CN101077652A

CN101077652A - 喷墨头

Info

Publication number: CN101077652A
Application number: CNA2007101051566A
Authority: CN
Inventors: 田沼千秋
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2006-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2027-05-24
Also published as: US20080036823A1; JP4267640B2; JP2007313707A; US7597428B2; CN101077652B

Abstract

所公开的是喷墨头，所述喷墨头可以喷射墨滴而同时防止喷墨的中断，结果打印出具有良好图像质量的图像。喷墨头包括：多个压力室；喷嘴，所述喷嘴与相应的压力室成流体连通；第一共用墨室，所述第一共用墨室设置在压力室的一个边缘上；第二共用墨室，所述第二共用墨室设置在压力室的另一个边缘上；和墨通道，所述墨通道使第一墨室与第二墨室成流体连通。安排在一部分墨通道中的超声换能器使墨室中的墨循环流动通过由墨通道、第一和第二共用墨室及压力室所形成的通路。

Description

喷墨头

技术领域

本发明一般涉及喷墨头，尤其是涉及其中包括墨循环通路的喷墨头。

背景技术

近年来，上面安装喷墨头来喷射墨滴以便将图像记录在介质上的打印机已在各种不同领域广泛普及，上述领域包括工业、家用电器等。因为喷墨头很容易实现灰度和彩色图像且具有低的运行成本，所以其未来使用前景十分可观。

在喷墨打印机领域，墨滴按需要式(Drop-On-Demand)(D-O-D)喷墨头目前是主要的喷墨头。

日本公开专利申请(KOKAI)PH 11-207972公开了D-O-D喷墨头，所述D-O-D喷墨头包括压力室，该压力室成流体连通连接到喷嘴上，以便从喷嘴喷射墨滴。压力室由喷嘴板形成，所述喷嘴板具有喷嘴、顶板及在压电材料上成形的底表面和侧壁。侧壁镀镍形成电极，以便把墨喷射脉冲施加于其上，并且使侧壁变形产生压力，以便当施加脉冲时喷射墨滴。侧壁起用于喷射墨的执行机构的作用。当在喷墨头的操作中偶而发生从喷嘴吸入空气并因此形成气泡时，即使把墨喷射脉冲施加到电极上使执行机构变形，气泡也使压力室中用于喷射墨的压力下降。因此喷墨头在空气吸入时造成墨喷射中断。此外，在制造喷墨头的过程中留下废弃物或外来物，或者墨包括外来物的情况下，喷嘴偶而塞满废弃物或外表面，同时造成喷射中断。另外，反复施加墨喷射脉冲使执行机构轻微地发热，同时造成压力室中墨的粘度降低。因为墨喷射的特性由于粘度的变动而发生改变，所以喷墨头还产生另一个问题是使打印的字符和图像的质量不一致。

国际公开专利申请(HYO)2002-529289也公开了D-O-D喷墨头。在公报中，详细说明的是制造喷墨头的方法，其中分别在两排上形成多个墨通道，每个都是用叠层的压电材料制成。

日本公开专利申请(KOKAI)P 2001-162795公开了喷墨头，所述喷墨头装备有循环系统，用于使墨在墨通道中循环，以便防止喷嘴塞满外来物，防止墨喷射特性由于吸入空气而变差，及防止墨的粘度由于压电材料的反复变形发热而下降。

为了形成循环系统，在喷墨头的外部应用专用泵。因此，在喷墨打印机中需要用于控制泵的控制器和泵安装于其中的专用空间。此外，循环系统包括多个元件，所述多个元件包括主储墨罐、专用泵、过滤器、继电器箱、使其中一个元件与另外元件流体连通的墨管、及将墨管与其中一个元件接合的连接器。因此，需要复杂的元件管理和定期维护，以便使系统保持工作良好。另外，因为需要多个墨管来在系统中的各个元件之间形成流体连通，所以有大量墨未利用而作为废墨留在管中。

