CN1080892A - 喷墨记录头、喷墨盒和喷墨装置 - Google Patents

Abstract

一种喷墨头，包括：一个装有用来产生喷墨能量 的喷射能产生元件的第一零件；一个与所述的喷射能 产生元件相应的、开设有与所述的第一零件相配合 的、限定一条墨通道的凹槽的第二零件；一个开设有 能与所述墨通道相连通并可喷出墨的喷墨口的第三 零件；其特征在于所述喷墨口的横截面形状与垂直于 墨流方向的墨通道的横截面形状相似，而喷墨口横截 面面积不小于35％和不大于60％的墨通道横截面 面积。

Description

本发明涉及喷墨记录头，装有记录头的喷墨盒和装有喷墨盒的记录装置。本发明还涉及一种具有整体的记录头和墨容器的喷墨盒。本发明还涉及一种喷墨记录装置，其中整体型的喷墨盒扫描记录材料。

现在，采用一种能够振荡紫外光束的激光束，如受激二聚物激光或4-折叠YAG激光束来加工记录头之类上的孔。使用紫外激光束加工孔的方法如下：

（1）.把构成孔板的树脂薄膜装到有一个开口与墨通道相连通的开口表面上，然后施加上紫外激光束。

如图1所示，图中标号101表示紫外激光发生器;102表示激光发生器产生的激光束;103a、103b和103c表示镜头系统;104表示具有全部或部分的孔的花样的遮光屏;105表示一个喷墨记录头，其中树脂薄膜装在墨通道的开口表面上;106表示可移动的架子。

图2示出了记录头105，其中的上述这些孔用上述方法加工出。图2是它的一个剖面图。图中，标号202表示带有构成墨通道的槽的顶板;203表示装有用来产生能量以喷射液体的能量产生元件207的底板;204表示由树脂薄膜制的孔板;205表示在孔板204中形成的孔（喷墨口）。另外，标号206表示墨通道。

能量产生元件207可以是例如一种电热传感器。

如图2所示，由图1所示的普通方法加工出的孔205的形状是 沿喷射方向发散的。

下面对不是采用紫外激光束的受激二聚物激光束作说明。

图3中，标号301表示一个受激二聚物激光发生器;302表示由激光发生器振荡出的激光束;303a、303b和303c表示光学镜头系统;304表示具有喷墨口（孔）花样的投射遮光屏;305表示喷墨记录头，其中树脂薄膜装在墨通道的开口表面上;306表示可移动的架。

图4示出了喷墨记录头305的一个实例，记录头的喷墨孔是用

方法加工出的。图4是它的一个透视图。图中，标号401表示带有构成墨通道的槽的顶板;402表示装有能量产生元件的底板;403表示与墨通道相连通的开口;404表示由树脂薄膜制的孔板;405表示在孔板404中形成的喷墨孔。图5是沿图4中A-A′线截取的剖面图。图5中标号505表示与开口403相连通的墨通道;506表示产生能量以便从喷墨孔405喷出液体的能量产生元件，该元件可以是电热传感器元件。

当从孔板前面施加受激二聚物激光来加工出喷墨孔时，如图3所示，喷墨孔形状沿墨滴喷射方向发散。

在这种发散形状的情况下，理论上在某些情况下会降低喷液速度，造成复印质量差。

（2）考虑从里面施加紫外激光束，更具体地说，对于有一个开有构成墨通道的槽的顶板和一个要开喷墨口（孔）的喷墨口元件的零件而言，从有槽的一侧施加紫外光束。

如图6所示，紫外激光束从墨通道一侧施加到整体的顶板和孔板上。图中，601表示产生紫外激光束的激光振荡器;602表示由激光振荡器601产生的激光束;603a、603b和603c表示构成镜头系统的光学元件;604表示一个投射遮光屏，屏上汽化沉积有可阻止激光束602的铝之类的材料。

图7是顶板的剖面图，顶板中的孔用上述方法加工出。图中，标号701表示与顶板703成整体的孔板;704表示由激光束形成的孔702的中心线，因为激光束相对于顶板倾斜，所以中心线也是倾斜的。

用图6所示的加工孔的方法，加工出的孔具有沿喷液方向发散的倒锥形。用具有这种喷液孔的喷墨记录头中在记录时喷墨速度是稳定的。

由底板与顶板连接起来而形成的墨通道的形状通常是矩形的，墨在这样的通道中流动是比较稳定的，因此喷墨及再充填墨的动作也是平稳的。但是，如果企图形成更大尺寸的孔以改善喷墨量，穿过遮光屏的激光束会被构成墨通道的壁挡住，结果只能形成小直径的孔或变形的孔。

如图15所示，图15中标号1502表示带有构成墨通道的槽的顶板;1504表示整体装在顶板上的孔板;1501表示穿过遮光屏并且在孔板上聚焦的激光束;1502表示限定墨通道1503的一个通道壁。从图15中可了解，当企图形成大直径的孔以增大喷墨量时，部分激光束为构成墨通道的通道壁1502所挡住，如阴影线部分所表示。当激光在进口侧被通道壁1502挡住，在孔板1504中形成的喷墨口（孔）不再是圆的，而且直径也变小。如果喷墨记录头采用这种已变形的小直径的孔，那么一个墨滴的液体墨对图象记录来说显得不合适，而且喷墨方向也不稳定。

