喷墨打印头的制作方法

专利名称：喷墨打印头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种喷射墨滴从而对打印介质进行打印的喷墨打印 头，尤其涉及一种具有布置在相同基板上的多种类型的喷嘴、并且不 同尺寸的墨滴通过上述喷嘴被喷射出的喷墨打印头。
背景技术：
随着喷墨打印设备的操作速度的增加和由喷墨打印设备提供的图 像质量的提高，已经试图在增加喷射频率的同时减少由打印头喷射的 滴的尺寸。
喷射滴的尺寸的减小需要在打印头中的每个喷射口的开口面积的 减小。然而，喷射口的开口面积的减小会增加在与喷射口相通部分(喷 射口部)中对于液体的流动阻力，这阻止了获得期望的喷射性能和效
率。因而，在日本专利公开No.2004-042651和2004-042652中揭示的
喷墨打印头用于在维持喷射口形成部分的强度的同时减小喷射口部的 流动阻力。
在日本专利公开No.2004-042651和2004-042652中揭示的每个打 印头均具有墨流过的多个喷嘴。如图15所示，每个喷嘴均具有发泡室 38和喷射口部36，上述发泡室38将墨沸腾以便产生气泡，上述喷射 口部36包括喷射口37，该喷射口 37为喷嘴的顶端开口 ，墨滴喷射通 过该顶端开口被喷射。喷射口部36允许喷射口 37和发泡室38彼此相 通，并由与喷射口 37相通的第一喷射口部36a和第二喷射口部36b 制成。第一喷射口部36a和第二喷射口部36b构成以中心轴线为中心 的圆筒形空间，上述中心轴线通过电热转换元件34的中心并且正交于 元件基板32的主表面32a。当沿平行于主表面32a的方向切割第二喷 射口部36b时，第二喷射口部36b的所产生的开口位于沿相同方向切 割第一喷射口部36a的开口的外部，并且在沿相同方向的发泡室的横
4
截面的内侧。即，第二喷射口 36b相应于由在平面方向上扩大第一喷 射口部36a而形成的空间。
在如上构造的喷墨打印头30中，第一喷射口部36a的厚度确保喷 射口 37的周边部分的强度。而且，第二喷射口 36b的扩大的空间使得 整个喷射口部的流动阻力减小。从而，即使喷嘴设置有具有小直径并 且小墨滴被通过其喷射的喷射口，也能够减小在喷射口部36中可能的 压力损失。而且，气泡能够沿喷射方向成长。因此，能够有效地喷射 墨滴。
喷射滴的尺寸的这种减小能够使构成图像的点的尺寸减小，并且 能够减小由图像所传达的粒度感。从而，滴的尺寸的减小明显有助于 提高图像质量。然而，也已经发现滴的尺寸减小在成本、打印速度、 热效率等等方面不利。即，当图像的整个面积均由小的点形成以便减 少粒度感时，图像中的数据量急剧增加。这倾向于增加驱动器和线路 的规模，并从而增加成本。而且，喷嘴长度或应付高速打印的芯片的 增加也增加了成本。而且，为了使用小的点获得等价于使用大的点形 成图像时的打印速度，与使用大的点打印所需的喷嘴驱动频率相比， 喷嘴驱动频率需要增加。即，每单位时间形成的点数需要增加。从而， 打印操作的热效率趋于降低。
从而，为了解决这些问题，已经提出了如下的技术在相同的打 印头基板上设置不同尺寸的墨滴通过其喷射的多种类型的喷嘴，以便 根据图像密度选择使用多种类型喷嘴中之一。例如，已经提出如下打 印方法对于图像的低密度部分和中等密度部分使用小墨滴形成小点， 而对于图像的中等密度部分和高密度部分使用大墨滴形成大点。在该 情况下，如果可以获得两种类型的滴的尺寸，即，大和小滴的尺寸， 并且大点与小点的比率是大约2~4:1,通过根据图像的分辨率从低密
度部分到高密度部分将大和小的点连接在一起，能够打印清晰的图像。 从而，根据要被打印的图像的密度来选择形成点的尺寸中之一。这能 够快速和有效地形成图像，允许打印操作的热效率得以提高。
然而，对于具有不同尺寸的多种类型的喷嘴的传统打印头来说，其中，每个喷嘴均具有由如上所述的笫 一喷射口部和第二喷射口部构 成的喷射口部，喷嘴之间的喷射特征不平衡，会产生不利。
这是因为在传统打印头中，无论喷射口的尺寸如何，喷射口的开 口面积与第二喷射口部的开口的开口面积的比率都是固定的。即，与
在喷射口部中的制造误差(在第一喷射口部36a和笫二喷射口部36b 之间的边界部处未对齐)相关地，更小墨滴喷射通过的喷嘴在喷射过 程中遭受到更显著的压力损失率的变化。这会影响诸如墨滴的量和着 墨精度之类的喷射性能。从而，如上所述的可能的制造误差使得在具 有大喷射口的喷嘴和具有小喷射口的喷嘴之间的喷射性能不平衡。这 又会降低使用大和小的点的组合所形成的图像的质量。
而且，当前的喷墨打印设备具有吸入恢复机构，该吸入恢复机构 通过喷射口强制地吸入并且排出在喷嘴中变浓的墨以及混入墨中的气
泡，以便恢复喷嘴的喷射性能。然而，如上所述的可能的制造变化在 小喷射口部中急剧地增加对于墨的流动阻力，其中小的墨滴通过上述 小的喷射口部被喷射。因此，会使吸入恢复能力下降，即，不能充分 地排放喷嘴中的旧墨。就是说，对于传统打印头来说，更小的墨滴喷 射通过的喷嘴更可能遭受吸入恢复能力的下降。这也会使得在不同喷 嘴之间喷射性能不平衡，降低图像质量，