发明内容

本发明的目的是提供一种喷墨头，所述喷墨头可以喷射墨滴，而同时防止墨喷射中断，并能打印具有良好打印质量的图像。

为了完成上述目的，用于喷射墨以把图像记录在记录介质上的喷墨头包括：

压力室，所述压力室被与相邻压力室共享的侧壁隔开，所述侧壁用压电材料形成并且在其表面上带有电极，压力室具有两个端部，墨穿过所述两个端部在压力室中流动；

喷嘴，所述喷嘴配置成从压力室喷射墨从其通过；

第一共用墨室，所述第一共用墨室设置在压力室的两个端部中的一个端部处，以便将墨供应到压力室；

第二共用墨室，所述第二共用墨室设置在压力室的另一端部处，以便从压力室吸取墨；

墨通道，所述墨通道配置成使墨从第一共用墨室流到第二共用墨室；和

超声换能器，所述超声换能器用于发生超声波，以便通过超声波的压力强制使墨移动，超声换能器安排在墨通道中，

其中通过超声波压力墨被强制循环穿过第一共用墨室、压力室、第二共用墨室和墨通道。

附图说明

本发明的这些和另一些目的和优点从下面结合附图所采取的本发明的优选示例性实施例的详细说明将变得显而易见和更容易理解，其中：

图1是示出本发明中喷墨头的透视图，上述喷墨头的一部分示出剖视图；

图2是沿着图1所示的A-A线所取的剖视图；

图3是沿着图1所示的B-B线所取的剖视图；

图4是示出本发明中总体结构的方框图；

图5是示出本发明中另一喷墨头的剖视图；

图6是示出本发明中另一墨通道的剖视图；

图7是示出第一实施例中上面设有超声换能器的部分的剖视图；

图8是用于驱动压电振动器的方框图；

图9是在另一驱动方法中所用的改进的压电振动器；

图10是示出在穿过介质的声波速度与介质密度之间有关系的不同介质的视图；

图11代表设计声阻抗率的公式；

图12是示出不同介质各具有固有的声阻抗率的不同介质的视图；

图13是示出第一实施例中上面设有超声换能器的部分的剖视图；

图14是示出第一实施例中上面设有另外的超声换能器的部分的剖视图；

图15是示出第一实施例中上面设有另外的超声换能器的部分的剖视图；

图16是示出第二实施例中上面设有超声换能器的部分的剖视图；

图17是示出第二实施例中上面设有另外的超声换能器的部分的剖视图；

图18是示出第二实施例中上面设有另外的超声换能器的部分的剖视图；

图19是示出第二实施例中上面设有另外的超声换能器的部分的剖视图；

图20是第二实施例中Fresnel(菲(涅耳))透镜具有沿着C-C线所取的剖视图的平面图；

图21代表设计图20所示的Fresnel透镜的两个公式，且表列举出由公式所计算的尺寸；

图22是示出第二实施例中上面设有另外的超声换能器的部分的剖视图；和

图23是示出第三实施例中上面设有超声换能器的部分的剖视图。

具体实施方式

现在参照附图更详细说明本发明。然而，同样的标号适用于附图中类似的元件，因此，它们的详细说明不再重复。

现在参照图1-3说明喷墨头，所述喷墨头应用一种系统，在所述系统中使从喷嘴喷出的墨循环。图1是示出喷墨头1的透视图，将喷墨头1的其中一部分除去，以便示出内部零件。图2是沿着图1的A-A线所取的一个剖视图，而图3是沿着图1的B-B线所取的另一个剖视图的一部分。喷墨头1包括：基底5；两组压电执行机构101；喷嘴板3，所述喷嘴板3包括多个喷嘴4a和4b；第一共用墨室14a，第二共用墨室14b；供墨入口106；和外壳6，在所述外壳6中放置超声换能器7，以便使喷墨头1中的墨循环。

具有所希望厚度的基底5用压电材料形成，并设置有第一开口10a和第二开口10b，墨穿过上述第一和第二开口10a和10b而循环。作为基底5，可以采用其它材料如石英、氮化铝、和氧化铝。

在基底5的表面上，用胶固定两组压电执行机构101，以便形成多个墨压力室15，每个墨压力室15都给墨加压，以便从喷嘴4喷射墨滴。压电执行机构101从压力材料块2切成小块以便成形侧壁11，并通过使侧壁具有驱动电极9形成。