因而，本发明的主要目的是提供一种喷墨记录头，喷墨盒和喷墨装置，其中激光束不为液体通道挡住故可形成质量好的喷墨孔。

本发明的另一个目的是提供一种喷墨记录头，喷墨盒和喷墨装置，其中喷出液滴的液量对正确记录是足够的。

本发明再一个目的是提供一种喷墨记录头、喷墨盒和喷墨装置，其中喷墨方向是稳定的。

本发明的另一目的是提供一喷墨记录头、喷墨元件和喷墨装置，其中喷墨通道的横截面是梯形的。

本发明的再一目的是提供一喷墨记录头、喷墨元件和喷墨装置，其中墨通道的小尺寸部分的墨流能够最大程度地被利用。

本发明的另一目的是提供一喷墨记录头、喷墨盒和喷墨装置，其中喷墨很均匀并且喷墨方向稳定。

本发明的再一目的是提供一喷墨记录头、喷墨盒和喷墨装置，其中对记录所需的墨滴量能保证，并且对墨流的阻力不变且能稳定地形成好图象。

本发明的又一目的是提供一喷墨记录头、喷墨盒和喷墨装置，其墨通道在垂直于喷墨方向的横截面是梯形的。

本发明的再一目的是提供一喷墨头、喷墨盒和喷墨装置，其墨通道的横截面为六边形。

为实现本发明的目的，按照本发明的一方面，提供了一种喷墨头，它包括一个装有用来产生喷墨的能量的喷射能产生元件的第一零件;一个与所述的喷射能产生元件相应的，开设有与所述的第一零件相配合的限定一条墨通道的凹槽的第二零件;一个开设有能与所述墨通道相连通并可喷出墨的喷墨口的第三零件，其中所述的墨通道的横 截面为梯形。

按照本发明的另一方面，提供了一种喷墨头，它包括一个装有用来产生喷墨能量的喷射能产生元件的第一零件;一个与所述的喷射能产生元件相应的，开设有与所述的第一零件相配合的、限定一条墨通道的凹槽的第二零件;一个开设有能与所述的墨通道相连通并可喷出墨的喷墨口的第三零件;其中所述喷墨口的横截面形状与垂直于墨流方向的墨通道的横截面形状相似，而喷墨口横截面面积不小于35%和不大于60%的墨通道横截面面积。

按照本发明的又一方面，提供了一种喷墨头，它包括一个装有产生喷墨能量的喷射能产生元件的第一零件，一个与所述的产生喷射能量元件相应的，开设有与所述的第一零件相配合的、限定一条墨通道的第二零件;一个开设有能与所述墨通道相连通并可喷出墨的喷墨口的第三零件;其中所述的墨通道在垂直于喷墨方向的横截面为梯形，并且所述的喷墨口的形状是类似于墨通道横截面的梯形形状。

按照本发明另一方面，提供了一种喷墨头，它包括一个装有用来产生喷墨能量的喷射能产生元件的第一零件;一个与所述的喷射能产生元件相应的，开设有与所述的第一零件相配合的限定一条墨通道的凹槽的第二零件;一个开设有能与所述墨通道相连通并与喷出墨的喷墨口的第三零件，其中所述的墨通道在垂直于喷墨方向的横截面为梯形，所述的喷墨口的形状是类似于墨通道横截面的梯形形状，并且所述的喷墨口是由激光束加工出来的。

按照本发明的又一方面，提供了一种喷墨头，它包括一个装有用来产生喷墨能量的喷射能产生元件的第一零件;一个与所述的喷射能产生元件相应的，开设有能与所述的第一零件相配合的、限定一条墨 通道的凹槽的第二零件，一个开设有能与所述墨通道相连通并可喷出墨的喷墨口的第三零件，其中所述的喷墨口的形状与垂直于墨流方向的墨通道的横截面形状相似，而喷墨口的面积不小于35%和不大于60%的墨通道横截面面积，并且所述喷墨口是由激光束加工出的。

按照本发明的另一方面，提供了一种喷墨头，它包括一个装有用来产生喷墨能量的喷射能产生元件的第一零件;一个与所述的喷射能产生元件相应的，开设有与所述的第一零件相配合的限定一条墨通道的凹槽的第二零件;一个开设有能与所述墨通道相连通并可喷出墨的喷墨口的第三零件;其中所述的喷墨口的形状是带有2n（n≥3）个角的轴对称多边形。

通过下面对附图及本发明的最优实施例的说明，对本发明的目的、特点和优点会更清楚。附图中

图1、3和6示出普通的激光加工的方法。

图2、5和7是分别示出通过图1、3和6的方法制造的喷墨记录头的喷墨口的结构的示意、剖面图。

图4示出了由普通的激光方法制造的记录头的透视图。

图8示出了本发明第一实施例的喷墨记录头的透视图。

图9-13示出了使用本发明的记录头的喷墨记录装置。

图14和15示出了用本发明的一个实施例的激光束进行加工的方法。

图16是本发明第二实施例的喷墨记录头的透视图。

图17示出了图16记录头的喷墨口。

图18示出了本发明第三实施例的喷墨记录头的透视图。

图19示出了图18记录头的喷墨口。

图20示出了本发明第四实施例的喷墨记录头的透视图。

图21和22示出了图20记录头的喷墨口。

首先参见图8，图中示出了本发明第一实施例的喷墨记录头的主要部分。在该实施例中，所用的激光发生器与图6中所示的是一样的，在该发生器中激光束是从记录头的内部施加的。紫外激光源是一种受激二聚物激光振荡器（KrF）。该受激二聚物激光发生器当它用来加工喷墨孔时，产生脉冲宽度约为15nsec，波长为248mm的激光束。透镜系统由涂上抗反射材料的合成石英制成。遮光屏带有由铝制成的光栅，可以挡住KrF激光束。铝是汽相沉积而成的。

