专利名称：高密度喷墨印刷头的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种高密度喷墨印刷头，尤其是涉及一种用于降低交调失真控制的多通道、侧壁起动的高密度喷墨印刷头。
印刷商提供了一种产生人类可读形式的永久性记录的装置。一般说来，印刷机分为冲击式印刷和非冲击式印刷。在冲击印刷中，像点是通过击打放于纸面近处的墨带来产生的、冲击印刷技术又进一步分为成形字符印刷与版型印刷。在成形字符印刷中，击打墨带而产生像点的元素是由一凸起的、所想要产生的字符的镜面对称像。在版型印刷触针打印中，字符是由靠打击配置的、对着墨带的针而产生的一系列紧密排列的点形成的，多个字符是靠击打设置的一个或多个紧靠墨带的针所产生的紧密排列的点产生的。通过有选择地击打设置的触针，与点的触针相应的任何字符均可产生。
由于其高速度印刷技术及更适于印刷图表和丰色调图像，非冲击印刷通常要比冲击印刷更为人们乐意采用。非冲击印刷技术一般分为版型印刷，静电复印和电光照相印刷。在触针打印中，触针是由电脉冲有选择地加热的，所产生的热在通常是专门处理过的纸的一面上产生一个印记。在静电印刷中，在导电的纸与印刷元件之间的电弧从纸上除去不透明的涂层，从而使对比色的内层曝光。在电光照相印刷中，用一种如激光那样的光源使光导电性材料有选择带电。粉状上色剂涂在带了电的区域，在它们与纸面接触时，上色剂就转送到纸面上。然后使此上色剂加热而使之熔化于纸面上。
非冲击印刷的另一种形式通常叫做喷墨印刷。喷墨印刷系统利用喷射细细印墨点产生图像。这种系统产生能多次重复的，并可以控制的微印墨点，从而使得在由数字化的贮存的图像资料规定的地方印上一个微点，大多数商业出售的喷墨印刷系统一般分为“连续喷墨”型喷墨印刷系统和“按要求喷滴”型喷墨印刷系统。在前一种印刷系统中，微滴从印刷头中连续地喷出，根据所想要的图像，微滴可以对着或背离纸喷射。在后一种系统中，微点是根据所要产生的图像有关的专门指令，才从印刷头中喷出的。
连续喷射型喷墨印刷系统是以从一个小孔喷出的液体流能形成均匀的小微滴的现象为基础的。可以明显地观察到，例如使用能产生压力振荡，使整个液体扩散的电子机械装置时，根据表面张力波扩张现象从直径为50-80微米的小孔中在压力下流出的液体趋向于碎裂成均匀的微滴。例如在
图1中，可以看到一种连续喷墨型喷墨印刷机200的简图。在图中，泵202将印墨，从印墨源204泵入喷咀系统206。喷咀系统有一个压电晶体208，压电晶体经常受到由晶体驱动器210供给的一个电压的驱动。泵202将印墨泵入喷射系统206并以一个连续液流的形式，将印墨从喷射咀202喷出去。连续振荡的压电晶体208产生引起压力扰动，压力扰动使得连续液流破裂成均匀的油墨微点，并由于一个静电场的存在而得到静电荷，这个静电场通常认为是由电极214产生的电场。利用高压偏转极216，能使选择出的一些带静电的液滴在控制下击向纸218的纸面上的预定的位置。高压偏转极216还使带静电的微滴中未被选中的那些偏离纸218的纸面而落入贮墨器，供下次循环使用。由于微滴的粒度极小和精确的微滴的轨迹控制，连续喷墨型喷墨印刷系统的质量能够接近成形字符冲击印刷系统的质量。然而，连续喷墨型喷墨印刷系统的缺点是，即使是不印刷或只少许印一点儿时也必须喷射油墨。这种要求会使油墨老化，因而降低了这种印刷系统的可靠性。
由于连续喷墨型喷墨印刷机的上述缺点，人们增加了对于通过用电子机械方法生成的压力波产生微滴印墨的兴趣，在这种系统中，通过对直接或间接地与印墨液相连系的压电晶体上加一个电压脉冲，在印墨液体中感生出一种容积变化。这种容积变化在油墨液体内引起压力/速度的瞬变现象，对这些变化加以控制以便产生从小孔中流出的微滴。由于只是在所期望的时刻才加上电压，这种型号的印墨喷射印刷系统称之为“按要求喷滴”型。例如，图2就是这种按要求喷滴型喷墨印刷机的简图。喷咀组件306从贮墨池(未示出)中将印墨抽出。驱动器310收到字符资料后立即起动相应的压电材料308。例如，若收到了字符资料要求微滴印墨从喷咀机构306中喷出，驱动器310就将一个电压施加于压电材料308上。压电材料308随之以一定方式变形而使喷咀机构306从小孔312中喷出印墨微滴击打纸318的纸面。
在喷墨印刷机中使用压电材料是公知技术。通常，压电技术使用于在对压电材料施加一电场后能将电能转变成能引起压电材料变形的机械能的转换器中。这种使压电材料变形的能力已常常被利用于迫使从喷墨印刷机的印墨传输通道中射喷印墨。一种利用压电材料的变形喷射印墨的喷墨印刷机，有一个环绕印墨传送通道的管状压电材料转换器，在转换器中所加的一个电压脉冲激励时，就压缩印墨传送通道，从而将一滴印墨喷出传送通道。例如，一种利用环形转换器的喷墨印刷机可以在Zoltan的美国专利US3857049看到。然而这种相对来说压电材料转换器及与其配套使用的印墨传送通道的复杂的结构，使得这类机器制作时相对费时，和价格昂贵。
为了降低喷墨印刷头的每一个印墨传送通道(或喷咀)的制造成本，原则上，每个喷墨印刷头都有一个压电驱动器，人们长久盼望生产出一种具有能使各相邻输墨通道之间间隔相对较小的输墨通道排列的喷墨印刷头。例如，制造一种具有相邻输墨通道间距为4和8密耳(0.001英寸＝一密耳)的输墨通道排列的喷墨印刷头是可能合乎需要的。在这里，将这样的印刷头称作高密度喷墨印刷头。除了降低每一个传墨通道的制造成本外，制造高密度传墨通道印刷头产生的另一个优点是，可以增加印刷速度。然而，很久以来，在拟用中的高密度喷墨印刷头中的间隔很小的通道组就是制造这类喷墨头的主要问题。