压电材料块2用钛酸铅锆(PZT体系)制成。可供选择地，压电材料块2包括铌酸铅镁(PMN体系)，和铌酸铅镍(PNN体系)作为基本配料。压电块2由两个起偏振的压电板2a和2b形成，所述两个压电板2a和2b这样用胶粘叠层，以便它们的偏振方向彼此相反，如箭头P所示。在用胶把压电块2固定到基底5上之后，将压电块2进行加工，以便成形多个槽13，所述多个槽这样平行对准，以便与相邻的槽13共享侧壁11。在这个实施例中，将300个槽平行排列，并组成一行。侧壁11测得长度为2mm，宽度为80μm，高度为300μm，并在其长度方向上有两个端表面(13a，13b，13c和13d)。槽13测得长度为2mm，宽度为89μm，深度为300μm，因此，相邻槽13的中心线之间的距离在与其长度方向垂直的方向上为169μm。

在限定槽13的内表面(侧壁11)上，形成驱动电极9，如图3中所示。带有驱动电极9的侧壁11当在其上施加驱动电压时，作为执行机构101工作。作为形成驱动电极9的方法，可以采用无电极金属镀，以便在内侧表面上形成镍。作为另外的方法，也可以采用真空蒸发或溅射，以便在内侧表面上形成包括铝、镍和金的金属。驱动电极9通过电路图形延伸式连接到设置在基底5边缘上的接线端子9a上。未示出但在现有技术中众所周知的外部驱动电路与接线端子9a连接，以便将驱动电压施加到执行机构101上。加喷墨脉冲到驱动电极9上使执行机构101用剪切力变形，即所谓的剪切方式变形，以便改变压力室15的体积，同时造成从喷嘴4喷墨。

在侧壁11的顶部，用胶将喷嘴板3固定，所述喷嘴板3用厚度为30μm的聚酰亚胺制成。在喷嘴板3上钻孔而成具有直径为30μm的喷嘴4，以便朝与喷嘴板3的顶部表面垂直的方向喷射墨滴。喷嘴4在槽13的长度方向上定位在中心处。

由喷嘴板3、相邻的侧壁11和槽13的底表面所包围的空间限定压力室15。相邻的压力室之间的距离在与其长度方向垂直的方向上也是169μm。换句话说，墨从喷嘴4朝与压力室中墨流动方向垂直的方向喷出。

喷嘴4、侧壁11、槽13等的尺寸和槽的总数不限于这个实施例。它可以按照喷墨头性能的要求如图像分辨率、待喷射的墨滴的体积、打印速度等设计。

此外，可以采用基底包括在压电块中的其它压电块代替上述包括用胶固定在基底5一个表面上的压电块2的上述结构。

在图1中，压力室15安排成两个分开的组，每个组都有相同数量的压力室15。其中一个组中的压力室15相对于另一组中的压力室15偏移两个相邻的压力室之间的距离的一半。按照压力室15的安排，形成两行喷嘴，以便在每行喷嘴中包括其总数与压力室15相同的喷嘴。因此，当喷墨打印机应用具有上述构造的喷墨头1时，与包括一个压力室组的喷墨头相比，它可以在记录介质上打印具有加倍打印密度的图像。

顺便说说，记录介质包括一种材料比如纸、金属板、印刷电路板等等，可以用墨将字符、图像或图形打印在上述记录介质上。墨包括一种液体，在所述液体中含有染料或颜料，以便在记录介质上制成图像，或者在所述液体中含有导电粉，以便在记录介质上形成电路图形。

如图2所示，第一共用墨室14a在侧壁11的相对的端表面13b和13c之间(两组压力室之间)的空间处形成，以便将墨供应到每一组的相应压力室15中。其中一个第二共用墨室14b在端表面13a的外部(其中一个压力室组的外部)的空间处形成，而另一个第二共用墨室14b也在端表面13a的外部(另一压力室组外部)的空间处形成，以便从每组中相应的压力室15吸取墨。第一和第二共用墨室14a和14b由喷嘴板13，侧板8和基底5封闭，以便形成墨通道，所述墨通道通过相应组的压力室15从第一共用墨室14a延伸到第二共用墨室14b。