顶板801包括墨的通道槽806，在孔板804中形成的喷墨口（孔）805。它们的数量可根据需要而确定。图中为简化起见，仅仅示出两组。孔板804与顶板801是整体的。

图8中，顶板801由有好的耐墨性的聚砜、或聚醚砜、聚苯氧或聚丙烯树脂制成，並且与孔板804成整体，它们在一个模中同时模塑成形。

下面将说明孔805和墨通道槽806的成形方法。

槽806可以用机加工制成的形状与其相反的模型模塑成形。这样，可很容易地在顶板801中形成槽806。在该实施例中，垂直于喷墨方面的墨通道的横截面朝顶板与相匹配的底板间的接合处逐渐增加。

在模型中模压出不带孔805的孔板。用如图6所述的方法从激光发生器发出的受激二聚物激光束从孔板804的液态墨通道侧投射到将要形成孔805的位置上。由于这一作用，树脂被去掉和/或蒸 发掉，因而形成了孔805。

图14示出了形成孔805的细节。从图中可以清楚地看出，受激二聚物激光束1401通过遮光并从墨通道1405投射到孔板1404上，并在孔板1404上聚焦。激光束1401以每侧2°的角度（θ1）聚焦到光轴1405上。而该激光束1401的光轴1405又与孔板1404表面的垂直方向成5度夹角（θ₂）。在图8的喷墨记录头的情况下，墨通道的横截面为梯形，因而墨通道壁1403不会遮住激光束，即使为了提供大直径的喷出口（孔），以记录头内部投射激光束也是如此。因此孔的结构不会变形，并且孔的横截面而沿发射方向逐渐收敛。

下面说明该实施例中使用的受激二聚物激光束。该激光束可以是振荡紫外光。因而产生的激光束具有高能量，光束宽度小，方向性强可以是一种短脉冲振荡，激光束可以用透镜聚焦以增加能量密度。这些正是它的优点。该受激二聚物激光振荡器起到排出和激活稀有气体和卤素混合物的作用，并通过它使紫外光发生短脉冲（15～35ns）振荡。至于气体激光，广泛使用Kr-F，Xe-Cl或Ar-F激光，其振荡能为几百mJ/脉冲，而脉冲的频率为30-1000H₂。

当聚合物树脂表面受到具有高能量的短脉冲紫外光，例如受激二聚物激光束的作用，暴露部分立即溶解并分散开，伴随着等离子发射和冲击噪音（光磨蚀溶解作用）（APD）。因此能够加工聚合物树脂。

下面将比较受激二聚物激光束和其它激光束加工精度。例如，把聚酰亚胺薄膜暴露到受激二聚物激光、YAG激光和CO₂激光。由 于聚酰亚胺吸收紫外区波长的光，KrF激光可加工出很清楚的开口。但是，YAG激光只形成边缘不太光滑的开口，因为这种激光不包括紫外区的带宽。产生红外光的CO₂激光形成的孔周围有焊接火口的形状。不锈钢之类的金属、不透明陶瓷和硅或者类似的物质在大气环境中不为受激二聚物激光所影响，因而它们可用作遮光屏的材料。

在前述的结构中，顶板和孔板之间不要求定位和粘接，因此，可避免粘接时产生的定位误差。减少了废品的数目以及制造工序。这一点又使记录头可大批生产而且成本低。另外，取消了顶板及孔板之间的粘接工序消除了由于流入粘接材料而阻塞孔板和墨通道的可能性。在粘接加热板802和带有整体孔板804的顶板801时，可把加热板802靠到孔板804与发射侧相对的端表面上，因而使整个定位工序和装配工序更简单。另外，孔板不会被无意地分开。

图9-13示出本发明的一个实施例的喷墨记录装置的一喷墨器件IJU，一喷墨头IJH，一墨容器IT，一喷墨盒IJC，一喷墨头拖架HC和一主组件IJRA，以及它们的相互关系。下面将说明各元件的结构。

从图10的透视图可以明白，本实施例的喷墨盒IJC有较大的装置空间，喷墨器IJU的端部从墨容器IT的前侧表面稍些突出。通过适当的定位机构和电接触元件把喷墨盒IJC装在喷墨记录装置的主组件IJRA的喷墨头拖架HC的正确位置上（图12），这将在下面详细说明。在该实施例中，在喷墨头架HC上可拆卸地装着可活动的喷墨头。在图9-13中所分开的结构中具有许多新特征，下面先一般说明一下：

（Ⅰ）喷墨器IJU：

喷墨器IJU是一种泡沫喷射记录装置，用电热传感器根据电信号产生热能，使墨产生薄膜沸腾。

参见图9，喷墨器包括带有电热传感器（喷射加热器）和导电线的加热板901，电热传感器或引安置在硅基板上，导电线由铝或类似材料制成，用来接通电源。电热传感器和导电线由薄膜成形法制成。接线板902同加热板901相连接，它包含有相应于加热板901的接线的布线（例如，用焊线工艺把它们连接起来）和布线一端的焊接点903，用来接收来自记录装置主件的电信号。

顶板904开有槽，这些槽限定了分开相邻墨通道的隔壁，顶板还带有盛装要供到各个墨通的墨的总液体室。与顶板904成整体的开口905，用来接收以墨容器IT供来的墨和把墨导入总液体室中，顶板904还与带有相应于墨通道的多个喷墨口的孔板906整体模的材料最好为聚砜，但也可用另外的模压树脂材料。