发明内容
本发明的目的在于提供一种喷墨打印头，该喷墨打印头具有布置 在相同基板上的多种类型的喷嘴，并且不同尺寸的墨滴通过上述喷嘴 被喷射，不管喷嘴的类型如何，该喷墨打印头均显示出可接受的喷射 性能，从而能够有效和快速地打印高质量图像。
本发明提供一种喷墨打印头，该喷墨打印头具有布置在相同基板 上的多种类型的喷嘴，并且不同尺寸的墨滴通过上述喷嘴被喷射。每 个喷嘴均包括发泡室和喷射口部，上述发泡室具有喷射能量产生元件， 该喷射能量产生元件允许墨滴被喷射到与喷射口相对的位置上，上述 喷射口部允许喷射口和发泡室彼此相通，并且对于具有更小喷射量的 喷嘴来说，在喷射口部和发泡室彼此相通的位置处的喷射口部的开口
面积与所述喷射口的开口面积的比率更高。
根据本发明，在不同尺寸的墨滴喷射通过的多种类型的喷嘴之间， 即使小尺寸墨滴喷射通过的喷嘴也能够避免受到在喷射口部中的制造 误差的严重影响。因此，能够提高在多种类型喷嘴之间的着墨性能的 平衡。
通过示范性实施方式的如下描述(参照附图)，本发明的进一步特 征将变得明显。


图1A是示意性示出根据本发明第一实施方式的喷墨打印头1的 局部切去透视图1B是示意性示出电热转换元件4如何布置在图1A所示打印元 件基板上的底视图2是示出在图1A中所示喷墨打印头的一侧上的一部分喷射口 列的放大底视图3A是图2中所示大喷射口的剖面图，该视图沿图2中线 IIIA-IIIA剖开；
图3B是图2所示中喷射口的剖面图，该视图沿图2中线IIIB-IIIB
剖开；
图3C是图2所示小喷射口的剖面图，该视图沿图2中线IIIC-IIIC
剖开；
图4是示出在根据本发明第二实施方式的喷墨打印头中的一部分
喷射口列的放大底视图5是示出在根据本发明第三实施方式的喷墨打印头中的一部分
喷射口列的放大底视图6是示出在根据本发明第四实施方式的喷墨打印头中的一部分 喷射口列的放大底视图7A是图6中所示的大喷射口的剖面图，该视图沿图6中线 VIIA國VIIA剖开；
图7B是图6所示的中喷射口的剖面图，该视图沿图6中线VIIB-VIIB剖开；
图7C是图6所示的小喷射口的剖面图，该视图沿图6中线
vnc-vnc剖开；
图8是示出对于锥形喷射口部和圆筒形喷射口部的每一个来说、 在墨流动阻力和喷射口直径之间的关系的图表；
图9是示出在根据本发明第五实施方式的喷墨打印头中的一部分 喷射口列的放大底视图IOA是图9中所示第一喷射口列中的大喷射口的剖面图，该视 图沿图9中线XA-XA剖开；
图IOB是图9所示第二喷射口列中的中喷射口的剖面图，该视图 沿图9中线XB-XB剖开；
图IOC是图9所示第三喷射口列中的小喷射口的剖面图，该视图 沿图9中线XC-XC剖开；
图11是示出在根据本发明第六实施方式的喷墨打印头中的一部 分喷射口列的放大底视图12A是图11中所示大喷射口的剖面图，该视图沿图11中线 XIIA-XIIA剖开；
图12B是图11所示中喷射口的剖面图，该视图沿图11中线 XIIB-XIIB剖开；
图12C是图11所示小喷射口的剖面图，该视图沿图11中线 XIIC-XIIC剖开；
图13是示出在根据本发明第七实施方式的喷墨打印头中的一部
分喷射口列的放大底视图14A是图13所示第一喷射口列中的大喷射口的剖面图，该视 图沿图13中线XIVA-XIVA剖开；
图14B是图13所示第二喷射口列中的中喷射口的剖面图，该视 图沿图13中线XIVB-XIVB剖开；
图14C是图13所示第三喷射口列中的小喷射口的剖面图，该视 图沿图13中线XIVC-XIVC剖开；
图15A是在传统墨打印头中的大喷射口的垂直剖面侧视图； 图15B是在传统墨打印头中的中喷射口的垂直剖面侧视图；以及 图15C是在传统墨打印头中的小喷射口的垂直剖面侧视图。
具体实施例方式
下面将参照附图详细说明本发明的实施方式。 (第一实施方式)
首先，将参照图1、 2、 3A、 3B和3C描述本发明的第一实施方式。
图1A是示意性示出根据第一实施方式的喷墨打印头1的局部切 去透视图。该喷墨打印头1包括具有作为喷射能量产生元件的电热转 换元件4的元件基板2和堆叠在元件基板2的主表面2a上的通道构成 基板(孔板)3。
如图1B所示，每个均由多个电热转换元件4构成的三个打印元 件列Hl、 H2和H3彼此平行地布置在元件基板2上。在第一打印元 件列Hl与第二和第三两个打印元件列H2和H3之间形成墨供应口 5。
在通道构成基板3中形成多个喷射口部6、多个发泡室9和多个 墨供应通道10;在每个打印元件列H1、 H2和H3中，与各电热转换 元件4相对地设置多个喷射口部6,多个发泡室9与各喷射口部6相 通，并且多个墨供应通道10与发泡室9相通。每个喷射口部6均具有 喷射口 71、 72和73，每个喷射口 71、 72和73均具有在通道构成基 板3的一个表面中开口的端部。与电热转换元件4相对地形成喷射口 71、 72和73。从而，三个喷射口列E1、 E2和E3形成在元件基板3 上形成。在三个喷射口列E1、 E2和E3中，喷射口列E1此后称为第 一喷射口列，喷射口列E2此后称为第二喷射口列，喷射口列E3此后 称为第三喷射口列。由喷射口部6、发泡室9和墨供应通道10构成的 部分此后称为喷嘴。此处使用的术语"墨"不限于附着到打印介质上以 便形成图像的预定着色剂，而是包括例如在图像形成之前或之后从打 印头喷射出以便提高在打印介质上形成的图像的着色能力、耐气候性 等等的透明处理液。