墨通道10由基底5的相对的表面和包围相对表面的外壳6形成，并且在通道10中没有设置压力室15。换句话说，墨通道10存在于喷嘴4相对于压力室15的相对侧中。第一开口10a在基底5上形成，以便墨通道10通过开口10a与第一共用墨室14a成流体连通。第二开口10b也在基底5上形成，以便墨通道10相应地通过开口10b与第二共用墨室14b成流体连通。第一开口10a形成长度为5mm和宽度为1mm的椭圆形状。第二开口10b相应地形成与第一开口10a相同的形状和尺寸。如图2所示，设置一供墨入口106，以便将墨供应到喷墨头1中。墨通过供墨入口106从图4所示的外部储墨罐12供应到墨通道10。第一开口10a，第一共用墨室14a，压力室15，第二共用墨室14b，第二开口10b，和墨通道10形成墨循环通道。

为使墨循环，将一超声换能器7设置在外壳6的内表面上与第一开口10a相对应的位置处。超声换能器7朝第一开口10a方向辐射超声波。由超声波所产生的超声压力强制使墨通道中的墨通过第一开口10a流入到第一共用墨室14a中，如图2中箭头“a”所示。随后，墨运行分别按次序通过压力室15，第二共用墨室14b和第二开口10b，并返回到墨通道10。这种结构可以实现强制性地使装在压力室中的墨移动或循环。

顺便说说，可以用一组压力室15代替两组压力室15，如图5所示。如从这个图5可以理解的，图5所示的喷墨头的结构仅消除了图2所示的喷墨头中一组压力室15、一个第二共用墨室14b及对应的第二开口10b，因此其说明不再重复。由超声波所产生的超声压力强制使第一共用墨室14a中的墨流过压力室15进入第二共用墨室。随后，墨流经第二开口10b以便返回墨通道10，同时产生墨的循环。

可供选择地，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，如图6所示。将超声换能器7固定在U形管突出部的内表面上，以便强制使装在其中的墨沿着U形管40朝超声波传播方向移动。因此，墨可以穿过U形管40，第一和第二共用墨室14a和14b及压力室15循环。

尽管上述结构举例说明了具有设置在墨通道10处的超声换能器7的喷墨头，但超声换能器7不限于墨通道10。例如，超声换能器7可以设置在第一和第二共用墨室14a或14b处。

即使在喷墨头1工作时可能发生从喷嘴4吸入空气，其中强制将压力室15中的墨朝一个或多个第二共用墨室方向运送的墨循环系统也实现清除气泡和外来物，或者与墨一起运送的外来物可以附带地保留在压力室15中。清除气泡和外来物可以防止喷墨中断。

在喷墨操作时，执行机构101反复变形，以致执行机构101轻微发热，同时造成墨中温度升高。因为墨循环系统使压力室15中经过加热的墨与未经加热的墨交换，同时减少了墨中的粘度由于增加温度而引起的变化，所以可以实现稳定的喷墨。结果，可以使字符和图像中的打印质量稳定。

超声换能器7可以制成小而平，并根据墨通路的形状设置在墨通道的内部。因此，喷墨头1可以小型化，因为墨通道的尺寸可以减小。小型化的墨通道还可以节约墨的消耗，因为装在墨通道10中的墨量减少。

现在将参照图7-21说明设置在通路中的超声换能器7。

(第一实施例)

图7示出设置在墨通道10中的超声换能器7的剖视图。超声换能器7这样固定到外壳6的内表面上，以使它面向第一开口10a，穿过第一开口10a墨从墨通道10转到第一共用墨室，如箭头“a”所示。外壳6用钛酸铅锆制成。可以采用的外壳6的材料包括金属、树脂、玻璃、陶瓷等。

超声换能器7包括作为超声波源的压电振动器20。压电振动器20制成扁平形状，并在其两个表面上有电极102。压电振动器20通过引线27与压电振动器驱动电路16连接，所述压电振动器驱动电路16设置在喷墨头1的外部，以便将驱动信号施加到电极102上。施加驱动信号使压电振动器20能从两个表面朝与表面垂直的方向辐射超声波。压电振动器驱动电路16包括信号发生器31和高频放大器，如图8所示。信号发生器31发出其频率与压电振动器20的共振频率一样高的信号，随后高频放大器32将该信号放大到所希望的输出值。然后按照供应到压电振动器20上的电力控制从压电振动器20出来的超声波的输出功率。所供应的功率例如是在大约1-20W的范围内。