支撑元件907用例如金属制成，它起到把接线板902的背面支撑在一个平面内的作用，并构成喷墨器IJU的底板。一限位弹簧908成M形，其中心部分用不大的压力顶到总液体室，夹具909也用直线压力同心顶到液体通道的一部分最好是喷出口附近的部分。限位弹簧908带有夹紧加热板901和顶板904的脚，这些脚穿过支撑板907上的孔913并与支持板与背面相咬合。这样通过弹簧908的脚以及夹板909同心的作用力，把加热板901和顶板904夹紧在一起。支撑板907具有定位孔913、914和915，它们可与墨容器IT的两个定位凸块910和定位及熔合固定凸块911和912相啮合。另外，在它的后侧有凸块916和 917用来相对主组件IJRA的喷墨头拖架HC定位。

另外，支撑元件907上有一孔320，一根供墨管918（下面将详细说明）穿出该孔320以便从墨容器中供墨。接线板902用粘结剂之类的材料粘在支撑元件907上。支撑元件907在靠近定位凸块917和917处开有凹槽920和920。

如图10所示，已装配好的喷墨盒IJC具有一个凸出的头部，它的三侧开有多条平行的槽923和924。凹槽920和920位于顶侧和底侧的平行槽的延伸位置上，以阻止沿着槽运动的墨和外来物达到凸块916和917。如图12所示，有平行槽923的盖子925构成喷墨盒IJC的外壳，并与墨容器相配合以限定安置喷墨器IJU的一个空间。带有平行槽924的供墨元件926具有一输墨管927，它与上述的供墨管918相连通，并成为在供墨管918一侧的悬臂伸出。为了保证在输墨管927的固定边和供量管918的毛细作用，插入一个密封销928。

垫圈929把墨容器IT和供墨管918的连接部分密封起来。在供墨管918的容器侧端安放了一个过滤器930。该供墨元件926由模塑成形，因此它的成本低而定位精度高。另外，输墨管927的毛细结构保证了输墨管927和进墨口905之间的压力接触，即使供墨元件926是成批生产时也是如此。

在该实施例中，只要简单地在压力接触状态下让密封粘结剂流过供墨元件侧，即可保证完全连通的状态。通过把供墨元件926背侧的销子（未示出）插入并穿过支撑元件的孔931和932，并将销子穿出支撑元件907背侧的部分热熔即可把供墨元件926固定到支撑元件907上。热熔后的稍些凸出的部分则容纳在喷墨器IJU 上安装墨容器IT的侧面上的凹槽（未示出）内，因而喷墨器IJU能正确地定位。

（Ⅱ）.墨容器IT

墨容器包括一主体933，吸墨材料934和盖子935。吸墨材料934从与喷墨器IJU安装边相对的一边装入主体933中，然后用盖子935把主体933封住。

这样吸墨材料934就安放在主体933中。供墨孔936的作用是把墨供入包括上述零件901-906的喷墨器IJU中，它也起到喷墨的入口的作用使得在喷墨器IJU安装到主体部分933上前能把开始需要的墨供给吸墨材料934。

在该实施例中，可以通过一通气口和上述供墨孔供应墨。为了良好地供墨，在主体933的内表面上设有肋937，而在盖子935的里面一边设有肋916和920，这些肋可有效地在墨容器内形成一个从通气口侧连续延伸到远离供墨孔936的主体拐角处的存墨区。因此，为了以很好的顺序均匀地分配墨，最好通过供墨孔936供应墨。这种供墨方法是很有效的。在该实施例中，肋937的数目为四个，这些肋937的延伸方向与靠近墨容器主体后面的拖架的运动方向相平行，因而，防止了吸收材料934与主体后面的内表面紧密接触。肋916和920设在盖子935的内表面上，大体在肋937的延伸位置上，但是，与大尺寸的肋937不同，肋916和920的尺寸较小好象它们是分支肋，因此肋916和920的容纳空气的空间比肋937的大。肋916和920分布在盖子935的整个面积上，该区域比总面积的一半要小一些。由于设置了这些肋，在离供墨孔926最远的吸墨材料的角落区域里。能通过毛细作用稳定和可 靠地把墨供到进墨口。喷墨盒设置了一通气口，可使盒的内部与外面的空气连通。在通气口922里面，放有抗水材料922防止里面的墨通过通气口922漏到外面去。

在墨容器IT中的存墨空间大体上是矩形的，其长的一侧面对拖架运动的方向，因此，上述的肋的结构布置特别有效。当长的一边沿着拖架的运动方向延伸，或者当存墨空间成立方体时，这些肋最好设置在盖子935的整个内表面上，以使从吸墨材料934供墨稳定。从在局限的空间里能容纳尽可能多的墨这一角度出发，立方体结构是很可取的。但是，从用墨最少的角度出发，这些肋要设置在互成一个角度的两个表面上。

在该实施例中，墨容器IT的内部肋916和920沿着有立方体结构的吸墨材料的厚度方向大体上均匀分布。这种结构很重要，因为当吸墨材料消耗时，在墨容器IT中的气压分布均匀，因此残余的没有用的墨的量实际上等于零。这些肋最好设置在一个中心位于立方体吸墨材料顶表面上供墨孔936上突起的位置上，而半径等于矩形的长边的圆弧外面的一个或几个表面上，因此，在该圆弧外面吸墨材料能很快地建立起环境的气压。墨容器IT的通气位置并不局限于本实施例的位置，只要它有利于把环境空气导入到设置肋的位置就行。