在如上所述其内形成有多个喷嘴的打印头中，墨盒(未示出)被
连接到墨供应口 5上，使得墨盒中的墨通过墨供应口 5经由墨供应通 道10被填充入发泡室8和喷射口部6内。此处，当通电时，电热转换 元件4产生热量以瞬间沸腾发泡室8中的墨。墨从液态到气态的快速 改变快速地增加发泡室8中的压力，从而允许墨滴以高速通过喷射口 71、 72和73喷射。从而，根据本实施方式的喷墨打印头1是称为侧 滑道类型(side chuter type )的喷墨打印头，其中，墨通过平行于元 件基板形成的喷射口 71、 72和73喷射。
图2是在根据本实施方式的喷墨打印头上的一部分喷射口列的放 大底视图。图2示出在发泡室9、墨供应通道IO、电热转换元件4与 喷射口 71、 72和73之间的位置关系。在图2中，第一喷射口列El 由喷射口 71构成，具有比其它喷射口列E2和E3中的喷射口 72和 73更大的开口面积。通过喷射口 71喷射具有比从其它喷射口 72和73 喷射的墨滴更大尺寸(液量)的墨滴(大墨滴)。大墨滴喷射通过的喷 嘴此后称为大喷嘴(第一喷嘴)。第三喷射口列E3由喷射口 73构成， 具有比其它喷射口列El和E2中的喷射口 71和72小的开口面积。通 过喷射口 73喷射具有比从其它喷射口 71和72喷射的墨滴的尺寸小的 尺寸(液量)的墨滴(小墨滴)。小墨滴喷射通过的喷嘴此后称为小喷 嘴(第三喷嘴)。第二喷射口列E2由喷射口 72构成，具有比喷射口 71小并且比喷射口 73大的开口面积。通过喷射口 72喷射具有比从喷 射口 71喷射的墨滴小并且比从喷射口 73喷射的墨滴大的尺寸(液量) 的墨滴(中墨滴)。中墨滴喷射通过的喷嘴此后称为中喷嘴(第二喷嘴)。 喷射口 71、 73和72此后也分别称为大喷射口、小喷射口和中喷射口。
在本实施方式中，以600dpi的间隔布置构成第一喷射口列El的 大喷射口 71。类似地，以1200dpi的间隔布置在第二喷射口列E2中 的中喷射口 72和小喷射口列E3。然而，在第二喷射口列E2中的每 个喷射口 (中喷射口 )72位移离开在第三喷射口列E3中的喷射口 (小 喷射口 )中的相应的一个相当于1200dpi的多巨离。也即，在喷射口布 置方向上彼此相邻的中喷射口 72和小喷射口 73之间的距离相当于
U00dpi。在图像形成过程中，由喷射口的间距和面积因素来确定通过 大、中和小喷射口 71、 72和73喷射的墨滴的液量的比率。优选地， 大墨滴的液量与中墨滴的液量的比率以及中墨滴的液量与小墨滴的液 量的比率每个均大约是2到4。
图3A是图2中所示大喷射口的剖面图，该视图沿图2中线 IIIA-IIIA剖开。图3B是图2所示中喷射口的剖面图，该视图沿图2 中线niB-IIIB剖开。图3C是图2所示小喷射口的剖面图，该视图沿 图2中线IIIC-IIIC剖开。
在图3A、 3B和3C中，附图标记61、 62和63表示在通道构成 基板3中形成的与喷射口 71、 72和73相通的三种类型的喷射口部。 附图标记91、 92和93表示与各个喷射口部相通的发泡室。在图1A 中，喷射口部和发泡室分别共同地被示出为喷射口部6和发泡室9。 然而，在此，由于需要将喷射口部彼此区分开，因此由不同的附图标 记来表示喷射口和发泡室。
在图3A中，在喷射口部61中形成第一喷射口部61a和第二喷射 口部61b;在第一喷射口部61a的第一端部处形成大喷射口 71，并且 第二喷射口部61b与发泡室91相通，该第二喷射口部61b具有与第 一喷射口部61a的第二端部相通的第一端部和与形成在墨供应通道10 的端部处发泡室91相通的笫二端部。在通道构成基板3中，形成有大 喷射口 71的表面3a平行于元件基板的主表面2a。大喷射口 71的中 心与正交于元件基板的主表面2a并且通过加热元件4的中心的轴线 (中心轴线)重合。
第一喷射口部61a和第二喷射口部61b中每一个均形成以中心轴 线为中心的圆筒形空间。形成在第一喷射口部61a的第一端处的大喷 射口 71的开口面积Sla大于形成在第二喷射口部61b的第二端处的 开口 81的开口面积Slb。从而，在第一喷射口部61a和第二喷射口部 61b之间的边界部处、在喷射口部61的内表面上形成台阶部31。即， 在本实施方式中，喷射口部61的内表面形成得类似于台阶。
已经描述了第一喷射口部61。类似地，在第二喷射口部62中形
成有形成圆筒形空间的第一喷射口部62a和第二喷射口部62b，并且 在第三喷射口部63中形成有形成圆筒形空间的第一喷射口部63a和第 二喷射口部63b。在每种情况下，在第一喷射口部和第二喷射口部之 间的结合部处均形成台阶部31。
