，要獲得感覺不到印刷象素(點(diǎn))的位置偏移的高質(zhì)量的輸出結(jié)果，就必須考慮串?dāng)_產(chǎn)生的影響。這里，所謂「串?dāng)_」是在對(duì)特定的空腔10進(jìn)行加壓噴射墨滴時(shí)，加壓力也向作為加壓對(duì)象的空腔10相鄰的空腔10傳遞，從而影響相鄰的空腔10的噴射特性的現(xiàn)象。
作為考慮對(duì)象的「串?dāng)_」，例如可以舉出象例如聲學(xué)的流體串?dāng)_等的多種串?dāng)_，但是本發(fā)明著重于剛體串?dāng)_，通過將構(gòu)成打印頭1的各部分的角度及尺寸設(shè)定成滿足規(guī)定的條件，從而可以減少該剛體的串?dāng)_。
下面，對(duì)于構(gòu)成打印機(jī)1的各部分的應(yīng)該設(shè)定的角度及尺寸，根據(jù)采用如圖5及圖6所示的物理模型進(jìn)行解析的結(jié)果來進(jìn)行說明。
首先，圖5表示采用打印頭1向記錄介質(zhì)(紙張)進(jìn)行印刷時(shí)的物理模型。如圖5所示，在打印頭中1中，假設(shè)從作為解析對(duì)象的規(guī)定的噴嘴8噴出的墨滴的噴射速度為v1，從與解析對(duì)象的噴嘴8相鄰的周圍噴嘴8噴射的墨滴的噴射速度為v2的情況。
此時(shí)，當(dāng)從2個(gè)噴嘴8噴射的墨滴的噴射速度相同(v1＝v2)時(shí)，打印頭1中各噴嘴的位置與滴落在紙張41上的墨滴的位置的相對(duì)位置關(guān)系是一樣的。也就是，此時(shí)從二個(gè)噴嘴噴射的各墨滴，滴落在從紙張41靜止時(shí)的靜止時(shí)滴落位置僅偏移相當(dāng)于在到達(dá)時(shí)間以內(nèi)移動(dòng)的紙張41的輸送量的位置上。
然而，當(dāng)從兩個(gè)噴嘴8噴射的墨滴的噴射速度不同時(shí)(v1≠v2)，噴射速度較小的墨滴與噴射速度較大的墨滴相比，到達(dá)紙張表面的時(shí)間要長，因此在延長到達(dá)的時(shí)間內(nèi)紙張41移動(dòng)，從而從正規(guī)的滴落位置偏移。也就是，由于各墨滴的噴射速度產(chǎn)生差異，各墨滴在紙張41靜止時(shí)的滴落位置與實(shí)際的滴落位置之間產(chǎn)生差異。
由此，當(dāng)作為記錄介質(zhì)的紙張41的輸送速度為vp，打印頭1與紙張41的距離(間隙)為G時(shí)，從各噴嘴8噴射的墨滴的到達(dá)時(shí)間差Δt，可以用以下所示的關(guān)系式表示。
Δt＝G·(1/v2-1/v1)設(shè)從研究的噴嘴8和從其周圍的噴嘴8噴射的墨滴之間產(chǎn)生的、從正規(guī)的滴落位置的偏移量的差為滴落精度q，紙張的輸送速度為vp時(shí)，滴落精度q可以用以下所示的關(guān)系式表示。
q≥Δt·vp＝G·(1/v2-1/v1)·vp＝G·vp/v1·(v1/v2-1)將上述的關(guān)系式變形，可以得到以下的關(guān)系式(A)。
v2/v1≥G·vp/(q·v1+G·vp)...(A)這里，設(shè)所研究的噴嘴8對(duì)應(yīng)的執(zhí)行單元21的壓電元件的體積變化量為dVc，設(shè)與周圍的噴嘴8對(duì)應(yīng)的壓電元件的體積變化量相對(duì)于所研究的噴嘴8對(duì)應(yīng)的壓電元件的體積變化量的差異為體積變化量差dVs，在體積變化量dVc和體積變化量差dVs之間，存在圖7所示的關(guān)系。而且，圖7也示出了加載于執(zhí)行單元21的壓電元件的電壓V，噴嘴8的噴墨速度以及壓電元件的體積變化量(PZT體積變化量)dV之間的關(guān)系。由于電壓V和體積變化量dV大致成正比，因此根據(jù)圖7所示的關(guān)系，可以獲得如下所示的關(guān)系式。
v2/v1＝(dVc-dVs)/dVc＝1-dVs/dVc
這里，將上述關(guān)系式代入關(guān)系式(A)時(shí)，可以得到如下所示的關(guān)系式。