改进的压电振动器201将参照图9说明。压电振动器201是矩形，并具有激励电极33和反馈电极34，上述激励电极33设置在压电振动器的两个表面上，以便发生自激振荡，而上述反馈电极34在一个激励电极33的一部分中。反馈电极34成形为一条，以便将所述条安排成从矩形的长度上的一个边缘朝向那个矩形的中心。令由反馈电极34所检测的信号返回到压电振动器驱动电路16，以便形成反馈控制。由于反馈控制，所以图8所示的信号发生器31可以省去。顺便说说，因为用于自激振荡的各种电路已知，所以电路可以根据共振频率、所加功率等的要求设计。

超声换能器7用叠层的构件形成，所述叠层的构件包括产生超声波的压电振动器20和匹配构件21，所述匹配构件21暴露于墨通道内的墨中。由压电振动器20所产生的超声波通过匹配构件21传播到墨中。匹配构件21起减少由压电振动器所产生的超声波的传播损失的作用。传播损失与材料的声阻抗率密切相关，上述材料包括墨、匹配构件和压电振动器，同时它们分别具有固有的阻抗值。压电振动器20和墨通道中的墨之间的声阻抗率差值越大，则传播损失越大。

现在将参照图10-12说明设计用于减少传播损失的匹配构件21的方法。

当超声波到达由第一材料和第二材料所形成的边界表面时，一部分超声波通过边界，而另一部分超声波反射离开边界，上述第一材料具有第一声阻抗率，而上述第二材料与第一材料接触，并具有与第一声阻抗率不同的第二声阻抗率。一般，把材料的密度“ρ”与材料中声速“c”的乘积(ρ×c)称之为“声阻抗率”。假定超声波到达由两种材料所形成的边界表面，上述两种材料在垂直于边界的方向上分别具有不同的声阻抗率Z₁和Z₂。然后，通过公式(1)Re＝(Z₁·Z₂)/(Z₁+Z₂)计算振幅反射率“Re”。

下面将说明依次与压电振动器20、匹配构件21、和墨相对应的介质I、II和III的振幅反射比和声阻抗率。介质II具有厚度为“L”，它插在介质I和III之间。假定入射到介质I的超声波具有强度为“Ii”，已通过介质II的超声波在介质III中具有强度为“It”，及声速和密度组c1、ρ1，c2、ρ2和c3、ρ3分别与介质I、II和III相对应。利用图11所示的公式(2)，按计算平边界表面处入射和透射的超声波的方法相同的方式计算It与Ii的比值“τI”。在公式2中，λ₂意思是指超声波通过介质II的波长。λ₂用公式λ₂＝c2/f₂计算，此处f₂代表超声波通过介质II的频率。

如图12所示，如果介质II的厚度“L”和声阻抗率“Z₂”精确地满足L＝λ₂/4和Z₂＝(Z₁×Z₂)^1/2，则比值τI得到τI＝1。它意味着入射到介质II上的超声波在没有传播损失，亦即没有反射的情况下全部通过介质II。理想的是，由介质I亦即压电振动器20所提供的超声波的能量可以在没有传播损失的情况下传播到介质III亦即墨通道10内的墨中，同时如果匹配构件7亦即中间层是在L＝λ₂/4和Z₂＝(Z₁×Z₂)^1/2的条件下插在介质I和III之间，则导致朝第一开口10a的方向会聚。

如上所述，声阻抗率可以通过将材料及其厚度设计成满足公式(1)和(2)确定。然而，因为声阻抗率对于该材料来说是固有的值，所以不容易选定正好满足公式(1)和(2)的材料。实际上，为了减少在介质I亦即压电振动器20和介质III亦即从墨通道10输送到第一开口10a的墨之间所产生的传播损失，安排至少一个具有在介质I和III的声阻抗率之间中间值的匹配构件可以实施减少传播损失。具有中间值的匹配构件可以考虑材料及其厚度形成。