在本实施方式中，大墨滴的液量(第一液量)Va为2.8ng，中墨 滴的液量(第二液量)Vb为1.4ng,并且小墨滴的液量(第三液量) Vc为0.7ng。第一、第二和第三喷射口 71、 72和73的开口面积Sla、 S2a和S3a分别是大约120um2、大约60um2和大约30um2。进而，第 二喷射口部的开口 81的开口面积Slb与喷射口 71的开口面积的比率 是Slb/Sla = 2.5。第二喷射口部的开口 82的开口面积S2b与喷射口 72的开口面积的比率是S2b/S2a = 3.6。第二喷射口部的开口 83的开 口面积S3b与喷射口 73的开口面积的比率是S3b/S3a-6.3。也即，在 第二喷射口部的开口面积与喷射口的开口面积的比率之间的大小关系
Slb/Sla < S2b/S2a < S3b/S3a……(公式1)
与喷射口部71、72和73相通的发泡室91、92和93的宽度由Slc、 S2c和S3c表示。在Slc和S2c和S3c之间的关系是SloS2oS3c。 然而，发泡室91、 92和93具有相同高度。
因而，在本实施方式中，对于具有更小开口面积的喷射口的喷射 口部来说，第二喷射口部的开口面积与喷射口的开口面积的比率更高。 这是因为如果对于大墨滴喷射通过的喷射口部和小墨滴喷射通过的喷 射口部来说，第二喷射口部的开口面积与喷射口的开口面积的比率相 同，则仅仅小墨滴的着墨精度会降低。也即，通过具有更小开口面积 的喷射口喷射的小墨滴更可能受到由在制造过程中的对准误差导致的 对墨的空气阻力或流动阻力的影响。从而，对于具有更小开口面积的 喷射口的喷射口部来说，增加第二喷射口部的开口面积与喷射口的开 口面积的比率，以便急剧地减少在喷射口部中的可能的流动阻力。这 能够使得在喷射过程中在墨上的压力损失进一步减少，并且也允许喷 嘴中的旧墨在吸入恢复操作过程中通过大、中和小喷射口被确实地喷
射出。这又能够防止喷嘴的不合适的喷射和喷射性能的下降。因而， 对于中和小墨滴喷射通过的喷嘴来说，通过抑制对准误差的不利效果 而能够维持合适的墨滴喷射特征。这能够极大减少在不同喷嘴之间墨 滴着墨精度的变化。因此，本实施方式通过将大、中和小滴组合在一 起允许快速和有效地打印高质量的图像。本实施方式还形成第一和第 二喷射口部，以便能够将整个喷射口部的厚度保持在维持喷射口部的 合适的物理强度所需要的值。 (第二实施方式)
现在将要描述本发明的第二实施方式。
图4是根据第二实施方式的喷墨打印头中的一部分喷射口列的底 视图。图4示出在发泡室9、墨供应通道IO、电热转换元件4与喷射 口 71、 72和73之间的位置关系。在第二实施方式中，四个喷射口列 El、 E2、 E3和E4彼此平行地布置。第一和第二喷射口列El和E2 布置在墨供应口 5的一侧上(在图中在左侧上)。第三和第四喷射口列 E3和E4布置在墨供应口 5的另一侧上(在图中，在右侧上)。如图 3A所示，第一和第三喷射口列E1和E3中每一个均由大喷射口 71构 成。如图3B所示，第二喷射口列E2由中喷射口 72构成。如图3C所 示，第四喷射口列E4由小喷射口 73构成。
在第二实施方式中，以600dpi的间隔布置喷射口列。对于构成第 一喷射口列El的大喷射口 71和构成第二喷射口列E2的中喷射口 72 来说，在喷射口布置方向上彼此邻近的大喷射口 71和中喷射口 72之 间的距离为1200dpi。进而，对于构成第三喷射口列E3的大喷射口 71 和构成第四喷射口列E4的小喷射口 73来说，在喷射口布置方向上彼 此邻近的大喷射口 71和小喷射口 73之间的距离也为1200dpi。
在第二实施方式中，大、中和小墨滴的液量类似于第一实施方式 中的液量。第一、第二和第三喷射口 71、 72和73的开口面积也类似 于第一实施方式中的开口面积。因此，第二喷射口部的开口面积与喷 射口的开口面积的比率，即，Slb/Sla、 S2b/S2a和S3b/S3a分别是2.5、 3.6和6.3。也即，在第二喷射口部的开口面积与第一喷射口部的开口
面积的比率之间的大小关系如下
Slb/Sla < S2b/S2a < S3b/S3a......(公式1)
即，第二喷射口部的开口面积与喷射口的开口面积的比率随着喷 射口的开口面积的降低而增加。从而，小墨滴喷射通过的喷嘴不会受
到对准误差和空气阻力影响。从而能够维持可接受的墨滴喷射特征。 这能够极大地减少在不同喷嘴之间的墨滴着墨精度的变化。因此，通 过将大、中和小滴组合在一起能够快速和有效地打印高质量的图像。 (第三实施方式)
现在将要描述本发明的第三实施方式。
在第二实施方式中，所有喷射口部均是圆筒形的。然而，喷射口 部不必须是圆筒形的，而可以具有其它形状。在第三实施方式中，每 个喷射口部均形成为具有椭圆横截面。
而且在第三实施方式中，大、中和小墨滴的液量Va、 Vb和Vc 分别是2.8ng、 1.4ng和0.7ng。喷射口的截面积Sla、 S2a和S3a是大 约120um2、 60um2和30um2。第二喷射口部的开口面积与喷射口的开 口面积的比率，即，Slb/Sla、 S2b/S2a和S3b/S3a分别是3.1、 3.6和 6.3。