最近，将剪式压电转换器用于喷墨印刷头已成为极为普通的事。例如，在Fischbeck的两个美国专利US4584590和4825227中，就公开了使用于平行排列输墨通道喷墨印刷头的剪式压电转换器。在Fischbeck等人的这两个专利中，在末端开口的平行排列的印墨压力腔室的顶部盖有一片压电材料。在压电材料片的另一面则配置有电极;并使得正电极置于将压力腔分开的垂直壁的上方，负电极则放在压力腔本身上面。当将一个电场施加于正、负电极时，在其垂直于电场方向的方向极化了的压电材料就以剪式形态压缩油墨压力腔。然而在这些形态中，有许多压电材料是不起作用的，而且，压电材料的变形程度小。
在Nilsson的专利US4536097中，可以看到一种使设置在传墨通道侧面的压电晶体材料，并且在平行排列的传墨通道的喷墨印刷头。在Nilsson的专利中，喷墨通道组是由一系列彼此平行间隔排列的、并在相反的侧面上用第一、二平板覆盖的压电材料带构成的。一块平板是由导电材料制作，并做成各压电材料带的公用电极。在材料带的另一侧面上，用电连件将用作传墨通道的那一部分压电材料进行导电连结。当一个电压施到作传墨通道的两条压电材料带上时，这些材料带就变窄，并变得更高些，从而使封密的通道腔变大而使印墨吸入传墨通道中。当电压撤去时，条带变回原来的形状，由此而缩减通道体积，将印墨从通道中喷出。
一种有平行排列的输墨通道，并利用压电材料构成传墨通道垂直壁的剪式起动器的喷墨印刷头亦是公知的。例如，在Bartky等人的专利US4879568及Michaelis等人的专利US4887100中，均公开了具有一种将压电材料用作沿每个传墨通道的整个长度方向的垂直壁的喷墨印刷头的传墨通道排列。在这些排列结构中，垂直通道是两片相对安放的极化过的压电材料构成的，它们彼此相邻安装，夹在顶壁和底壁之间而构成印墨通道。在印墨通道形成之后，就沿通道的垂直壁的全长放置电极。在电极之间有垂直于压电材片片撑起方向的电场作用时，垂直通道就会变形而以剪式压缩此喷墨通道。
在一个实施例中，本发明的喷墨印刷头有一个基部，它具有一组沿其纵轴方向平行排列的凸块;一组中间部，中间部以能导电的方式安装在基部凸块组中相应的一个的顶壁上，以及一个顶部，顶部以能导电的方式安装在该组中间部中相应的每一个的顶壁上，基部、中间部和顶部确定了一个大致平行的、沿轴向延伸的用从其中向外喷墨的输墨通道。为了起动传墨通道，有选择地将一个正电压和一个负电压导电连接到凸块和中间部分各自作为输墨通道的侧壁上。而将与顶部端盖及中间部相连的导电体安装件接地。
在另一个实施例中，本发明的喷墨印刷头具有一个为U形的起动器，第一个侧面起动器有一个能导电地连接到该大致为U形的起动器的第一个顶壁上的底壁;第二个侧面起动器有一个能导电地连接在该大致为U形起动器的第二个顶壁上的底壁;和一个顶部有能导电地连接在第一、二侧面起动器的顶壁上的一个底壁。细长的液密性通道是大致为U形起动器第一、二起动器及顶部限定的，大致为U形起动器，第一、二侧面起动器间有电连系，用于有选择地分别对细长的液密性通道施加第一、二、三压力脉冲。
在又一个实施例中，本发明的喷墨印刷头具有一个至少有三个延伸其内的大致平行的细长的液密通道，及一个盖。盖有在其中形成的、安装于该基础的前壁上的相应数目的孔。设置在盖上的孔形成第一、二、三排大致平行的孔列，每孔列至少有一个孔，每一个孔与相应的上述通道沟通。各自与第一、二、三孔列相应的通道可以同时起动而将印墨从通道喷入相应的孔列中。
对于本领域的熟练人员而言，通过参看附图，将会更好地理解本发明及本发明的各个目的、优点和特点。附图如下图1是连续喷射型喷墨印刷头的简图。
图2是按需要喷液型喷墨印刷头简图。
图3是本发明的喷墨印刷头的立体简4是沿图3之4-4线剖切的局部放大图，用以表明图3所示喷墨头的平行输墨通道的排列。
图5是图3所示喷墨头的侧视图。
图6a是沿图4所示6a-6a线剖切的喷墨头后部的局部放大剖视图。图6b是沿图4所示6b-6b线剖切的喷墨头后部的局部放大剖视图。
图7是去掉顶部后的图3所示喷墨头的后部的局部放大立体视图。
图8a是图3所示喷墨头的单个、未被偏转的起动器侧面的正视图。
图8b是图8a所示单个起动器侧壁偏转后的正视图。
图9a是去掉前壁的图3所示喷墨头的另一个实施例在其平行的传墨通道的起动器侧壁偏转后的正视图。
图9b是图9a所示喷墨头的局部放大正视图。
图9c是图9b所示侧壁结构的静电场移动分析简图。
图10a是图8a所示未偏转的起动器侧壁第二个实施例的正视图。
图10b是图10a所示起动器侧壁偏转后的正视图。
图11a是图8a所示未偏转起动器壁的第三个实施例正视图。
图11b是图11a所示侧壁偏转后的正视图。
图12a是图8a所示未偏转起动器侧壁的第四个实施例正视图。
图12b是图12a所示侧壁偏转后的正视图。
图13a是图8a所示未偏转起动器侧壁的第五个实施例正视图。
图13b是图13a所示侧壁偏转后的正视图。
图14是图3所示喷墨头的沿14-14线剖切的又一个实施例的局部剖视图。
图15a是图3所示喷墨头的又一个实施例的局部放大正视图。