在本实施例中，喷墨盒IJC的后面是平的，因此，把它装在喷墨装置中时，只要求很小的空间，而可以保证最大的存墨容量。因此，缩小了喷墨装置的尺寸，并减小了更换喷墨盒的频度。利用喷墨器后部的空间，设置一开有通气孔921的凸块，与喷墨器形成一个整体，该凸块的里面大体是空的，而这个空的空间938起到沿着吸墨材料的厚度方向均匀地把空气供入墨容器IT中的作用。由于上述 这些特点，该喷墨盒作为一整体来看比普通的喷墨盒性能更好。供气空间938比普通喷墨盒中的供气空间大得多。另外，通气口921在上部位置，因此，如果由于某些原因，墨越出吸墨材料，供气空间938可临时挡住墨，使这些墨再吸回到吸墨材料内，因此可节省墨，避免不必要的浪费。

下面参见图11，图中示出了安装喷墨器IJU的墨容器IT的表面结构。两个定位凸块910在一直线LI上，该直线穿过在孔板906内的喷墨口组的大致中心，并平行于墨容器IT的底表面或平行于拖架支撑墨容器的参考表面。凸块910的高度比支撑元件907的厚度稍小一些，这些凸块910起到使支撑元件907能精确定位的作用。在图中右边延伸，有一个卡爪939，拖架的定位钩4001的直角啮合表面4002可与其相咬合。因此，使喷墨器在拖架上定位的力作用在一个与包含直线L₁的参考平面相平行的平面内。这些关系很重要，因为墨容器定位精度与记录头的喷墨口的定位精度相当，这一点将结合图11和图12在下面说明。

相应于把支撑元件907固定到墨容器IT的一侧的固定孔914和915的凸块911和912比凸块910长，因此它们穿出到支撑元件907的外面，将这些凸出部分熔化便可使支撑元件907固定到侧表面上。图中画出了一直线L₃穿过凸块911并与直线L₁垂直，还有另一直线L₂穿过凸块912并与直线L₁垂直。供墨孔936的中心在直线L₃上，在供墨孔936与供墨管918之间的连接是稳定的，因此，即使喷墨盒倒下，或者当盒子受到冲击力时，连接部分所受的力可以减至最小。另外，由于线L₂和L₃不重迭，而凸块911和912设置在靠近喷墨头的喷墨口的凸块910的邻 近处，因此进一步提高了喷墨器相对于墨容器的定位精度。在图11中，曲线L₄表示安装时，供墨元件926外壁的位置。由于凸块911和912沿曲线L₄布置，这些凸块能有效地提供足够的机械强度和定位精度，防止喷墨头IJH端头结构重量的影响。

墨容器IT的端部凸块940可与拖架的前板4000内形成的孔相咬合以防止墨盒发生较大位移。一挡块941与拖架HC的一根杆（未示出）相配合，当用转动法来正确地安装墨盒IJC时（这将在下面说明）挡块941的位置低于该杆，因此，即使徒然加上一向上倾向于把墨盒从正确位置脱下来的力，仍然能保持正确的安装状态。在喷墨器IJU装好后，将盖子925盖到墨容器IT上。这样，除底部外，喷墨器IJU都被包起来了。但是，其底孔容许墨盒IJC装到拖架上，并与底架HC靠近，因此，喷墨器的六边都被包围起来。处在封闭空间内的喷墨头IJH所产生的热有效地保持该封闭空间的温度。

但是，如果墨盒IJC长时间地连续工作，则温度稍微增加。为了抵消这一温升，墨盒IJC的顶表面设置了一条狭缝942，它的宽度比封闭空间小，借助这条狭缝增加了自然的热幅射，从而防止了温升，同时环境温度状态不影响整个喷墨器IJU均匀的温度分布。

在装配好喷墨盒IJC后，通过供墨孔936，支撑元件907的孔919和在供墨元件926的后面的进口，使墨从喷墨盒内供到供墨元件926的存墨室中。墨再通过出口，供墨管和在顶板904内形成的进墨口905，从供墨元件926的存墨室中供到总室中。墨通道的连接部分用硅橡胶或丁基橡胶等材料密封以保证气密密封。

在本实施例中，顶板904由具有抗墨性的树脂材料，如聚砜 聚醚砜，聚苯氧，或聚丙烯树脂制成。它与孔板906在一个模具中整体模塑成形。

如前所述，该整体零件包括供墨元件926，顶板904，孔板906，其它与其连成整体的零件，和墨容器主体933。因此，提高了装配精度很便于大批生产。该装置零件数目也比普通装置中的少得多，因此能保证良好的性能。

在本实施例中，如图9-11所示，装配后装置的结构使得供墨元件926的顶部943与带有狭缝942的顶部的一端相配合而形成一狭缝S，如图10所示。而底部944则与薄板的进料侧端4011相配合，（墨容器IT的盖子925粘在这一薄板上），这样形成了类似缝S的一条狭缝（未示出）。在墨容器IT和供墨元件926之间的狭缝有效地增加了热幅射，而且也有效地防止了加到墨容器IT的所需压力直接作用到供墨元件或喷墨器IJT上。