因此，在第二喷射口部的开口面积与第一喷射口部的开口面积的 比率之间的大小关系如下
Slb/Sla < S2b/S2a < S3b/S3a......(公式1)
从而，第三实施方式也能够极大地减少在不同喷嘴之间墨滴着墨 精度的变化。因此，通过将大、中和小滴组合在一起，能够快速和有 效地打印高质量的图像。
(第一到第三实施方式的变型)
在第一到第三实施方式中，只要满足在(公式1)中的关系，就 能够适当改变用于大、中和小点的墨滴的液量的值、喷射口的开口面 积等等。
例如，大、中和小墨滴的液量Va、 Vb和Vc能够分别设定为5ng、 2ng和0.7ng，并且大、中和小喷射口71、 72和73的开口面积Sla、S2a和S3a能够分别设定为200um2、 80 um2和30um2。在该情况下， 在每个喷射口列中的每个喷射口部中的第二喷射口部的开口面积与第 一喷射口部的开口面积的比率，即，Slb/Sla、 S2b/S2a和S3b/S3a分 别设定为1.7、 2.9和6.25。这也满足在(公式l)中的关系。从而预 期本实施方式实现与第一到第三实施方式类似的效果。
大、中和小墨滴的液量Va、 Vb和Vc可以分别设定为2ng、 lng 和0.5ng，并且在每个喷射口部中的第二喷射口部的开口面积与第一 喷射口部的开口面积的比率，即，Slb/Sla、 S2b/S2a和S3b/S3a可以 分别设定为2.9到3.7、 4.5、和9.1。这也满足在。>式1)中的关系。 从而预期本实施方式实现与第一到第三实施方式类似的效果。
相反，如果对于不同尺寸的墨滴(即大、中和小墨滴)喷射通过
的喷嘴来说，用于喷射口部的液量不满足在(公式1)中的关系，则
不会能预期实现类似于上述实施方式的效果。例如，假定例如对于具
有液量Va、 Vb和Vc分别为2.8ng、 1.4ng和0.7ng的三种类型的喷嘴
来说，喷射口部的开口面积的比率Slb/Sla、 S2b/S2a和S3b/S3a均是
2.5。在该情况下，由于在制造过程中产生的在喷射口部中的对准误差，
具有更小喷射量的喷嘴遭受着墨位置的更大的量的偏离。例如，当第 二喷射口部和第一喷射口部错位大约lum时，通过具有0/7ng液量
Vc的墨滴喷射通过的喷嘴所喷射的墨滴的着墨位置的偏离量增加到 通过具有2.8ng液量Va的墨滴喷射通过的喷嘴所喷射的墨滴的着墨位 置的偏离量的大约两倍。与打印图像质量的改进相关联地，对于更小 的墨滴需要更高的着墨精度。从而，将打印头设计成能够吸收诸如制 造公差之类的误差是很重要的。
从而，为了将制造误差考虑在内以便减少着墨位置的偏离量，随 着喷嘴喷射量降低，上述实施方式将第二喷射口部的开口面积Slb与 第一喷射口部的开口面积Sla的比率设定为使得这些比率满足(公式 1)中的关系。
Slb/Sla < S2b/S2a < S3b/S3a......(公式1)
假定在相同的头基板中形成两种类型的喷嘴，两种喷嘴的喷射量
15
中的一个是另一个的大约两倍。在该情况下，当喷嘴中之一的第一和
第二喷射口部的开口被定义为Sla和Slb，并且另一个喷嘴的第一和 第二喷射口部的开口被定义为S2a和S2b，那么根据经验，优选建立 下面的关系。
Slb/S2a = axS2b/S2a ( a>l ， 2 )
在上述实施方式中，在打印头中布置三种类型的墨滴(即大、中
和小墨滴)喷射通过的喷嘴。然而，滴的尺寸不限于三种类型，而可
以是两种类型——大和小，或者四种类型——大、中、小和很小。进
且，喷射口的布置方式不限于上述的实施方式。简言之，所需关系是
使得随着降低喷射口的开口面积而增加第二喷射口部的开口面积与喷 射口的开口面积的比率。
在上述实施方式中，喷射口部的内表面以两个级改变，即，从第 一喷射口部改变到第二喷射口部。然而，可以以多个级形成喷射口部。 即，能够以三个或更多级形成喷射口部。然而，定位在各个级中的喷 射口部需要被形成为使得开口面积从喷射口到喷射口部和发泡室彼此
相通的位置增加。
(第四实施方式)
现在将参照图6、 7A、 7B和7C描述本发明的第四实施方式。 图6是根据本实施方式的喷墨打印头中的一部分喷射口列的放大 底视图。图6示出在墨供应通道10、电热转换元件4与喷射口 71、 72 和73之间的位置关系。在第四实施方式中，与第一实施方式的情况一 样，由大喷射口 71构成的第一喷射口列El、由中喷射口 72构成的第 二喷射口列E2和由小喷射口 73构成的第三喷射口列E3彼此平行地 布置。除了大、中和小喷射口的布置之外，诸如发泡室9和墨供应通 道10之类的布置类似于在第一实施方式中的布置。然而，第四实施方
式在每个喷嘴的喷射口部的形状方面不同于第一实施方式。
图7A是图6中所示大喷射口的剖面图，该视图沿图6中线 VIIA-VIIA剖开。图7B是图6所示中喷射口的剖面图，该视图沿图6 中线VIIB-VIIB剖开。图7C是图6所示小喷射口的剖面图，该视图