dVs/dVc≤1-G·vp/(q·v1+G·vp)＝q·v1/(q·v1+G·vp)這里，上述參數(shù)的值vp＝846.7mm/s，G＝1mm，v1＝9m/s時(shí)，可以獲得這樣的結(jié)果，即例如要將滴落精度q控制在5μm，就要求dVs/dVc≤5.0％，要將滴落精度q控制在10μm，就要求dVs/dVc≤9.6％。也就是，通過將滴落精度控制在上述范圍內(nèi)，可以限制感覺到各墨滴的滴落位置偏移。
本實(shí)施例的說明中，將上述dVs/dVc定義為該空腔從與所研究的空腔相鄰的周圍的空腔受到的串?dāng)_，即周圍串?dāng)_F0。
和與紙張輸送方向垂直的方向即第一排列方向相鄰的空腔10被驅(qū)動(dòng)的機(jī)會(huì)較多，以同時(shí)噴射墨滴。為此，研究特定的空腔10時(shí)，認(rèn)為從與所研究的空腔10在第一排列方向上相鄰的空腔受到串?dāng)_的成分多于從與其他方向相鄰的空腔受到的串?dāng)_成分。
這里，將所研究的空腔從與所研究的空腔在第一排列方向上相鄰的空腔受到的串?dāng)_，即相鄰串?dāng)_F0′定義成F0′＝dVv/dVc。如圖6所示，dVv是與和所研究的空腔在第一排列方向上相鄰的空腔對(duì)應(yīng)的壓電元件的體積變化量相關(guān)的量。這里，是相當(dāng)于與相鄰的空腔對(duì)應(yīng)的壓電元件的體積變化量相對(duì)于所研究的空腔對(duì)應(yīng)的壓電元件的體積變化量的差異的量(變化量差)。
這里，當(dāng)設(shè)設(shè)置在執(zhí)行單元21上的壓電元件的活性層數(shù)為A，包含空腔的虛擬格子的各占有面積為Spin[mm2]，設(shè)置在各空腔上的壓電元件中的活性部的占有面積為Spzt[mm2]時(shí)，將空腔的變形效率F1定義為以下的關(guān)系式(B)。
F1＝dVc/(spzt·A·Spin)...(B)變形效率F1表示將所研究的空腔作為單體進(jìn)行研究的情況下的變形效率。在包含于上述關(guān)系式(B)的項(xiàng)目中，由于spzt·A與靜電容量成正比，所以希望其與輸入功率成正比變小，對(duì)于表示虛擬格子的占有面積的Spin，及表示所研究的空腔的體積變化量的dVc，分別希望其變小及變大。因此，變形效率F1將希望變小的項(xiàng)包含在分母中，將希望變大的項(xiàng)包含在分子中，從而可以是希望變大函數(shù)。另外，如上述關(guān)系式(B)所示的那樣，變形效率F1是表示無論以怎樣小的面積和怎樣小的驅(qū)動(dòng)電壓都可使空腔產(chǎn)生較大的體積變化的函數(shù)。
這里，將進(jìn)一步的變形效率F2及變形效率F3定義為如下所示的關(guān)系式(C)及(D)。變形效率F2是對(duì)變形效率F1施加由與所研究的空腔相鄰的周圍的所有空腔的總串?dāng)_產(chǎn)生的影響的函數(shù)，變形效率F3是對(duì)所研究的空腔施加由該空腔從在特定的排列方向(本實(shí)施例中為第一排列方向)上相鄰的空腔受到的串?dāng)_產(chǎn)生的影響的函數(shù)。
F2＝F1/dVs＝dVc/(dVs·Spzt·A·Spin)...(C)F3＝F1/dVv＝dVc/(dVv·Spzt·A·Spin)...(d)如圖8所示，活性層數(shù)A表示構(gòu)成執(zhí)行機(jī)構(gòu)21的壓電元件中被接地的共用電極34和驅(qū)動(dòng)電極35夾在中間的活性層的數(shù)量。壓電元件的層數(shù)N表示構(gòu)成壓電元件的層疊結(jié)構(gòu)的各壓電材料層的層數(shù)。而且，圖8(a)表示N＝2，A＝1的情況下，圖8(b)表示N＝4，A＝1的情況下，圖8(c)表示N＝4，A＝2的情況下，圖8(d)表示N＝4，A＝3的情況下，圖8(e)表示N＝6，A＝3的情況下，圖8(f)表示N＝6，A＝3的情況下，圖8(g)表示N＝6，A＝3的情況下，圖8(h)表示N＝6，A＝4的情況下，壓電元件的層疊構(gòu)造的示意圖。