上述各种结构分别具有各自的优点，当它们结合在一起时，其作用最有效。

（Ⅲ）.把喷墨盒IJC安装到拖架HC上。

图12中，着墨辊5000把记录介质P从底部传向顶部。拖架HC可沿着着墨辊5000移动。拖架HC包括一前板4000，一电连接件支板4003和定位钩4001。前板4000的厚度为2mm，位于靠近着墨辊处。当喷墨盒IJC装在拖架上时，前板4000则靠近喷墨盒IJC的前侧。支撑板4003支撑软板4005和橡胶衬板4007，软板4005带有与喷墨盒IJC的接线板902上的焊点903相对应的焊点946，橡胶衬板4007产生弹力，把软板4005的后面顶到焊接点903上。定位钩4001起到把 喷墨盒IJC固定到记录位置上的作用。前板4000设置了两个与前述喷墨盒的支撑元件907的定位凸块916和917相对应的定位凸出表面4010。在装好喷墨盒后，前板受到垂直于凸出表面4010的力。因此，多个加强肋（未示出）在前板朝着墨辊一侧沿力的方向延伸。当安装喷墨盒IJC时，这些肋从前侧表面位置L₅稍微朝向着墨辊（约0.1mm），因而，它们起到喷墨头保护凸块的作用。支撑板4003设置多个沿垂直于上述前板肋的方向延伸的加强肋4004。加强肋4004的高度从靠近着墨辊的一侧到靠近钩4001的一侧逐渐降低。当安装时，喷墨盒是倾斜的，如图12所示。

支撑板4003在左下部位也就是靠近钩4001的位置上设置了两个附加的定位表面4006。定位表面4006相当于凸出表面4010。借助该附加的定位表面4006，喷墨盒接受与上述定位突出表面4010所受的力方向相反的力，因此电接触保持稳定。在上下突出表面4010之间，设置了焊接点接触区，因此可决定橡胶板4007对应于接触点946而凸出的变形量。当喷墨盒IJC固定在记录位置上时，它的定位表面与支撑元件907的表面接触。在该实施例中，支撑元件907的接触点903相对于上述线L₁对称的分布，因此使橡皮板4007的各凸出点的变形量均匀，从而使接触点946和903的接触压力稳定。在该实施例中，接触点903安排成有两纵行和上、下各两横行。

钩4001上开设有可与固定销4009啮合的长孔。依靠长孔提供的可活动的范围，钩可沿反时针的方向转动，此后，它沿着墨辊5000的方向往左移动，把喷墨盒IJC定位在拖架HC上。钩 4001这种活动结构也可以采用其它结构，但最好用杠杆或类似的结构。在钩4001转动时，喷墨盒IJC从图12所示的位置朝着墨辊一侧的位置移动，而定位凸块916和917则进入到与定位表面4010相接触的位置。这样，钩4001往左边移动时，钩表面4002与喷墨盒IJC的钩爪939相接触，而喷墨盒IJC绕定位表面916和定位凸块4010间的接触点在一个平面内转动时，焊接点903和946相互接触。当钩4001锁住时，也就是处在固定或锁住位置时，在焊接点903和946之间，在定位部分916和4010之间，在直立面4002和钩爪的直立面之间，在支撑元件907和定位表面4006之间同时建立了完全的接触，因此，喷墨盒IJC完全装到拖架上。

（Ⅳ）.装置的总的布置

图43是使用本发明的记录头的喷墨记录装置的透视图。通过传动马达5013的前后转动带动传动齿轮5011和5009而使螺杆5005转动。螺杆5005带有螺旋形的槽5004，拖架HC的一个销（未示出）与该槽相配合，这样拖架HC可沿方向a和b往复运动。挡纸板5002在拖架运动范围内把纸限定在着墨辊上。终点位置探测装置5007和5008是一个光电偶，可探测出拖架的杆5006的出现，与终点位置相对应，马达5013的转动方向改变。支撑元件5016把记录头的前侧表面支撑到罩在记录头上的顶盖5022上。抽吸装置5015的作用是把记录头吸过顶盖的孔5023，以便使记录头复原。

清洁片5017由运动元件5019带动，向前后运动。它们支撑在装置的主组件的支撑框架5018上。清洁片可以是其它的形 状，具体地说可以是一种已知的清洁片。杆5021可有效地引起抽吸复原操作并随与拖架相啮合的凸轮5020的运动而运动，而驱动马达的驱动力由已知的传动装置如离合器之类的装置控制。

本实施例中，当拖架由螺杆5005带到终点位置时，可完成盖盖、清洁和抽吸操作。但是，本发明也可以用在另一种类型的系统中，在该系统中，这些操作是在不同时间内进行的。这些单独的结构备有优点，将它们综合起来就更可取。

图8所示的记录头可设计成如图9-11所示的喷墨盒的样子，该喷墨盒装在图13所示的记录装置上。已经证明它提高了喷墨速度以及墨滴的位置精度，因此记录处于良好的状态。

喷出液滴的体积足够，因此复印的密度足够。

图16是本发明第二实施例的记录头的透视图，其中热板1610粘到顶板1604上。

顶板1604开有墨通道槽1606，还带有一设有与槽1606相应的喷墨口（孔）1603的孔板1602。槽1606和孔1603的数目可根据需要确定。图中为简化起见只示出两组。孔板1602与顶板1604成整体。图16中，顶板1604由具有好的抗墨性的聚砜，聚醚砜，聚苯氧或聚丙烯树脂制成。顶板1604与孔板1602同时在一个模具中整体模塑成形。

在该实施例中，墨通道槽垂直于墨通道的截面是梯形的。由于这样的结构，激光束不会被槽壁堵住或挡住，即使在增大激光束的直径以提供大尺寸喷出孔，或者激光束相对于墨通道倾斜也是这样。墨流并不因梯形横截面而扰动。另外，喷射加热器和液体之间的接触面积增加，因此，当顶板和加热板粘结时，可加大沿喷墨口的直线方向上 顶板和加热板间的偏移容限。