沿图6中线VIIC-VIIC剖开。
在第一到第三实施方式中，形成第一和第二喷射口部，在第一和 第二喷射口部之间的边界部中形成的台阶部31。相反，在第四实施方 式中喷射口部161、162和163的内表面每个均由如图7所示的连续表 面形成，并且像第一到第三实施方式的情况那样不具有台阶部31。即， 喷射口部不像第一到第三实施方式的情况那样被分成第一和第二喷射口部。
如图7A所示，在第四实施方式中，大墨滴喷射通过的喷嘴的喷 射口部161形成圆筒形空间。喷射口 71和位于与喷射口 71相对位置 的发泡室侧开口 81具有相同的直径。相反，如图7B所示的中墨滴喷 射通过的喷嘴的喷射口部162和如图7C所示的小墨滴喷射通过的喷 嘴的喷射口部163每个均形成锥形空间，使得随着喷射口部靠近喷射 口 72或73，喷射口部的横截面的面积连续降低。即，喷射口部162 和163两者均是锥形并具有锥角a。该锥角优选大约是5~15°。在第 四实施方式中，与喷射口部71、 72和73相通的发泡室91、 92和93 的宽度Slc、 S2c和S3c处于SloS2oS3c的关系。然而，发泡室91、 92和93具有相同高度。
更具体地说，大、中和小墨滴共同的喷射口部高度Ho是大约 20nm 30nm。墨供应通道的高度Hc是大约10jim 20nm。喷射口部 的直径对于大喷嘴来说至少大约llnm，对于中喷嘴来说至少大约 8nm llnm，并且对于小喷嘴来说至少大约5nm 8nm。
从而，第四实施方式使得形成中和小墨滴喷射通过的喷嘴的喷射 口部162和163的表面成锥形。锥角是a。从而，仍然在本实施方式 中，在喷射口部的开口面积与喷射口的开口面积的比率之间的大小关 系如下
Slb/Sla < S2b/S2a < S3b/S3a......(公式1)
即，对于具有更小开口面积的喷射口的喷射口部来说，喷射口部 的开口面积与喷射口的开口面积的比率更高。从而，对于具有更小开
口面积的喷射口的喷射口部来说，能够更加急剧地减少在喷射口部中
的流动阻力。即，即使对于具有更小开口面积的喷射口的喷射口部来 说，也能够减少在喷射过程中在墨上的压力损失率。在第四实施方式
中，喷射口部71、 72和73的内表面每个均是连续的。本实施方式与 在喷射口部的内表面上具有台阶部的第一到第三实施方式相比，能够 减少对于墨的流动阻力。
从而，本实施方式能够保持可接受的受对准误差影响的墨滴喷射 能力、以及基于吸入恢复操作的墨吸入和排出能力。因此，第四实施 方式能够极大地减少在不同喷嘴之间墨滴的着墨精度的变化。而且， 大墨滴喷射通过的喷射口部形成圓筒形(该形状此后也称为直的形 状)。这能够相对于喷射墨滴的液量减少喷射口部和发泡室的总体积。 这又能够减少喷射的大墨滴的量的变化，而该喷射的大墨滴的量的变 化会导致显著的密度不均匀。
图8示出对于锥形喷射口部和圆筒形喷射口部每一种来说在各喷 射口部中的墨流动阻力和喷射口直径之间关系。
图8示出假设元件基板的高度(发泡室的高度)是lOfun并且锥 形的喷射口具有10°锥角，在每个喷射口部中对于墨的流动阻力的计 算结果。当圆筒形的喷射口部的直径是16jim时，流动阻力是l。在 纵轴上示出每个喷射口部的流动阻力。在横轴上示出喷射口直径。
如图8所示，对于圆筒形喷嘴来说，随着降低喷射口直径，喷射 口部中对于墨的流动阻力迅速增加；当直径是大约lljim时，该快速 增加开始。相反，当喷射口直径处于从llnm~4nm的范围内时，在 锥形喷射口部中对于墨的流动阻力是圆筒形的喷射口部中对于墨的流 动阻力的大约40~60%。而且，更小的锥形喷射口更有效地减小墨流 动阻力。例如，当喷射口部具有lOfim的高度时，基于10°锥角的粘 度阻力减少效果在16jim的喷射口直径时是大约30% ，在4pm的喷射 口直径时是大约60%。
从而，即使小墨滴被喷射通过喷射口部，锥形的喷射口部也能够 急剧减少墨流动阻力而不需要改变通道构成基板3的高度(厚度)或 者发泡室的高度。因此，如上所述，通过使中和小墨滴喷射通过的喷
嘴的喷射口部成锥形，能够合适地喷射所有尺寸的墨滴。这能够通过 将所有尺寸的墨滴组合在 一起来形成高质量的图像。 (第五实施方式)
将要描述本发明的第五实施方式。
图9是示出在根据本实施方式的喷墨打印头中的一部分喷射口列 的底视图。图9示出在发泡室9、墨供应通道IO、电热转换元件4与 喷射口 71、 72和73之间的位置关系。
如图9所示，在第五实施方式中，三个喷射口列E1、 E2、和E3 彼此平行地布置。第一喷射口列El位于墨供应口 5的一侧(在图中， 在左侧)。第二和第三喷射口列E2和E3布置在墨供应口 5的另一侧 (在图中，在右侧)。第一喷射口列El由多个大喷射口 71构成。各个 第二和第三喷射口列E2和E3分别由多个小喷射口 72和73构成，相 同尺寸的墨滴(小墨滴)喷射通过上述多个小喷射口 72和73。在第 一喷射口列El中，在喷射口布置方向上以600dpi的间隔布置大喷射 口 71。因此，第一喷射口列El在喷射口布置方向上以600dpi的密度 形成大的点。相反，在第二喷射口列E2中的每个喷射口 (小喷射口) 72在喷射口布置方向上以相应于1200dpi的距离与在第三喷射口列E3 中的相应喷射口 73分离开。从而，喷射口列E2和E3能够在喷射口 布置方向上以1200dpi的密度形成小的点，这是大的点的密度的两倍。 因此，通过将大和小墨滴组合在一起，能够有效地形成高分辨率的图 像。