這里，包含空腔的虛擬格子的內(nèi)角中，設(shè)90°以下的角度為α，空腔的占有面積為Scav，對(duì)于Fi(I＝0，0′，1，2，3)，利用如下所示的近似函數(shù)(E)進(jìn)行近似計(jì)算。此時(shí)，投影在噴墨面的虛擬格子的形狀和空腔的形狀為相似的關(guān)系。本實(shí)施例中，打印頭1的執(zhí)行單元21的驅(qū)動(dòng)電壓為20V，執(zhí)行單元21中壓電元件材料層一層的厚度為15μm，空腔板22的厚度為50μm，基板23的厚度為150μm。
Fi＝Ki·Nai·Abi·αci·Spindi·(Scav/Spin)ei·(Spzt/Scav)fi...(E)這里，上述近似函數(shù)(E)中，對(duì)于i＝0，0′，1，2，3的各情況下求得的近似結(jié)果的參數(shù)ai～fi以及ki如下表1所示。


接著，分別使虛擬格子的內(nèi)角α變?yōu)?0°，60°，90°，使虛擬格子的占有面積Spin變?yōu)?.4，0.6，0.8(單位mm2)，使Scav/Spin變?yōu)?.4，0.6，0.8，使Spzt/Scav變?yōu)?.3，0.6，0.9，隨之對(duì)于如圖8所示使壓電元件的層數(shù)N及活性層數(shù)A分別改變的情況，求出周圍串?dāng)_F0＝dVs/dVc的值和在上述的近似函數(shù)(E)中i＝0時(shí)的值。圖9表示對(duì)于獲得的各種情況的周圍串?dāng)_F0的值和通過近似函數(shù)(E)獲得的值的關(guān)系進(jìn)行點(diǎn)描的結(jié)果。圖9中所示的實(shí)線是將通過周圍串?dāng)_F0的值和由近似函數(shù)(E)獲得的值相等時(shí)的點(diǎn)進(jìn)行連接的直線。
從圖9中清楚地看出，在周圍串?dāng)_F0的值小于等于0.10的區(qū)域(F0≤0.1)，利用近似函數(shù)(E)進(jìn)行的近似獲得良好的效果。因此，要將滴落精度q控制在10μm以下時(shí)，可以將用上述近似函數(shù)(E)算出的值控制在9.6％的程度。要將滴落精度q控制在5μm以下時(shí)，可以將用上述近似函數(shù)(E)算出的值控制在5％的程度。
因此，打印頭1中，通過設(shè)定各部分的角度和尺寸，使i＝0時(shí)的近似函數(shù)(E)的值在0.1以下，從而，即使紙張的輸送速度vp＝846.7mm/s左右的高速的情況下，也可將在相鄰的空腔彼此之間產(chǎn)生的串?dāng)_帶來的影響控制在最小限度，從而可以獲得高質(zhì)量的輸出結(jié)果。
打印頭1中，通過設(shè)定各部分的角度和尺寸，使近似函數(shù)(E)的值，也就是串?dāng)_值在0.1以下，從而可以獲得下面介紹的結(jié)果。
也就是，例如當(dāng)用打印頭1以600dpi的精度(目前被認(rèn)為高質(zhì)量的精度)進(jìn)行印刷時(shí)，噴射的墨滴形成的象素的間隔(間距)約為42.3μm。因此，當(dāng)各象素產(chǎn)生±20μm程度的偏移時(shí)，相鄰的象素彼此的重心重合，在產(chǎn)生超過此時(shí)的一半程度的偏移量的情況下，也就是在各象素產(chǎn)生超過±10μm程度的偏移時(shí)，通過感應(yīng)評(píng)價(jià)可以識(shí)別點(diǎn)的位置偏移。
在打印頭1中，為了不影響到印刷時(shí)的清晰度，要求墨滴的滴落位置確?！?0μm程度的精度。要實(shí)現(xiàn)這樣的要求，在將打印頭間隙G設(shè)為1mm，紙張輸送速度vp設(shè)為846.7mm/s的情況下，必須將串?dāng)_值控制在0.1以下。換言之，本實(shí)施例的打印頭1，通過設(shè)定各部分的角度和尺寸，使串?dāng)_值在于0.1以下，從而即使以600dpi的高精度并且以846.7mm/s這樣極高的紙張輸送速度進(jìn)行印刷時(shí)，也可以確保感覺不到點(diǎn)的位置偏移的良好圖象質(zhì)量。