本实施例中墨通道的尺寸为顶部40微米，底部60微米而高度为60微米。激光束相对于墨通道倾斜5度。喷出口具有类似于墨通道的横截面。图17示出了这个实例。可以明白，当在激光束不为墨通道壁堵住时可形成最大尺寸的喷出孔，并且当喷出孔具有与墨通道横截面类似的结构时，喷出孔与墨通道面积之比为50%。这样，喷墨孔面积约为圆形喷墨口面积的一倍（它与墨通道比例为24%）。因此有可能把喷墨口的尺寸增加到为墨通道横截面积的50%。墨滴可由喷射能量有效地喷出。

喷墨口与墨通道横截面积之比随墨通道的结构的不同而有所不同。本发明人的试验研究表明该比例最好不低于35%和不高于60%。在试验中，使用了各种墨通道的横截面的结构。如果该比例低于35%，将发生如圆形喷射孔同样的情况，也就是说，有时会出现所喷出的墨滴的体积不够的情况。如果该比例大于60%，倾斜的喷墨口在靠墨通道一侧的面积比墨通道的横截面积大，而形成不稳定的喷墨口结构。这样，喷墨不稳定。

当用带有形状类似于墨通道的横截面形状的喷墨口的顶板604来装配喷墨记录头时，带有喷射加热器1605或类似的元件的加热板紧贴并粘到孔板1602上，如图16所示。

在这种情况下，与图8相类似，不需要像普通记录头一样要求在顶板和孔板之间进行定位和粘接。因而粘结时定位的错误或偏差可避免。这样可减少凸块和制造工序的数目。这有利于记录头的大批生产和降低成本。另外，没有把顶板和孔板粘结起来的步骤，可防止孔和墨通道被粘结材料阻塞。另外，当加热板1601与带有整体孔板 1602的顶板1604粘结起来时，可通过把加热板1601紧贴到与孔板1602的喷射侧端面相对的端面上而完成在液流方向上的定位，因此整个定位步骤和装配步骤更为简单。另外，孔板不会被无意地分开。

图16的记录头可以制成如图9-11的喷墨盒。图16的记录头可制成一个喷墨盒，喷墨盒又装在采用可重复使用的喷墨盒的喷墨复印机上。

图16的记录头可装在图9-11所示的喷墨盒里，而该喷墨盒又装在图13的喷墨记录装置中，它可以得到高密度和清晰的图象。

下面参见图18和图19，说明本发明的第三实施例。在该实施例中，顶板1804设有矩形结构的墨通道槽1806，并有带喷墨孔1803的整体孔板1802，该喷墨孔的形状类似于墨通道的横截面形状。喷墨口和槽的数量可根据要求确定。为简化起见，图中只示出两组。与前面结合图16和17说明的实施例类似，顶板1804与带有发热电阻元件1805的加热板1801相粘接，以构成一记录头。

如图19所示，墨通道横截面尺寸为45微米×45微米，而喷墨口尺寸为32微米×32微米（形状相似）。喷墨口与墨通道的横截面积之比为50%。类似于图16中记录头的情况，这种记录头可用在图13所示装置中用来复印。所记录的图象有高的密度和足够的清晰度。

图20示出了本发明第四个实施例的记录头，其中热板2001与顶板2004粘接在一起。

该实施例的顶板2004设置了墨通道槽2006，并带有与其 成整体的孔板2002，该孔板2002设置有与墨通道槽相对应的喷墨口（孔）2003。槽和孔的数目可根据需要确定，为简化起见，图中只示出两组。

在图20所示的结构中，顶板2004由具有好的抗墨性的聚砜、聚醚砜、聚苯氧和聚丙烯树脂制成。顶板2004与孔板2002在一个模具中同时模塑成形。

在该实施例中，墨通道的横截面是梯形的。与具有梯形墨通道的前面的实施例类似，采用这种结构可防止激光束被墨通道壁挡住，即使为增加喷墨口的尺寸而增加激光束的尺寸或者激光束相对于墨通道的倾斜角减小时，激光束也不会被墨通道的壁挡住。这种墨通道的结构并不会妨碍墨流。而且，墨与喷射加热器的接触面积增加了，因此，在顶板与加热板粘接时，可加大沿喷墨口的直线的方向上定位误差的容限。另外，正如所要求的那样，增加墨和加热器之间的接触面积正是所需要的。

图21示出喷墨口结构的细节。如图中所示，受激二聚物激光束从后面也就是从墨通道2006一侧投射到孔板2103上，该受激二聚物激光束2101穿过具有六角形传送图样（如图22所示）的遮光屏2102。该受激二聚物激光束2101以每侧2度（θ₁）的角度聚集到光轴2105上，激光束以光轴2105与垂直于孔板2103的方向成5度的角度（θ₂）倾斜。激光的发射角不局限于上面的范围，但是考虑到喷墨孔的喷射角，这一角度最好不小于约3度和不大于20度。

在该实施例中，光学透镜系统把遮光花样的尺寸减少到三分之一。墨通道的尺寸为顶部100微米、底部140微米、高100微米 （梯形）。遮光屏是合成石英制的平行平板，铝汽化沉积在它的上面，形成具有D₂h对称性的六角花样201。其数目等于喷墨孔的数目，为简化起见，图中只示出两个。

在使用上述的光学系统和顶板时，在形成圆形喷墨孔时，由一个具有30微米直径的传送区的遮光屏提供最大的喷墨孔尺寸。由带有上述六角形花样的遮光屏形成的喷墨孔的面积比带有圆形传送面积的遮光屏所形成的面积约大40%。当用带这种喷墨口结构的孔板组成记录头时，带有发热电阻元件2005或类似元件的加热板2001贴到孔板2002并粘接到它的上面而形成记录头。