图13示出匹配构件211的另一个实施例。匹配构件211由分层的匹配构件形成，其中将多个各具有不同声阻抗率的匹配构件叠加成层。通过设计各自厚度的树脂，可以将丙烯酸树脂和硅酮树脂的组合应用于匹配构件211。例如，假定匹配构件211具有第一、第二和第三匹配构件21a、21b和21c，其中第一匹配构件21a成层在压电振动器20上，第二匹配构件21b插在第一匹配构件21a和第三匹配构件21c之间，及第三匹配构件21c与墨接触，且第一、第二和第三匹配构件21a、21b和21c，压电振动器20，及墨的声阻抗率依次为Z_a、Z_b、Z_c、Z₁和Z₃。第一、第二和第三匹配构件21a、21b和21c通过不同树脂的组合形成，以便满足关系式Z₁＞Z_a＞Z_b＞Z_c＞Z₃。与由单层所形成的匹配构件相比，通过逐步减小匹配构件211的声阻抗率，可以进一步减少超声波的传播损失。

图14示出超声换能器的另一个实施例。当超声换能器7驱动时，同时朝墨通道10中的墨和朝外壳6两个方向辐射超声波。因为超声波反射离开外壳6的内表面，所以外壳6使超声波能朝压电振动器20方向返回。所反射的超声波可能干扰来自超声波振动器20的超声波。因而，如果所反射的超声波和直接来自超声波振动器20的超声波之间的相位彼此不同，则相位差使压电振动器20中的超声振荡不稳定，同时造成朝第一开口10a方向传播的超声波的能量损失。

为了使超声波振荡保持稳定，将超声波吸收剂22插在压电振动器20和外壳6的内表面之间，如图14所示。超声波吸收剂22可以约束朝外壳6方向传播的超声波返回到压电振动器20，同时起使超声振动稳定的作用。超声波吸收剂22的材料必须有比外壳6大的超声吸收系数。

图15示出超声换能器的另一种改进的实施例。第三开口25在外壳6上第一开口10a与外壳6面对的位置处形成。通过在第三开口25的周围涂胶，第三开口25用超声换能器7盖住。压电振动器20的一个表面通过第三开口25朝向与墨输送到第一开口10a的墨流动方向相反的方向暴露于外部。因此，朝相反方向传播的超声波辐射到喷墨头1外部的空气。因为空气不反射超声波，所以从超声波振动器20出来的超声波在没有反射的超声波的情况下朝墨流动方向传播。

(第二实施例)

现在将说明本发明的第二实施例。

参见图16，超声换能器7包括：壳体24；叠层的材料7a，所述叠层的材料7a包括压电振动器20和匹配构件21；及超声波吸收剂22，所述超声波吸收剂22装满壳体24和叠层的材料7a所包围的空间。超声换能器固定在外壳6的内表面上，以便将超声波传播到墨通道中的墨上。

叠层的材料7a形成凹面形状，因此其面向第一开口10a的一个表面凹成会聚来自墨流动方向上的超声波。因为从叠层的材料7a传播的超声波聚焦在第一开口10a的附近，所以可以在施加较少功率到超声换能器7的情况下有效地朝第一开口10a方向输送墨通道10中的墨。

顺便说说，叠层的材料7a可以直接固定在外壳6的内表面上机加工而成的凹面上，凹面与叠层的材料7a的形状相对应。

下面参照图17说明第二实施例中的改进例。超声换能器7包括叠层的材料7a，所述叠层的材料7a包括扁平的压电振动器20和匹配构件21，上述超声换能器7固定在外壳6的内表面中第一开口10a与叠层的材料7a面对的位置处。与墨接触的匹配构件21的表面制成凹面，以便会聚从叠层的材料7a传播的超声波，因此把超声波聚焦在第一开口10a附近。匹配构件形成所谓的声波透镜(acoustic lens)。匹配构件21例如是用丙烯酸树脂制成，并用胶固定到压电振动器20的表面上。因为从包括声波透镜的叠层的材料7a所传播的超声波聚焦在第一开口10a的附近，所以可以在施加较小功率到超声换能器上的情况下有效地朝第一开口10a的方向输送墨通道10中的墨。

下面参照图18说明第二实施例的另一改进例。与图17所示相同部分的说明省去，并且只说明不同的部分。第三开口25在外壳6上第一开口10a与外壳6面对的位置处形成。第三开口25通过在第三开口25的周围用胶固定住，用超声换能器覆盖。压电振动器20的一个表面通过第三开口25朝与把墨输送到第一开口10a的墨流动方向相反的方向暴露于外部。因此，朝相反方向传播的超声波辐射到喷墨头的外部。因为空气不反射超声波，所以从超声波振动器20出来的超声波在没有反射的超声波的情况下朝墨流动方向传播。