图15b是图15a所示除去前壁的喷墨头第二个正视图，表明用于此平行传墨通道排列的起动器侧壁偏转程序的第一次偏转后的情况。
图15c是图15b所示的、第二次偏转后的喷墨头视图。
图15d是图15b所示的、第三次偏转后的喷墨头视图。
在以下的详细说明中可能出现零件编码某种不合常规的编码顺序，是由于这个顺序是用作本申请案和用作参观文件的、尚未审批的先前的申请案间的公共编码顺序的缘故。
现在参看附图。在这里，为了便于说明起见，已将厚度和别的尺寸在各个附图中放大了。而且，在全部附图中，相同的编码是表明相同的或相似的另件的。在图3中的是根据本发明的喷墨印刷头10。印刷头10有一个对准、垫好并连结到中间体14上的主体12，而中间体14又对准垫好后连接到顶部16上。如在图6a上可以更清楚地看到的那样，在本发明的这个实施例中，主体12连续地向后延伸，越过中间体14和顶部16，由此而在喷墨印刷头10上提供一个用于印刷头10的控制器(图3中未示出)的安装用表面。然而，也已充分考虑过主体12、中间体14和顶部16完全可以做得一样长，由此而要求将控制器放置在离印刷头相对较远的地方。
将多个预定宽度和深度的垂直沟槽制在中间体14和主体12上而构成多个压力腔或通道18(在图3上未画出)，从而给印刷头10提了一列通道。将在图3中未示出的与通道18沟通的管道配制在喷墨印刷头10的后部附近。最好，管道在与通道18垂直的方向上有一条通过中间体14和顶部16的延伸通道。如在后面要详细介绍的那样，管道22与一根外印墨导管46相连，以提供将油墨从与管道46相连的油墨源15传给通道18的装置。
继续看图3，喷墨印刷头10还有具有一个前侧板20a、一个后侧板20b及贯通前壁20的多个锥形孔26的前壁20。后侧板20b分别与主体12、中间体14及顶部16对准、垫好和连结在一起，从而使得每一个小孔26均能与制作在中间体14上的多个通道18逐一对应沟通，从而为通道18提供了印墨喷咀。最好，每个小孔26应该放置得刚好是在每个相应通道18末端的中心位置，由此而为通道18提供印墨喷射咀。当然也已考虑过，每个通道18的末端也可有与小孔一样的功能，在印刷过程中喷射印墨，而无需设置前壁20和孔26。此外，还考虑过，小孔26所组成的孔列27的分布规模可以变化，使得它可以沿前壁20覆盖各种可选择出的长度，以满足任何想象出来的特定喷墨印刷头对通道的要求。例如在一种安排中，可以设想为，孔列27可以是约0.064英寸高和0.193英寸长，并具有交错排列的约28个小孔26。此时，相邻小孔26的孔中心距可以是约0.0068英寸。
参看图4，这是沿图3所示印刷头沿4-4线剖切的局部放大剖视图。可以清楚地看到，印刷头10有多个平行、间隔分布的通道18。每个通道18从顶部16、沿中间体14垂直伸入主体12的一部分内，而且沿纵向延伸于整个印刷头10。主体部分12和顶部16是用一种惰性材料如未极化的压电材料制作的。两个相邻通道18的隔离是侧壁起动器28，每个起动器均有第一和第二侧壁部分30、32。第一侧壁部分30是由未极化的压电材料那样的惰性材料制作的，在本发明的这个实施例中，第一侧壁部分30形成一个整体12。第二侧壁部分32是压电材料，例如锆钛酸铝(或“PZT”)来制作，并在垂直于通道的方向“P”上加以极化(即使之偏振化)。
一种金属化的导电层34安装有每个第一侧壁部分30的顶部壁(例如可以是一片金属)。与此类似的，金属化了的导电层36和38(也可以用一条金属带构成)安装在每个第二侧壁部分32的顶壁和底壁。导电胶40的第一层(例如可以是环氧树脂料)用以与分别安装在第一侧壁30和第二侧壁上的金属化导电层34和38实现能导电的固结。最后，在顶部16的底壁配置金属化的导电层42，导电层42反过来又以导电胶44的第2层粘结在第二侧壁部分32的金属化导体层36并可通过粘结层导电。用这种方式确立了一列通道18，其中的每一个均是由未极化的压电材料的主体12的一部分沿其底部、沿其顶部的导电胶44层以及已经形成的一对侧壁起动器28来限定的。每个侧壁起动器28都是两个相邻两个通道18公用的。可以将第一侧壁部分30相对第二侧壁部分的相对高度比做成各种数值的。然而，由未极化的压电材料制作的第二侧壁部分32之间的(高度)比例值为从1.3到1时，已经证明可以取得很令人满意的效果。虽然在图4所示的实施例表明是使用了金属化的导电层34、36、38和42，然已经发现，即使除去那样的表面层亦不会对本发明的实施有任何不良的影响。
现在参看图5，这是高密度喷墨印刷头10的侧视图，从图上可以较清楚地看到将印墨从印墨源25供应到通道18的装置。贮于印墨源25中的印墨通过一个外印墨导管46供到垂直延伸通过顶部16的内印墨导管24。虽然管24可设在顶部16内的任何地方，但在本发明的此实施例中，导管24是大致通过顶部16的中心向下延伸的。通过内管24供来的印墨传送到沿与通道18垂直的方向延伸并与之沟通的管道22中。管道22可以制作在中间体14或顶部16之内。但在本实施例中，管道22是配设在顶部16内的，在通道18是在喷墨印刷头10的全长范围内延伸时，用合成材料做的堵头48堵住通道18的后端，以使得提供给通道18的印墨能依据通道18的驱动朝着通向喷墨印刷头10的一个相应的锥孔26的方向传送。