与前面的实施例类似，不要求像普通的记录装置一样进行顶板和孔板间的定位和粘接，这样，就没有定位误差的问题。这样减少了废品，也减少了制造工序的数目。这对大批生产和降低成本是有利的。由于顶板和底板间的粘接工序不需要了，因此防止了由于进入粘结材料或粘结剂而使喷墨孔和墨通道堵住。一旦把加热板2001与带有整体孔板2002的顶板粘接在一起时，便可把加热板贴到孔板2002与喷射侧表面相对的端表面上来完成沿通道方向上的定位。使整个定位和装配工序变得更简单。另外，孔板不会被无意地分开。

记录头可以装入如图9-11所示的喷墨盒中。这种喷墨盒可以是重复使用的，并且可以装在如图13所示的喷墨复印机上，实际上，复印操作是由装在图13复印机中具有上述结构的喷墨盒完成的。复印的质量很好。

本发明特别适合用于由日本佳能公司（Canon    Kabushiki    Kaisha）开发的泡沫喷射记录头和记录装置。因为它能得到高密度图象和高分辨率记录。

最佳的装置的典型结构和工作原理已在美国专利4723129和4740796号中公开了。其原理可以应用到所谓的即时显示型记录系统和连续型记录系统，特别适用于即时显示型记录系统，因为其原理是把至少一个驱动信号加到一个电热传感器，该电热传感器配置在一个挡液（墨）板或液体通道上，该驱动信号足够产生超出泡核沸腾点的快速的温升，电热传感器借此提供热能，使在记录头的加热部分产生薄膜沸腾，因而相应于每个驱动信号，在液体（墨）中能产生一个气泡。通过气泡的发展和破裂，液体（墨）从喷墨孔喷出，产生至少一个墨滴。驱动信号最好是一个脉冲信号，这样能瞬时使气泡发展和破裂，以快速的反应喷出液体（墨）。脉冲形式的驱动信号最好如美国专利4463359和4345262号中公开的那样。另外，加热表面的温升速度最好如美国专利4313124中公开的那样。

记录头的结构可以是如美国专利4558333和4459600中所示的那样，其中加热部分配置在弯曲部分，再加上如上述专利公开的喷墨口、墨通道和电热传感器相结合的结构。此外，本发明也可用到日本公开专利申请123670/1984号和138461/1984号中公开的结构，前者用一公用狭缝作为一组电热传感器的喷墨口，而后者在相应于喷墨口的地方设置一个开口，用来吸收热能的压力波。这是因为不管记录头是什么类型，本发明都可以高效可靠地完成记录操作。

本发明也可以有效地用到长度相当于最大记录宽度的实线型记录头。这种记录头可包括混合的单记录头和多个记录头来复盖整个宽度。

本发明也可以用于一种系列型记录头，其中记录头固定在主组件上，也可用于可更换的片状记录头，该记录头与主装置有电气连接，它装在主组件上就可供墨，它还可用于带有整体墨容器的盒式记录头，

设置复原装置和预备操作的辅助装置是可取的，因为它们能进一步稳定本发明的效果。这些装置包括记录头的顶盖装置清洁装置压吸装置、用喷射电热传感器或用喷射电热传感器加上附加的加热元件组成的预热装置，和不是用在记录操作的预先喷墨装置，它可以以稳定记录操作。

有关可装卸的记录头的种类，它可以是相应于单一彩墨的一个单头，或是相应于不同记录颜色或密度的多种墨料的多个头。本发明也可有效地用于具有下列各种形式中至少一种的装置，即主要为黑色的单色型、有不同颜色墨料的多色型，和由先种颜色混合物的全色型的至少一种的装置中，这种装置可以是一种形成整体的记录器或者是多个记录头的结合。

另外，在上述的实施例中墨是液体的。但是，墨也可以是在室温或更低温度下凝固的而在室温以上时液化的墨料。由于在喷墨记录系统中，墨温控制在不低于30℃和不高于70℃的范围内故能稳定墨的粘度，产生稳定的喷射。在普通的这种记录装置中，在施加上记录信号时的温度范围内墨是液体的。另外，可靠地防止了热能造成的温升，因为热能消耗在把固态的墨转变成液态上，或者使墨喷到记录材料上时凝固起来以防止墨的挥发。在无论那一种情况下，当施加上产生热能的记录信号，墨便液化，并使液化的墨喷射出。而当墨达到记录材料上时，墨开始凝固。本发明可用于在施加上热能就能液化的墨 材料。在多孔板形成的通孔或凹槽中的这种墨料可保持液态或固态，如在日本公开专利申请56847/1979和71260/1985号中公开的。多孔板面向电热传感器。上述专利中所公开的墨料最有效的系统是薄膜沸腾系统。

喷墨记录装置可用作情报处理设备（如计算机或类似装置）的输出终端，带有图象读出器的复印装置或类似装置，或者具有情报发送和接收功能的传真机。

本发明已参照这里公开的结构进行了说明，但并不限于上述这些细节，本发明包括各种为改进目的而进行的改型或变化，或者下面所有的权利要求。

Claims (1)

1、一种喷墨头，包括：

一个装有用来产生喷墨能量的喷射能产生元件的第一零件；

一个与所述的喷射能产生元件相应的，开设有与所述的第一零件相配合的、限定一条墨通道的凹槽的第二零件；

一个开设有能与所述墨通道相连通并可喷出墨的喷墨口的第三零件；

其特征在于所述喷墨口的横截面形状与垂直于墨流方向的墨通道的横截面形状相似，而喷墨口横截面面积不小于35%和不大于60%的墨通道横截面面积。

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