下面参照图19说明第二实施例中另一改进例。超声换能器7包括压电振动器20和Fresnel透镜23，所述Fresnel透镜23在压电振动器20的表面上成层，并暴露于墨通道10中的墨下，以便起声波透镜的作用。图20示出Fresnel透镜23的平面图和沿着C-C线所取的剖视图。Fresnel透镜23制成包括多个槽，每个槽都具有规定的宽度和深度，并安排在距中心线D-D规定的距离处，以便从压电振动器20传播的超声波聚焦在第一开口10a的附近。优选的制造Fresnel的材料包括丙烯酸树脂，因为丙烯酸树脂的声阻抗率具有在压电振动器亦即压电陶瓷和墨的声阻抗率之间的中间值。尽管举例说明了用于Fresnel透镜材料的丙烯酸树脂，但不限于这种材料。具有小于压电振动器而大于墨的声阻抗率的材料也可用。Fresnel透镜的槽的尺寸可以参照图21所示的公式(3)和(4)计算。

这个例子中的Fresnel透镜用丙烯酸树脂板制成，所述丙烯酸树脂板具有矩形形状，所述矩形形状用机加工法成形。板测得宽度为20mm和厚度为1.12mm。按照图21所列举的尺寸在板上形成多个槽30。槽30的深度为0.84mm。如上所述，通过调节槽的深度和透镜的整个厚度，并选定满足所希望的声阻抗率的声波透镜的材料，经过加工的Fresnel透镜可以用作匹配构件。换句话说，若形成Fresnel透镜具有λ/4的剩余厚度，则通过从透镜的整个厚度减去槽的深度所得到的厚度使透镜能起匹配层的作用。因此，因为从压电振动器所辐射的超声波聚焦在第一开口10a的附近，所以可以把墨通道中的墨有效地输送到第一开口10a。

图22示出喷墨头1应用Fresnel透镜的改进例。该例具有同样的图19所示的主要部分。与图19不同的是，喷墨头1的外壳6包括第三开口。与图18所示的例子类似，压电振动器20的一个表面通过第三开口25朝把墨输送到第一开口10a的墨流动方向相反的方向暴露于外部。因此，朝相反方向传播的超声波辐射到喷墨头1外部的空气中。因为空气不反射超声波，所以从超声波振动器20出来的超声波在没有反射的超声波的情况下朝墨流动方向传播。

(第三实施例)

现在参照图23说明第三实施例。压电振动器20固定在外壳6的外部上从压电振动器20传播的超声波对准第一开口10a的位置处。在外壳6的内表面上上述位置处形成凹形表面。换句话说，压电振动器20和一部分外壳6包括在超声换能器中形成整体。凹形声波透镜由装备有压电振动器20的外表面和与该外表面相对的内表面二者形成，以便使超声波全聚在第一开口10a附近。优选的是选定外壳6具有声阻抗率小于压电振动器20而大于墨的声阻抗率的材料，因为外壳6也用作匹配构件。

顺便说说，尽管举例说明了其中内表面包括凹形表面的外壳6，但其它具有平的内和外表面的外壳也可利用。因为外壳平的内表面不会聚超声波，所以墨循环速度变得比具有凹形内表面的外壳中墨循环速度慢。然而，包括平内表面的外壳可适用于不需要高速循环的喷墨头。