参看图6a，这是图3所示印刷头沿图46a-6a线剖取的后部的剖视图，用来表明现在可以看到的通道18的侧壁。在此图上还可以看到喷墨印刷头10的电气连结情况。一个控制器50作为实施它可以是一个讯息处理机或别的形式的集成电路，它与第一、二侧壁驱动器部分30、32分离的金属化的导电层34间有电气连结。应该进一步注意到，在图6a所示的本实施例中，可以想到的是，控制器50可以安装在主体部分的后延伸部分12′上。另一方面，与第二侧壁部分32和顶部隔离的每个金属化导电层42是接地的。虽然图6a表明了单个导电片34与控制器50的电连结和单个导电片42接地的情况，亦应该能清楚地理解到，每一个侧壁起动器30都有一个在印刷头10的后部向外延伸到能与控制器50连结的、类似结构的导电片34和一个有类似结构的、接地导电片42。如在后边还要详细说明的那样，通过传送一系列正和/或负电荷到选择出的一些导体片34来操纵喷墨印刷头10。由于顶部16和主体12是不导电的，而粘结材料层40、44，金属化导电层38、36、42和中间体14都是导电的，将会产生一个跨越中间体14和相应的选择出的金属化导电层34的电压降。这会引起包括一个电压降落越过的顶部分中间体14在一起的侧壁在某一预定方向上发生变形。这样通过有选择地施加一个选择的电压降于各个侧壁起动器，各个通道18就会有选择地起动，使之喷墨，由此而以一给定的方式产生所期望的图像。
用于有选择起动通道18的脉冲程序的正确安排无需背离本发明的精神就可以改变的。例如，一种合适的脉冲程序可作在Wallace David B的，名为“利用积分处理液滴成形模式来标识按需要滴液喷墨装置型号的方法(1989年)”(“A Method of Characteristic Model of a Drop-on-Demand Ink-the Device Using an Integral Method Drop Formation Model”89-WA/FE-4)的文章中可以看到。在最一般的意义上来说，用于一个侧壁起动器28的脉冲程序是由一个正程序(即“+”)和一个负程序(即“-”)组成正程序将一个压力脉冲传送给正由这个侧壁起动器28起动的那个通道18内;负程序将一个补充的、附加压力脉冲施加入与正在起动的那个通道18相邻的、彼此共有一个正在起动的该公共侧壁28的那个通道18内。例如在本发明的一个实施例中，决定一个通道18的一对侧壁起动器28中的每一个侧壁起动器28都有一个脉冲程序，这个脉冲程序包括前述的正脉冲程序和负脉冲程序。但在相反的时间间隔内，正、负电压程序都交替加到这对侧壁起动器的每一个侧壁起动器，由此而形成一个+、-、+、-电压模式，在施加电压后这种模式使每一个的另外一个通道18都喷射印墨滴。在本发明的第二个实施例中，相邻侧壁起动器28的、限定一个第一个通道的第一对侧壁起动器可以有一个脉冲程序，这个脉冲程序包括上述的、在相反的时间间隔内分别加到第一对侧壁起动器中的每一个。相邻侧壁起动器28的第二对起动器壁、它们决定相邻于第一个通道的第二个通道，这第二对起动器壁上在上述时间间隔内不在其上加电压，这样，就形成了一个+、-、0、0电压模式。以这种模式，在施加电压后，每第四个通道18就会起动。还可以更加明白的是，通过有选择地将电压施加到相应于每个侧壁起动器28的导电性粘结剂的第一层上，就可以提供多到难以数说的通道起动模式。
图6b是沿图4之6b-6b线剖切的印刷头10的后部剖视图，在此图上更好地标明了通过内印墨导管和管路22向通道18供给印墨的通路。在图6b中还可以清楚地看到，一般均是用绝缘的、合成材料制作的堵头48，堵头48堵住了通道18的后端，从而供给通道18的印墨以在别的地方还要详细的介绍的方式在脉冲作用下朝前传送。
参看图7，这个去掉了堵头48和顶部16的喷墨印刷头10的后面部分现在可以更清楚表明高密度喷墨印刷头10的结构细节。正如在这里可以看到的那样，在观察通道18的构造时，最好在预定的地方锯切主体12和中间部分14，然后将部分金属化导电表面层34去掉，由此而可以看出，金属化导电表面层34的功能是作为每个侧壁30的单个电连接件，而金属化导电表面层36的功能是用作每个侧壁的单个接地线连接件。
参看图8a，在此所看到的是印刷头10的单个起动器壁，侧壁起动器28是由第一起动器侧壁30和第二起动器侧壁32，这两侧壁均沿相邻通道18的全长伸延。第一侧壁部分30是由未极化的压电材料构成，并与印刷头10的主体12构成一个整体。第二侧壁部分32是由沿垂直于相邻通道18的方向极化了的压电材料构成，并以可导电的方式连接到如上所述也是由未极化压电材料制作的、印刷头10的顶部16上。第一、二侧壁起动器部分30、32安装得彼此间能有导电连系。如第一、二侧壁部分30、32可各自配备一层导电材料34，并用于导电粘结剂40粘在一起。然后，将第二侧壁起动器32的顶面通过安装金属化导电层36、42以一种可以导电的方法安装在顶部16上。
在图8b中，表明了在电场加到金属化导电层34和42之间后，图8a所示起动器的变形情况。在所选择的电压加到金属化导电层34后，就产生垂直于极化方向的一个电场，第二侧壁部32就会经受剪切变形。然而，由于金属化导电层36是受限止的，金属化导电层38在层36固定不动时会作切变运动。由于是由惰性材料制作的，所以第一部分侧壁30不会受电场的影响。然而，由于第一部分30是安装在经受剪切变形的第二侧壁部分32上的，所以第一部分会被第二部分拽动，由此而迫使第二部分弯曲，这种弯曲被称作剪切运动。这种侧壁28的运动产生一个压力脉冲。这个压力脉冲增大了部分是由该侧壁决定的相邻通道18中的一个通道18上的压力，由此而使这一通道18喷出微滴印墨，短暂瞬间之后，一个加强了的压力脉又加到了这相邻通道18中的另一个通道上。