因此在打印頭1中，通過設(shè)定各部分的角度和尺寸，以滿足對(duì)變形效率F1施加由與所研究的空腔相鄰的周圍的所有空腔的總串?dāng)_產(chǎn)生的影響的值，即變形效率F2＞800，從而不依存于配置成矩陣狀的壓電元件的驅(qū)動(dòng)順序，而相對(duì)向該壓電元件投入的電力，執(zhí)行單元21以高效率進(jìn)行變形。
因此，打印頭1中，通過設(shè)定各部分的角度和尺寸，使i＝2時(shí)的近似函數(shù)(E)的值超過800，從而以較少的電力就可使空腔10進(jìn)行較大的變形。因此，不必僅試圖減少電力消費(fèi)，即使在通過例如在主掃描方向或副掃描方向配置更多的噴嘴，來進(jìn)一步印刷速度更高，向更大尺寸的記錄介質(zhì)(紙張)進(jìn)行印刷的情況下，不僅能獲得與產(chǎn)生的串?dāng)_對(duì)應(yīng)的滴落精度為10μm以下的良好的印刷質(zhì)量，還可將作為打印頭1整體的電力消耗增加控制在最小限度。
在打印頭1中，通過設(shè)定各部分的角度及尺寸，以滿足對(duì)所研究的空腔施加由該空腔從在第一排列方向上相鄰的空腔受到的串?dāng)_產(chǎn)生的影響的，即變形效率F3＞7000，從而只產(chǎn)生滴落精度小于10μm的較低值的串?dāng)_。因此，為了實(shí)現(xiàn)印刷質(zhì)量的均質(zhì)化，無須隨著傳來的串?dāng)_，相應(yīng)地增大功率輸入(也就是增大為了補(bǔ)償串?dāng)_的影響所必須的功率)。從而，在與第一排列方向(主掃描方向)相鄰的空腔的排列中，當(dāng)研究特定的空腔時(shí)，至少在該排列中，由于減小了在輸入功率的利用率上的差別，在包含所研究的空腔的第一排列方向上排列的空腔整體的各執(zhí)行單元21以較高的效率進(jìn)行變形。
因此，在打印頭1中，通過設(shè)定各部分的角度及尺寸，以使i＝3時(shí)的近似函數(shù)(E)的值超過7000，從而以較少的功率消耗就可使空腔10發(fā)生較大的變形。
接著，當(dāng)改變Spzt/Scav的值時(shí)，采用近似函數(shù)(E)以i＝2，3算出值F2和值F3。由此獲得的結(jié)果分別如圖10(a)和圖10(b)所示。從圖10(a)和圖10(b)清楚看出，在打印頭1中，通過設(shè)定壓電元件中活性部的占有面積Spzt和空腔的占有面積Scav，以滿足(Spzt/Scav)＜0.5，從而同時(shí)滿足F2＞800并且F3＞7000的關(guān)系。再經(jīng)進(jìn)一步考察確認(rèn)，通過設(shè)定壓電元件中活性部的占有面積Spzt和空腔的占有面積Scav，以滿足(Spzt/Scav)＜0.55的關(guān)系，從而能夠?qū)崿F(xiàn)將變形效率F2和變形效率F3進(jìn)一步設(shè)定為所期望的值的打印頭1。
此時(shí)，由于活性部的占有面積Spzt為相對(duì)于空腔的占有面積Scav的一半左右，所以可以縮小用以有選擇地驅(qū)動(dòng)空腔的壓電元件的獨(dú)立電極的面積。從而很容易確保相鄰的獨(dú)立電極彼此之間的電絕緣性，可靠地防止獨(dú)立電極間的電氣短路，并且可以更加高密度化地將空腔進(jìn)行排列。
接下來，采用近似函數(shù)(E)以i＝2，3算出使活性層數(shù)A改變時(shí)的變形效率F2和變形效率F3的值。其結(jié)果分別如圖10(c)和圖10(d)所示。從圖10(c)和圖10(d)清楚看出，通過使A＝1，可以同時(shí)滿足F2＞800并且F3＞7000的關(guān)系。因此，優(yōu)選打印頭1中具備各空腔10的活性層數(shù)為1。
通過將具備空腔10的活性層數(shù)變?yōu)樽钚∠薅龋梢詼p少執(zhí)行單元21具有的電極的總面積。由此，在制造執(zhí)行單元21時(shí)，可以減少導(dǎo)致高成本化的金屬材料(例如金、銀、鉑等)的使用量，其結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行單元21的低成本化。