在压电振动器20设置于外壳6外部上的情况下，因为压电振动器20不与墨直接接触，所以压电振动器20的表面不受损伤。因此，不需要钝化层来保护压电振动器20的表面。

本发明不限于具有压电执行机构的喷墨头来通过其变形喷射墨滴。本发明也可应用于能用上述实施例类似的方式使墨循环穿过墨压力室的其它喷墨头。

另外，可以用电致伸缩装置或磁致伸缩装置来代替产生超声波的压电振动器20。

本发明已参照具体的实施例进行了说明。然而，对该技术的技术人员来说，基于本发明原理的其它实施例是显而易见的。这些实施例打算都由权利要求书包括。

Claims

1.一种喷墨头，用于喷射墨以便把图像记录在记录介质上，所述喷墨头包括：

压力室，所述压力室被与相邻压力室共享的侧壁隔开，所述侧壁用压电材料形成，在其表面上具有电极，压力室具有两个端部，墨穿过所述两个端部流入压力室中；

喷嘴，所述喷嘴配置成从压力室喷射墨从其通过；

第一共用墨室，所述第一共用墨室设置在压力室的两端部中的一个端部处，以便供应墨到压力室；

超声换能器，所述超声换能器用于发出超声波，以便通过超声波的压力强制使墨移动，换能器安排在墨通道中，

2.按照权利要求1所述的喷墨头，其中墨通道安排成将压力室插在喷嘴和墨通道之间。

3.按照权利要求2所述的喷墨头，其中第一共用墨室包括开口，超声换能器这样设置，以便来自换能器的超声波压力被引导到第一共用墨室上的开口。

4.按照权利要求3所述的喷墨头，其中墨通道由外壳形成，超声换能器设置在外壳的暴露于墨通道中的表面上。

5.按照权利要求1所述的喷墨头，其中墨通道由外壳形成，超声换能器用叠层的材料制成，所述叠层的材料包括设置在外壳的内表面上的压电振动器和覆盖在该压电振动器上的匹配构件，匹配构件的声阻抗率被设定成小于压电振动器的声阻抗率并大于墨的声阻抗率。

6.按照权利要求1所述的喷墨头，其中超声换能器包括声透镜，超声波通过所述声透镜朝向第一共用墨室的方向会聚。

7.按照权利要求1所述的喷墨头，其中墨通道由外壳形成，超声换能器设置在该外壳的外表面上。

8.按照权利要求7所述的喷墨头，还包括声透镜，所述声透镜在外壳的内表面上与超声换能器相对的位置处形成，以使来自换能器的超声波朝第一共用墨室的方向会聚。

9.按照权利要求1所述的喷墨头，其中墨从喷嘴沿与压力室中墨流动方向垂直的方向喷射。

10.一种喷墨头，用于喷射墨以便把图像记录在记录介质上，所述喷墨头包括：

两行平行的压力室，每行压力室都包括多个压力室，在所述压力室中墨沿与该行压力室垂直的方向流动，每个压力室都被与相邻压力室共享的侧壁隔开，所述侧壁用压电材料形成，并且在所述侧壁的表面上具有电极；

多个喷嘴，所述多个喷嘴配置成从相应的压力室中喷射墨从其通过；

第一共用墨室，所述第一共用墨室设置在两行压力室之间，以便分别将墨供应到两行压力室的相应的压力室中；

若干第二共用墨室，所述若干第二共用墨室分别设置在第一共用墨室的相对于相应行压力室的相对侧处，以便把墨从相应行压力室中的压力室吸取到相应的第二共用墨室中；

墨通道，所述墨通道配置成使墨从第一共用墨室流到相应的第二共用墨室；和

超声换能器，所述超声换能器用于发生超声波，以便通过超声波的压力强制使墨移动，所述换能器安排在墨通道中，

其中通过超声波压力墨被强制循环穿过第一共用墨室、相应压力室行的压力室、相应第二共用墨室及墨通道。

11.按照权利要求10所述的喷墨头，其中墨通道安排成将压力室插在喷嘴和墨通道之间。

12.按照权利要求11所述的喷墨头，其中墨通道由外壳形成，而超声换能器设置在该外壳的暴露于墨通道中的表面上。

13.按照权利要求10所述的喷墨头，其中墨通道由外壳形成，而超声换能器用叠层的材料制成，所述叠层的材料包括设置在外壳的内表面上的压电振动器和覆盖在该压电振动器上的匹配构件，匹配构件的声阻抗率被设定为小于压电材料的声阻抗率并大于墨的声阻抗率。

14.按照权利要求10所述的喷墨头，其中超声换能器包括声波透镜，超声波通过该声波透镜朝向第一共用墨室的方向会聚。

15.按照权利要求10所述的喷墨头，其中墨通道由外壳形成，超声换能器设置在该外壳的外表面上。

16.按照权利要求15所述的喷墨头，还包括声波透镜，所述声波透镜设置在外壳的内表面上与超声换能器相对的位置处，以便超声波在朝向第一共用墨室的方向上会聚。

17.按照权利要求10所述的喷墨头，其中墨从喷嘴沿与压力室中墨流动方向垂直的方向喷射。