在图9a中，将介绍本发明的印刷头10的输墨通道组的又一个实施例的一般工作情况。本实施例中，金属化导电层34和38以及导体粘结剂层40均一个单独的导电粘结剂层51替代了。与此相类似的，金属化导电层36、42以及导电粘结剂层44也已为单独导电粘结剂层52所取代。然而为了取消上述的金属化导电层，而维高密度喷墨印刷头10的令人满意的作业效果，中间体14的表面14b和主体12的表面12a必须以能导电的方式安装在一起，以使得可以很容易地将一个电压加到单层导电粘结剂51上，中间体14的表面14a和顶部16的表面16a也必须以一种可导电方式安装在一起，从而使得这两表面之间的单层导电粘结剂52可很容易地接地。
为了起动印刷头10，图9a上未示出的控制器50响应一个代表想要印刷的图像的图像输入讯号，将预先规定了大小、极性以选择相应于起动器侧壁28的某一个侧壁的导电粘接剂层52的电压加到待起动的通道18的每1个侧壁上。例如，如果有一个正电压加到一导电的粘结剂层51上，一个垂直于极化方向的电场E就在这个方向上由导电粘结剂层51建立起来，而且是指向导电粘结剂层52。第二侧壁部分32就将带着第一侧壁部分30以剪切方式扭曲，由此而使此侧壁经受一剪切样变形。在又一方面，通过加一个负电压到连接件34上，电场E的方向就颠倒换向，第二侧壁部分32就在第二方向上以剪切运动方式偏转，此方向与第一次的方向相反，但垂直于该通道。这样，通过在限定一个通道18的相邻侧边上施加大小相等极性相反的电荷，一个正压力波就在这两个相邻侧壁之间的通道18内产生，从而排放一滴印墨，墨滴既可以通过压力腔18的开口端，也可通过锥孔26排出。
在图9b上可以看到处于未起动状态、图9a所示的通道系列中的一个通道18和一对侧壁起动器28的放大视图。因为这里要说明的这个侧壁起动器28在结构上与图9a中所介绍的完全一样，所以在此无需进一步说明。在侧壁起动器28起动之前，通道18中充满了不导电的印墨。用作制作侧壁起动器的压电材料具有3300的相对电容率，不导电的印墨的相对电容率为1。利用本发明的这个实施例，处理过2个公开的试验。第一个试验具有每第4个通道18就被加一个电压而起动，其电压模式为(+、-、0、0)，第二个试验中每第二个通道18通过加一个电压而起动，其所加电压模式为(+、-、+、-……)。由于在这两个试验间没有显著的差别出现，所以在下面只说明第二个试验的结果。在这个试验中，导电材料层52是零电压，导电材料层51a有+1伏电压，导电材料层51b有-1伏电压。这样的一种电压组合能够使在中央的通道18压缩。
在图9c上，我们可以看到，根据第二个试验的参量作出的，在侧壁起动器28起动其间所产生的静电场的图解分析图。如在图上所看到那样、在极化的压电材料中的位移的数值大小使得牙对牙和咀对咀的相互干扰影响对不导电的印墨来说是可以忽略不计的。一个出乎意料的结果是在未极化的压电材料中的电场的量值要比极化的压电材料中的多60%。出现这种现象的原因是，由于其电荷流受到这种压电材料中的高电容率的支配。此外，未极化的压电材料中的电场方向是这样的如果这种材料被极化，由于未极化的齿状突伸部分比其极化部分的长，所以其齿状突伸的位移就要增加约60%。如果更长，压电材料件就会被切化，这位移当然会更大。
虽然在本文中没有介绍，也利用导电印墨做过类似的试验。在这样的一个试验中，除非将侧壁起动器28用一薄层不导电材料沿着与充满导电油墨的通道邻接的侧壁起动器的表面，将这个侧壁起动器28绝缘，导电印墨总会使导电材料层51、52短路。可以想象的是，在考虑使用导电印墨时，可用厚度十分均匀的约为2-10微米的一层不导电材料涂在通道18的内表面。在使用导电印墨时，除了要求一层不导电材料外，喷墨印刷机的操作并没有明显的差别。
在图10a中，可以看到侧壁起动器的第二个实施例。这个实施例有一个由未极化的压电材料制作，且是与主体12构成一整体并从其上延伸而成的第一侧壁部分30;一个由压电材料制作的第二侧壁部分54及第三个由压电材料制作的侧壁部分56。第二、三侧壁部分是粘结在一起的，其粘接方式使之极化方向彼此相差180°。每个极化的压电材料侧壁部分54和56应分别有金属化的材料制作的顶层和底层57和58，60和62。第二侧壁部分54的第一金属化导电层57借助第1层导电粘结剂40连接在第一侧壁部分30的金属化导电层34上，第二侧壁54的第二个金属化导电层由通过第三导电粘结剂层64连接在第三侧壁部分56的第一金属化导电层60上。最后，第三侧壁部分56的第二金属化导电层借助第二导电粘结剂层44连接在顶部16上。导电层58和38间应该互相连接并且有一个公有的电位即接地。通过加一个电压到第二、三侧壁部分54、56之间的导电层而产生一个电场。正如图10b所示，除了54、56经常单独的剪切变形之外，此侧壁起动器的变形情况与先前所介绍的情况并没有明显的差别。