然后，采用近似函數(shù)(E)以i＝2，3算出使虛擬格子的內(nèi)角α(單位°)變?yōu)?0°，60°，90°時(shí)的變形效率F2和變形效率F3。其結(jié)果如圖11(a)和圖11(b)所示。從圖11(a)和圖11(b)清楚看出，在打印頭1中，通過將虛擬格子的內(nèi)角α設(shè)定在60°＜α＜90°的范圍內(nèi)，可以同時(shí)滿足F2＞800并且F3＞7000的關(guān)系。因此，優(yōu)選虛擬格子的內(nèi)角α設(shè)定在60°＜α＜90°的范圍內(nèi)。
尤其是在以不依存配置位置的順序來驅(qū)動(dòng)成矩陣狀配置的各個(gè)空腔的各壓電元件時(shí)，由于減少了相對(duì)角度α的變形效率F2的值的改變，從而可以實(shí)現(xiàn)具有相同的噴射特性的、高效率、串?dāng)_少的打印頭1。
接著采用近似函數(shù)(E)以i＝2，3算出使Scav/Spin的值改變時(shí)的變形效率F2和變形效率F3。其結(jié)果分別如如圖11(c)和圖11(d)所示。從圖11(c)和圖11(d)清楚看出，在打印頭1中，通過設(shè)定使空腔的占有面積Scav和虛擬格子的占有面積Spin滿足Scav/Spin＜0.5的關(guān)系，能夠同時(shí)滿足F2＞800并且F3＞7000的關(guān)系。因此，打印頭1優(yōu)選設(shè)定為空腔的占有面積Scav和虛擬格子的占有面積Spin滿足Scav/Spin＜0.5的關(guān)系。
而且，在安裝打印頭1時(shí)，需要將陶瓷制的執(zhí)行單元21和形成有多個(gè)空腔10的空腔板23進(jìn)行接合，在接合時(shí)，在使二者位置重合的狀態(tài)下加載規(guī)定的負(fù)載。此時(shí)，由于執(zhí)行單元21比較脆，擔(dān)心因物理性變形或局部的負(fù)載集中而產(chǎn)生龜裂或碎裂。然而，在打印頭1中，通過設(shè)定滿足Scav/Spin＜0.5的關(guān)系，可以充分確保執(zhí)行單元21和空腔板23的接合面積，從而可以防止龜裂和碎裂等的發(fā)生，可靠地將兩者進(jìn)行接合，提高組裝的合格率。
以上，作為適用本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)具體圖示的打印頭1進(jìn)行了介紹，然而本發(fā)明不僅限于上述的實(shí)施例，可以廣泛地應(yīng)用向記錄介質(zhì)噴射墨水的噴墨型打印頭。
權(quán)利要求1.一種噴墨型打印頭，向記錄介質(zhì)噴射墨水，具備保持前述墨水的多個(gè)空腔；多個(gè)壓電元件，分別設(shè)置在前述各個(gè)空腔上，推壓前述各個(gè)空腔；以及噴嘴，呈矩陣狀地配設(shè)在前述墨水的噴射面上，分別與前述各個(gè)空腔連通，其特征在于，當(dāng)前述壓電元件的層數(shù)為N，前述壓電元件的活性層數(shù)為A，包含前述空腔的虛擬格子的內(nèi)角中90°以下的角度為α[°]，前述各虛擬格子的占有面積為Spin[mm2]，前述各空腔的占有面積為Scav[mm2]，設(shè)置在前述各空腔上的前述壓電元件的活性部的占有面積為Spzt[mm2]時(shí)，滿足如下所示的關(guān)系式(1)K0·Na0·Ab0·αc0·Spind0·(Scav/Spin)e0·(Spzt/Scav)f0≤0.1(1)其中，[a0＝1.87686、b0＝0.31786、c0＝-0.18649、d0＝-1.09273、e0＝3.97019、f0＝0.93332、K0＝0.05307]。