图IOA是图9中所示在第一喷射口列中的大喷射口的剖面图，该 视图沿图9中线XA-XA剖开。图IOB是图9所示的在第二喷射口列 中的中喷射口的剖面图，该-阮图沿图9中线XB-XB剖开。图10C是 图9所示在第三喷射口列中的小喷射口的剖面图，该视图沿图9中线 XC-XC剖开。
如图IOA所示，形成大点的在第一喷嘴列中的喷射口部为大致圓 筒形。如图10B和10C所示，形成小点的分别在第二和第三喷射口列 E2和E3中的喷射口部162和163为锥形，4吏得喷射口部的截面积随
着喷射口部靠近喷射口而连续降低。每个喷射口部162和163均具有 大约5 ~ 15°的锥角a。喷嘴具有大约20 ~ 3(Him的喷嘴高度Hn和10 ~ 20nm的墨供应通道高度Hc;这些数值对于所有喷嘴都是相同的。大 喷射口具有至少llnm的直径。小喷射口具有至少5jim并小于lljim 的直径。其它布置类似于第四实施方式的布置。
如上所述，在第五实施方式中，形成喷嘴的喷射口部162和163 的表面也为锥形。从而，仍然在本实施方式中，在喷射口部161、 162、 163和发泡室91、 92、 93之间的边界部分处，在喷射口 71、 72、 73 的开口面积Sla、 S2a、 S3a与开口 81、 82和83的开口面积Slb、 S2b 和S3b之间的大小关系如下。
Slb/Sla < S2b/S2a = S3b/S3a
因此，第五实施方式也能够合适地维持受对准误差影响的墨滴喷 射能力、以及基于吸入恢复操作的墨吸入和排出能力。因此，第五实 施方式能够极大地减少在不同喷嘴之间的墨滴着墨精度的变化。进而， 喷射口部71、 72和73具有不带有台阶的连续内表面，能够减少对于 墨的流动阻力。进而，大墨滴喷射通过的喷射口部形成圆筒形，这能 够减少喷射墨滴的液量与喷射口部和发泡室的总体积的比率。这又能 够减少喷射的大墨滴的量的变化。
(第六实施方式)
将会描述本发明的第六实施方式。
图11是在根据本实施方式的喷墨打印头中的一部分喷射口列的 放大底视图。图11示出在发泡室9、墨供应通道IO、电热转换元件4 和喷射口 71、 72和73之间的位置关系。图12A是图11中所示大喷 射口的剖面图，该视图沿图11中线XIIA-XIIA剖开。图12B是图11 所示中喷射口的剖面图，该视图沿图11中线XIIB-XIIB剖开。图12C 是图11所示小喷射口的剖面图，该视图沿图11中线XIIC-XIIC剖开。
如图11、 12A、 12B和12C所示，如上述第一实施方式那样，第 六实施方式包括大、中和小墨滴喷射通过的喷嘴，这些喷嘴具有喷射 口部61、 62和63,每个喷射口部61、 62和63均包括第一喷射口部61a、 62a和63a以及第二喷射口部61b、 62b和63b。然而，第六实 施方式不同于第一实施方式之处在于，每个喷射口部62和63的第一 喷射口部形成得象像锥形，该锥形具有朝向喷射口连续减小的截面积 (第一喷射口部成锥形)。第六实施方式在其它方面类似于第一实施方 式。
从而，中和小墨滴分别喷射通过的喷射口部62和63的第 一喷射 口部62a和63a成锥形。本实施方式与第一实施方式相比较能够减少 对于墨的流动阻力。从而第六实施方式能够减少在喷射口部之间可能 的制造变化的不利效果，并提高与吸入恢复操作相关联的墨排出能力。 因此，能够获得高的图像质量。
本实施方式也形成第一和第二喷射口部，以便确保整个喷射口部 的所需的厚度。从而第六实施方式能够提供物理强度比第四和第五实
施方式高的喷射口部。 (第七实施方式)
现在将参照图13、 14A、 14B和14C描述本发明的第七实施方式。 图13是在根据本实施方式的喷墨打印头中的一部分喷射口列的 放大底视图。图13示出在发泡室9、墨供应通道IO、电热转换元件4 和喷射口 61、 62和63之间的位置关系。图14A是图13中所示在第 一喷射口列中的大喷射口的剖面图，该视图沿图13中线XIVA-XIVA 剖开。图14B是图13所示在第二喷射口列中的中喷射口的剖面图， 该-f见图沿图13中线XIVB-XIVB剖开。图14C是图13所示在第三喷 射口列中的小喷射口的剖面图，该视图沿图13中线XIVC-XIVC剖开。 如图13和14所示，像上述第六实施方式那样，笫七实施方式包 括大和小墨滴喷射通过的喷嘴，这些喷嘴具有喷射口部71、 72和73， 所述喷射口部71、 72和73分别包括第一喷射口部61、第二喷射口部 62和第四喷射口部63。然而，在第七实施方式中，构成第三喷射口列 E3的喷射口 73是具有与构成第二喷射口列的喷射口 72相同直径的小 喷射口，使得第二和第三喷射口列E2和E3能够以1200dpi的密度形 成。如图9所示，这类似于第五实施方式。因此，通过结合第六和第五实施方式而提供了第七实施方式。从 而，与第六实施方式一样，第七实施方式能够减少在喷射口部之间的 制造变化的不利效果，并提高与吸入恢复操作和喷射口部的物理强度 相关联的墨排出能力。除了实现这些效果之外，第七实施方式与第五 实施方式一样，能够使用小墨滴形成高分辨率的图像。