参看图11a，现在详细说明侧壁起动器28的第3个实施例。更确切地说，在这个实施例中，第一、二侧壁部分均是由极化的压电材料制作的，两者的结构方式使得它们的极化方向对准。通过在极化了的压电材料部分30、32之间的表面施加一个电压而产生一个电场。顶端侧壁部分32的电场矢量相对第一侧壁部分的电场矢量差180°，因此，顶端和底面侧壁部分是在相反方向上剪切变形。当然，为了得到同样大小的位移，需要不到该电压的一丰。在这里，这个侧壁起动器仍是由一对侧壁部分构成的，但是这里的第一、二侧壁部分66和68分别有各自的第一、二金属化的导电层70和72及74和76，而且这个侧壁部分均是由活动性材料制作的。用第一层导电粘结剂40使主体12的第一金属化导电层34以可导电的方式安装在第一个侧壁部分66的第一金属化导层70上。用第四导电粘接剂层78将第一侧壁部分66的第二金属化导电层72以可导电的方法与第二侧壁部分68的第一金属化导电层74安装在一起。用第二导电粘接层44将第二侧壁部分68的第二金属化导电层76以可导电的方式与顶部16的金属化导电层42安装在一起。如图11b所示，在本实施例中，两个侧壁部分68和70是分别经受单独的剪切变形的。
参看图12a，现在详细说明侧壁起动器28的第4个实施例。在本实施例中，侧壁起动器28是由用惰性材料制作的第一侧壁部分，以及由活动性材料制成的第二、三、四侧壁部分80、82和84组成的。活动性侧壁部分80、82和84分别有第一、第二金属化导电层86和88，90和92以及94和96。在本实施例中，用第一导电粘结剂层40将金属化导电层34和36以可以导电的方法装接在一起;用第三导电粘接剂层98将金属化导电层88和89以可以导电的方式装接起来;用第四导电粘接剂层100将金属化导电层92和94以可导电的方式装接在一起，并用第二导电粘接剂层44将金属化导电层96和42以可导电的方式连接在一起。如在图12b所示那样，起动器侧壁变形情况类似于结合图8b所说明和介绍的情况一样。
参看图13a，下面详细说明侧壁起动器28的第5实施例。此侧壁起动器28是由均是用活动性材料制作的第一、二、三、四、五、六侧壁部分组成，每个侧壁部分各有固定于其上的第一、二金属化导电层116和118，120和124，126和128，130和132，134和136以及138和140。用第一导电粘接剂层40以可导电方式将金属化导电层34和36连接在一起，并分别用第三、四、五、六、七一导电粘接剂层142、144、146、148及150、44分别以可导电的方法将118和120、124和126，128和130，132和134，136和138及140和42金属化导电层连接在一起。如图13b所示，此侧壁起动器28的变形情况是与参照附图11b所作的介绍的情况相似的。
图14表明的是本发明的又一个实施例的情况。在本实施例中，喷墨印刷头410是由中间体414形成的。中间体414与上述的中间体的构造是一样的，并将之与主体412连接在一起。如上所述，中间体414是由在方向P上已极化的压电材料构成的，并在表面414b、414a上分别有金属化导电层436和438。然而，在本实施例中，主体412也是由在P方向上极化了的压电材料制作的，并且有一个其上有一层导电材料434的表面412a，中间部分414和主体412通过将金属化导电层434和438以可导电的方式固定的导电粘接剂层440连接在一起。此外，还可以通过将金属化导电层434、438间进行钎焊而将之连接在一起。还可以进一步想得到的是，根据本发明的一个方面，金属化导电层434和/或438中之一或两个均可取消，但仍然可维持本发明的令人满意的使用效果。
在主体412和中间体414以可导电方式固接在一起之后，用机加工方法为喷墨印刷头410加工出一组通道。如图14所示，一组沿轴向延伸，大致平行的通道418是由机械加工出的通过中间体414和主体412延伸的沟槽形成的。最好，机械加工完成的方式能使由此而加工成的每个通道418都应该向下延伸一些，从而使得金属化导电层438、436、434，由极化了的压电材料制作的中间部414，导电粘接剂层440，及由极化了的压电材料制作的主体412的一部分都被去掉。通道为喷墨印刷头组成一组通道及侧壁起动器428，每个侧壁起动器都有第一、二侧壁起动器部分430和432，这两部分确定了通道418的侧壁，通道正是以上述这种方式形成的。如下面要更详细地说明的那样，通过以上述方式形成平行的一组通道，而为每一个通道418都配置了一个大致呈U形的侧壁起动器450(以模型形式展示于图14中)。这种起动器在一个通道418的相对两侧而且是主体412的一部分的地方有第一侧壁起动器部分，主体412并将在这个通道418的两个相对的侧边上的第一侧壁起动器连接在一起。
继续看图14，喷墨印刷头的通道组是通过将用极化的压电材料或别的活动性材料制作的，其底面416a上有一层金属化导电层442的第三构件416，安装在中间体414的金属化导电层436上而组成的，其安装方式使中间体414与第三构件间可以导电。以后将称之为喷墨印刷头的顶部的第三构件416可以用先前讲述的顶部16的类似结构。为了完成喷墨印刷头的通道组件组合，将顶部416的金属化导电层442以可导电的方式用第二导电粘接剂层444连接在第二侧壁部分432的金属化导电层上。最好，先将导电粘结剂层444涂敷在金属化导电层442和顶部416上，然后再放上金属化导电层436，如上所述，可以想象到，在本发明的一个实施例中，金属化导电层436或422中的一个或两个均可以取消后，仍然可以保持印刷头的满意的使用效果。