2.如權(quán)利要求1記載的噴墨型打印頭，其特征在于，滿足如下所示的關(guān)系式(2)K2·Na2·Ab2·αc2·Spind2·(Scav/Spin)e2·(Spzt/Scav)f2＞800(2)其中，[a2＝-1.87686、b2＝-1.31786、c2＝0.18649、d2＝-0.90727、e2＝-4.97019、f2＝-1.93332、K2＝18.84193]
3.如權(quán)利要求1記載的噴墨型打印頭，其特征在于，前述虛擬格子的前述角度α滿足60°＜α＜90°。
4.如權(quán)利要求1記載的噴墨型打印頭，其特征在于，前述各虛擬格子的占有面積Spin和前述各空腔的占有面積Scav滿足如下所示的關(guān)系式(3)(Scav/Spin)＜0.5(3)
5.如權(quán)利要求1記載的噴墨型打印頭，其特征在于，前述各空腔的占有面積Scav和前述壓電元件的活性部的占有面積Spzt滿足如下所示的關(guān)系式(4)(Spzt/Scav)＜0.55(4)
6.如權(quán)利要求1記載的噴墨型打印頭，其特征在于，前述壓電元件的活性層數(shù)A為1。
7.一種噴墨型打印頭，向記錄介質(zhì)噴射墨水，具備保持前述墨水的多個(gè)空腔；多個(gè)壓電元件，分別設(shè)置在前述各個(gè)空腔上，推壓前述各個(gè)空腔；以及噴嘴，呈矩陣狀地配設(shè)在前述墨水的噴射面上，分別與前述各個(gè)空腔連通，其特征在于，當(dāng)前述壓電元件的層數(shù)為N，前述壓電元件的活性層數(shù)為A，包含前述空腔的虛擬格子的內(nèi)角中90°以下的角度為α[°]，前述各虛擬格子的占有面積為Spin[mm2]，前述各空腔的占有面積為Scav[mm2]，設(shè)置在前述各空腔上的前述壓電元件的活性部的占有面積為Spzt[mm2]時(shí)，滿足如下所示的關(guān)系式(5)K0′·Na0′·Ab0′·αc0′·Spind0′·(Scav/Spin)e0′·(Spzt/Scav)f0′≤0.1……(5)其中，[a0′＝1.55486、b0′＝0.27907、c0′＝1.03986、d0′＝-0.9701 5、e0′＝4.24397、f0′＝1.03880、k0′＝0.00013]。
8.如權(quán)利要求7記載的噴墨型打印頭，其特征在于，滿足如下所示的關(guān)系式(6)K3·Na3·Ab3·αc3·Spind3·(Scav/Spin)e3·(Spzt/Scav)f3＞7000 (6)其中，[a3＝-1.55486、b3＝-1.27907、c3＝-1.03986、d3＝-1.02985、e3＝-5.24397、f3＝-2.03880、K3＝7620.4]。
9.如權(quán)利要求7記載的噴墨型打印頭，其特征在于，前述虛擬格子的前述角度α滿足60°＜α＜90°。
10.如權(quán)利要求7記載的噴墨型打印頭，其特征在于，前述各虛擬格子的占有面積Spin和前述各空腔的占有面積Scav滿足如下所示的關(guān)系式(7)(Scav/Spin)＜0.5 (7)
11.如權(quán)利要求7記載的噴墨型打印頭，其特征在于，前述各空腔的占有面積Scav和前述壓電元件的活性部的占有面積Spzt滿足如下所示的關(guān)系式(8)(Spzt/Scav)＜0.55(8)
12.如權(quán)利要求7記載的噴墨型打印頭，其特征在于，前述壓電元件的活性層數(shù)A為1。
專利摘要本實(shí)用新型的目的是在空腔呈矩陣狀排列的打印頭中，獲得來自周圍的空腔的串?dāng)_少，感覺不到點(diǎn)的位置偏移的良好的畫質(zhì)。當(dāng)壓電元件的層數(shù)為N，壓電元件的活性層數(shù)為A，包含空腔的虛擬格子的內(nèi)角中90°以下的角度為α[°]，虛擬格子的占有面積為Spin[mm
文檔編號(hào)B41J2/14GK2670114SQ20032011671
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2003年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月8日
發(fā)明者大石龍雄 申請(qǐng)人:兄弟工業(yè)株式會(huì)社