虽然参照示范性实施方式已经描述了本发明，但应当理解本发明 不限于所揭示的示范性实施方式。下面的权利要求的范围给出最宽泛 的解释，以便包括所有这些修改和等价的结构及功能。
权利要求
1. 一种喷墨打印头，该喷墨打印头具有布置在相同基板上的多种类型的喷嘴，并且不同尺寸的墨滴通过上述喷嘴被喷射出，其中，每个喷嘴均包括发泡室和喷射口部，上述发泡室具有喷射能量产生元件，该喷射能量产生元件允许墨滴被喷射到与喷射口相对的位置上，上述喷射口部允许喷射口和发泡室彼此相通，以及对于具有更小喷射量的喷嘴来说，在喷射口部和发泡室彼此相通的位置处的喷射口部的开口面积与喷射口的开口面积的比率更高。
2. 如权利要求l所述的喷墨打印头，其特征在于，多种类型的喷 嘴至少包括第一液量的墨滴喷射通过的第一喷嘴和第三液量的墨滴喷 射通过的第三喷嘴，第三液量少于第一液量，以及当第一喷嘴的喷射口的开口面积被定义为Sla,并且第三喷嘴的 喷射口的开口面积被定义为S3a，并且对于第一和第三喷嘴来说，在 喷射口部和发泡室彼此相通的位置处的开口的开口面积被分别定义为Slb和S3b时，满足下面的关系 Slb/Sla<S3b/S3a。
3. 如权利要求2所述的喷墨打印头，其特征在于，多种类型的喷 嘴进一步包括第二液量的墨滴喷射通过的第二喷嘴，第二液量小于第 一液量并大于第三液量，以及 当第一、第二和第三喷嘴的喷射口的开口面积分别被定义为Sla、 S2a和S3a，并且对于第一、第二和第三喷嘴来说，在喷射口部和发 泡室彼此相通的位置处的开口的开口面积被分别定义为Slb、 S2b和 S3b时，满足下面的关系Slb/Sla<S2b/S2a<S3b/S3a。
4. 如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，所述喷射口部 包括多个喷射口部，使得开口面积逐步增加到喷射口部和发泡室彼此 相通的位置。
5. 如权利要求4所述的喷墨打印头，其特征在于，所述喷射口部 包括形成与喷射口相通的空间的第一喷射口部和形成第一喷射口部和发泡室在其中彼此相通的空间的第二喷射口部，以及在喷射口部和发泡室彼此相通的位置处的开口的开口面积大于喷 射口的开口面积。
6. 如权利要求2所述的喷墨打印头，其特征在于，包括在多种类 型喷嘴中的至少第三喷嘴的第一喷射口部为锥形，使得喷射口部的截 面积朝着喷射口连续减少。
7. 如权利要求2所述的喷墨打印头，其特征在于，包括在多种类型喷嘴中的至少一种类型的喷嘴的喷射口部具有朝着发泡室和喷射口 部彼此相通的位置连续增加的截面积。
8. 如权利要求7所述的喷墨打印头，其特征在于，多种类型的喷嘴的每个喷射口部均由连续的表面形成，以及包括在多种类型喷嘴中的至少第三喷嘴的喷射口部为锥形，使得 喷射口部的截面积朝着喷射口连续减少。
9. 如权利要求7或8所述的喷墨打印头，其特征在于，包括在多 种类型喷嘴中的至少第三喷嘴的喷射口是圆筒形的。
10. 如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，包括其中布置有第一喷嘴的喷射口的第一喷射口列和其中布置有第三喷嘴的喷射 口的第三喷射口列，以比布置第 一 喷射口列中的喷射口的间隔小的间隔来布置在第三喷射口列中的喷射口。
11. 如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于，对于多种类 型的喷嘴来说，发泡室和喷射口部的总高度相同。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种喷墨打印头，该喷墨打印头具有布置在相同基板上的多种类型的喷嘴，并且不同尺寸的墨滴通过上述喷嘴被喷射出，不管喷嘴的类型如何该喷墨打印头均显示出可接受的喷射性能。从而，根据本发明，多种类型的喷嘴中每个均包括发泡室和喷射口部，上述发泡室具有喷射能量产生元件，该喷射能量产生元件允许墨滴被喷射到与喷射口相对的位置上，上述喷射口部允许喷射口和发泡室彼此相通。对于具有更小喷射量的喷嘴来说，在喷射口部和发泡室彼此相通的位置处的喷射口部的开口面积与喷射口的开口面积的比率更高。
文档编号B41J2/14GK101376285SQ200810212450
公开日2009年3月4日 申请日期2008年8月29日 优先权日2007年8月31日
发明者井手秀一, 及川真树, 土井健, 富泽惠二, 山根彻, 松本光弘, 泷野寒水, 金子峰夫, 锅岛直纯 申请人:佳能株式会社