使图14所示通道组间有电连接，从而使得能为每一个通道配备一个大致为U形的起动器450。在另一个实施例中电连接件452可以是用导电粘结剂层440将金属化导电层436和438以可导电的方法彼此固接而形成，其中金属化导电层436和438可以相互钎焊，也可以只是用一层导电粘接剂将金属导电层相互粘接在一起，在通道418的一个侧壁上，将电连接件452连到一个+1伏的电源上(未示出)。第二个电连接件452连到一个-1伏的电源上。为了完成用于此平行通道组的电气连接，还要将导电粘接剂层444接地。通过上述连接方式，通道18就有一个大致为u形的起动器450，在其电连接件452与454有2伏电压降，第一侧壁起动器在连接件452与地之间有+1伏电压降，第二侧壁起动器在连接件454与地之间有-1伏电压降。以这种方式构成了侧壁起动器之后，当有一个+、-、+、-模式的电压施加到连接件405使每另一个通道418根据所加的该电压喷印墨微滴时，由U形起动器450和决定此通道18的一对侧壁起动器432在此通道418上产生的压缩和/或膨胀力要比由侧壁起动器28在通道18上施加的大得多。
虽然，具有其每一个通道都有一个U形起动器的平行通道组的高密度喷墨印刷头的量钢(尺寸大小)可以很容易地变更而不偏离本发明的精神，然而已经具体考虑过，实施本发明的喷墨印刷头可以设计成具有下列规格小孔直径 40μmPZT长度 15mmPZT高度 120μm通道高度 356μm通道宽度 91μm侧壁宽度 81μm在上述的本发明的各实施例中，每个侧壁起动器30是一对相邻通道18共有的，因此可以用来使这对通道中的任何一个通道喷射印墨。例如在图9a中，通过移动组成这个被起动的通道18的侧壁的两侧壁起动器30通道18a一个隔一个地被起动，从而使那些通道受挤压。在相邻被起动的通道18a的那些通道18b中，由于每一个侧壁起动30是一个起动的通道18a和一个未起动的通道18b之间共有的，所以用于形成未起动的通道18b的侧壁的那些侧壁起动器30也是移动的，但其移动方式不会引起印墨从通道18b中喷出。在未起动的通道18b内，侧壁起动器30移动引起的起动通道18a所必须这种压力脉冲通常称之为交调失真。在某种情况下，如在使用低粘性和低表面张力印墨时，在与被起动的通道18a邻接的未被起动的通道18b中的由起动器30产生的这种交调失真可能导致未起动的通道18b会被出乎意料之外的起动。
现在参看图15a，现在要详细说明的是图3所示印刷头10的前壁部分20的另一个实施例20′简图。它可以用来消除或减少图9a所示喷墨印刷头10在作业期间出现的交调失真。在本实施例中，孔列27具有孔26-1、26-2、26-3、26-4、26-5、26-6、26-7及26-8，这些孔排列成倾斜的形状，而且26-1到26-8中的每一个孔均延伸、透过盖壁20′而各与通道18-1到18-8中、相应的一个通道沟通。并且这些孔是这样聚集在一起的在一特定的小组中孔26-1到26-8中的每一个孔放置得与同一组中相邻的一个小孔的距离在沿运动方向A测量得的距离为d。在本发明的一个实施例中，这个距离约等于1/3象素Pixel。例如，在图15a所示的孔列27中，孔26-1和26-2;26-3、26-4和26-5;以及26-6，26-7和26-8分别构成第一、二、三孔组。在根据本发明设计的，且具有图15a所示孔列的喷墨印刷头10作业期间，通过压缩限定要被起动的通道的侧壁的侧壁起动器28，孔26-1、26-4和26-7，这些排在第一行的小孔可能被一起起动，排在第二行的孔26-2、26-5和26-8可能被一起起动，排在第三行的孔26-3、26-6和26-9可能被一起起动。用这种方式起动孔26-1到26-8，交调失真影响就可以消除。此外，在t＝1(参看图15b)时，通过以图9a中所说明的方式，将一个正电压降加到第二侧壁部分32上，限定通道18-3，18-6和18-9(这些通道相应于第一孔组26-3、26-6及26-9)的两面侧壁28就同时起动。与此相呼应，通道18-3，18-6和18-9就被压缩，由此而将压力脉冲加到这些通道内的印墨上，从而使印墨滴从这些通道中喷出。由于限定通道18-2、18-4、18-5、18-7和18-8的每两个侧壁28中只有一个已被驱动，由此而将加到不希望起动的通道的压力脉冲值减为1/2，所以这些与已起动的那些通道相邻的通道的出乎意料的起动的可能性就减小。
在t＝2时，(参看图15c)纸已经沿方向A移过了1/3(Pisel)象素，而且位于第二行的通道18-1、18-4和18-7(它们分别相应于第二行孔26-1、26-4和26-7)现在应该以相似的方式被起动。如上述情况一样，由于传递到那些未被起动的通道上的压力脉冲值减少了一半，所以通道18-2、18-3、18-5、18-6和18-8的出乎意料的起动的可能性被降低了。最后，在t＝3(参看图15d)时，纸已沿方向A又传送了另一个1/3象素(Pixel)。现在应被起动的是位于第3行的通道18-2、18-5和18-8(它们分别相应于第3行孔26-2、26-5和26-8)。与上述情况一样，由于传送到未被起动的通道上的压力脉冲值的降低，相邻通道18-1、18-3、18-4、18-6、18-7、18-9的出乎意料的被起动的可能性被减少了。
现在已经将一种有在其内延伸的多个传墨通道，和用活动性材制作的、并为这些通道中的相邻通道共同的侧壁起动器的高密度喷墨印刷头作了说明。但是在本领域内的那些熟练人员会认识到，除了上述已特别指出的那些方面外，还可以在不超出本发明的基本精神而作出许多改型和变化。因此，应该明白在本文中介绍的本发明的结构形式只是作为实例，并不是对本发明范围的限止。
权利要求
1.一种喷墨印刷头具有，一个由压电材料制作的基部，它具有多个基本上是平行放置、并在基部上沿纵向延伸的凸块，每个凸块均有一顶面；多个中间体，每个都有一个顶面和一个底面，每个中间体以能导电方式连接在相应的每个基部喷射咀的顶面上，每个中间体均由压电材料制作，一个顶部以可导电方式连接在各个中间体的顶面上；基部、多个中间体和顶部限定了多个大致平行、沿轴向延伸的传墨通道，印墨可从其中喷出。
2.如权利要求1所述的印刷头，其特征在于，基部凸块和中间体为多个传墨通道中的每一个都限定第一和第二侧壁;印刷头还具有将(正、负)极性相反的电压分别传送到限定每一个传墨通道的第一、二侧壁上的装置。
3.如权利要求2所述印刷头，其特征在于，将极性相反的电压分别传送到第一、二侧壁的装置还具有用于有选择地将正电压加到连接每个第一侧壁的凸块和中间体的导电连接件的机构;用于有选择地将负电压加到连接每个第二侧壁的凸块和中间体的导电连接件的机构。
4.如权利要求3所述印刷头，它还具有将连接顶盖和多个中间体的导电连接件接地的装置。
5.如权利要求4所述的印刷头，其特征在于，每个中间体是在大致垂直于多个平行通道的轴向延伸方向上被极化的。
6.如权利要求5所述的印刷头，其特征在于，基部是在大致垂直于多个平行通道的轴向延伸方向上被极化的。
7.如权利要求6所述的印刷头，其特征在于，用于有选择地施加正、负电压的机构均在垂直于极化方向的方向上产生一个跨越每个中间体的电场，和一个大致垂直于沿基部的第一部分极化的方向并大致平行于沿基部的第二部分极化的方向的电场。
8.一种喷墨印刷头具有一种大致成U形的并具有第一、二顶壁的起动器;一种具有与大致成U形的起动器的第一顶壁以可导电方式连接的一个底壁及一个顶壁的第一侧壁起动器;一种具有与大致成U形的起动器的第一顶壁以可导电方式连接的一个底壁及一个顶壁的第二侧壁起动器;一个具有与第一、二侧壁起动器的顶壁以可导电方式连接的底壁;大致成U形的起动器，第一、二侧壁起动器和顶部限定一个细长的液密性通道。
9.如权利要求8所述印刷头，它还有用于有选择地将一个第一压力脉冲加到细长的液密性通道而将大致成U形的起动器接地的装置。
10.如权利要求9所述印刷头，它还具有，一种有选择地将一个正电压加到连接第一侧壁起动器和大致成U形的起动器的第一顶壁的导电连接件上的装置;有选择地将一个负电压加到连接第二侧壁起动器和大致成U形的起动器的第二个顶壁的导电连接件上的装置。
11.如权利要求9所述印刷头，它还具有，用于有选择地将第二个压力脉冲加到细长的液密性通道上而使第一侧壁起动器接电的装置。
12.如权利要求11所述印刷头，它还具有用于将第三个压力脉冲有选择地施加到细长的液密性通道而使第二种侧壁起动器接电的装置。
13.如权利要求12所述印刷头，它还具有有选择地将一个正电压加到连接第一侧壁起动器和U形起动器的第一顶壁的导电连接件上的装置;有选择地将一个负电压加到连接第二侧壁起动器和大致成U形的起动器的第二顶壁上的装置;使将第一、二侧壁起动器与顶部相连的导电连接件接地的装置。
14.一种喷墨印刷头，它具有具有一个前壁和至少三个大致平行的细长的液密性通道的基部，液密性通道至前壁为止，一个盖，其上有相应数目的孔并安装于基部的前壁上;设置在盖上的孔决定了每列至少有一个孔的第一、二、三孔列，每一个孔均与相应的一个通道沟通;分别用于同时起动与第一或第二或第三例相应各孔沟通的所有通道的装置。
15.如权利要求14所述的印刷头，其特征在于，各孔成组安置，每组孔最多为3个，一个组的每个孔与该组其余的孔间隔有垂直距离，而且组中每一个孔与其余的相邻的孔以选定的距离隔开。
16.如权利要求15所述之印刷头，其特征在于，所选定的距离约为1/3(Pixel)象素。
17.如权利要求16所述的印刷头，它还具有多个有第一、二顶壁的大致为U形的起动器，多个第一侧壁起动器，每个第一侧壁起动器有一个顶壁和一个以可导电方式与每一个大致为U形的起动器的第一顶壁连接的底壁;多个第二侧壁起动器，每个第二侧壁起动器有一个顶壁和一个以可导电方式与一个大致为U形的起动器的第二顶壁连接的底壁，一个有以可导电方式与第一、二侧壁起动器的各顶壁连接的底壁的顶部，其中，大致成U形的起动器，第一、二侧壁起动器和顶部限定出各个细长的液密性通道。
全文摘要
一种按要求滴液型喷墨印刷系统用的喷墨印刷头，具有一个有一组大致平行设置并沿长轴方向延伸的凸块的基部，一组以可导电的方式安装在相应的基础凸块组中的各个凸块的顶面上的中间体组，以及一个以导电方式连接一组中间体中每一个相应中间体的顶壁上的顶部。
文档编号B41J2/055GK1074408SQ92110
公开日1993年7月21日 申请日期1992年8月15日 优先权日1991年8月16日
发明者J·R·派斯, D·B·华莱士, D·J·海斯 申请人:康帕克电脑公司