專利名稱:液滴排放頭、液滴排放裝置和成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及液滴排放頭、液滴排放裝置和成像裝置。
背景技術(shù):
作為成像裝置,具有包括液滴排放頭的液滴排放裝置的噴墨記錄裝置是公知的,如打印機、傳真機、復(fù)印機和打印機、傳真機、復(fù)印機多功能裝置。
在噴墨記錄裝置中,記錄液體的液滴從記錄頭噴到記錄介質(zhì)上,如紙、OHP(高射投影儀)膠片、記錄介質(zhì)或記錄紙,因此可以進行諸如記錄、打印或復(fù)制等成像。有可能通過噴墨記錄裝置在記錄介質(zhì)上高速記錄高精度圖像。另外,在噴墨記錄裝置中運行成本便宜,噪音小。此外,在噴墨記錄裝置中,利用多種顏色可以容易地記錄彩色圖像。
當噴墨頭用于這樣的噴墨記錄裝置時,具有諸如擠壓室、擠壓液體室、壓力室、震動室和壓電元件的液體室的噴墨頭是公知的。液體室連接到用于排出液滴的噴嘴。震動板形成液體室側(cè)面的一部分。壓電元件可作為使震動板變形的機電轉(zhuǎn)化元件。
如在日本待審公開的專利申請公開NO.2003-94652和NO.2003-237065和日本專利NO.3178414中公開的,通過在鋯酸鉛(PbZrO3)和鈦酸鉛(PbTiO3)固溶體中增加少量的添加劑如氧化鈮形成的PZT組被用作形成用于這種噴墨記錄裝置的壓電元件的壓電材料。另外,通常稱作“三元系”并通過將鉛組化合物鈣鈦礦如Pb(Mg1/3Nb2/3)O3溶解到PZT中形成的固溶體也可用作形成用于這種噴墨記錄裝置的壓電元件的壓電材料。
因PZT的居里溫度高(360℃),所以在排放頭的制造過程中,PZT不受熱的影響。另外,因為PZT的燒結(jié)溫度相對較低(900到1200℃),因此可使用低成本金屬作為內(nèi)部層電極。
然而,上述的壓電陶瓷材料包括占總重大約70%的對生態(tài)系統(tǒng)非優(yōu)選的氧化鉛。因此,在上述的壓電陶瓷材料被丟棄的情況下,可以預(yù)期,由于酸性降水,鉛化合物將擴散到自然環(huán)境,從而可以預(yù)期這將對人的身體或生態(tài)系統(tǒng)造成壞的影響。
此外,特別是對于使用所述壓電元件的噴墨記錄裝置來說,還存在下列問題。即,因為噴墨打印機比其他成像類型的打印機便宜,所以大量的噴墨打印機通常由個人用戶消費。在含鉛的壓電元件被用于這種廉價打印機的情況下,收集鉛的成本和銷售打印機獲得的利潤之比很高。另外,因為排放頭部件以極高的精度機械定位,因此拆卸打印機的成本也高。因為這,制造商收集鉛的負擔(dān)也極高。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的一般目的是提供一種新的和有用的液滴排放頭、液滴排放裝置和成像裝置。
本發(fā)明的其他和更具體的目的是提供一種液滴排放頭,所述液滴排放頭利用不含鉛成分的壓電元件排出液滴從而降低了環(huán)境污染和拆卸成本,一種具有所述液滴排放頭的液滴排放裝置,以及成像裝置。
本發(fā)明的上述目的通過一種液滴排放頭實現(xiàn),所述液滴排放頭包括被構(gòu)造成利用壓電元件排出液滴的噴嘴;其中在所述壓電元件中不含鉛成分。
本發(fā)明的上述目的還通過一種液滴排放裝置實現(xiàn),所述液滴排放裝置包括被構(gòu)造成排出液滴的液滴排放頭;其中所述液滴排放頭包括利用壓電元件排出所述液滴的噴嘴,和在所述壓電元件中不含鉛成分。
本發(fā)明的上述目的還通過一種成像裝置實現(xiàn),所述成像裝置通過排出記錄液體的液滴在記錄介質(zhì)上成像,所述成像裝置包括用于排出所述液滴的液滴排放頭;其中所述液滴排放頭包括利用壓電元件排出所述液滴的噴嘴,和在所述壓電元件中不含鉛成分。
通過閱讀以下的詳細說明并結(jié)合附圖,本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點將變得顯而易見。
圖1是本發(fā)明第一實施例的液滴排放頭外部的透視圖;圖2是本發(fā)明第一實施例的液滴排放頭的分解透視圖;圖3是本發(fā)明第一實施例的液滴排放頭的剖視圖;圖4是本發(fā)明第一實施例的液滴排放頭的壓電致動器的剖視圖;圖5是圖4所示壓電致動器部件的擴大透視圖;圖6是結(jié)構(gòu)圖,示出了包括本發(fā)明液滴排放裝置的成像裝置的機械部件實例;圖7是本發(fā)明成像裝置部件的俯視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考包括本發(fā)明實施例的圖1-圖7給出本發(fā)明的說明和相關(guān)技術(shù)缺點的細節(jié)。首先,參考圖1-圖3討論本發(fā)明液滴排放頭的第一實施例。圖1是液滴排放頭外部的透視圖。圖2是液滴排放頭的分解透視圖。圖3是液滴排放頭的剖視圖。
所述液滴排放頭具有用來排放液滴的噴嘴1;連接到噴嘴1的壓力室2;形成壓力室2側(cè)面部分的震動板3(未示出);壓電元件4,所述壓電元件4可作為致動器裝置,如經(jīng)由震動板3壓縮壓力室2中的液體的壓力產(chǎn)生裝置或驅(qū)動裝置。液滴排放頭還具有公共液體室8和供給口部分9。公共液體室8經(jīng)由液體供給通路6和液體供給口7將作為記錄液體的墨水供給到多個壓力室2。供給口部分9從外側(cè)為公共液體室8供給墨水。
在噴嘴板11上平行地布置了兩排噴嘴1。例如,可使用由鎳電鑄法或相似方法形成的板作為噴嘴板11。然而,其他的板材料也可用作噴嘴板11。例如,每個壓力室2都形成在由硅基片制成的通道板12內(nèi)。形成震動板3的震動板部件13連接到通道板12的背面?zhèn)取?br>
在這種結(jié)構(gòu)下,從外部供給到公共液體室8的作為記錄液體的墨水經(jīng)由液體供給通路6和液體供給口7供給到多個壓力室2。通過壓電元件4的變形經(jīng)由震動板3壓縮壓力室2的內(nèi)部,因此液滴從噴嘴1中排出。
壓電元件4連接在底座14上從而對應(yīng)噴嘴1的所述排。更具體地,如圖4和圖5所示,通過在連接在底座14上的兩個壓電部件15上制造梳齒狀的槽16使得槽16對應(yīng)于所述噴嘴1,形成了壓電元件4。
壓電元件4是疊層型壓電元件,通過相互堆疊由壓電材料(壓電陶瓷)形成的壓電層形成,不包括鉛和內(nèi)部電極層。內(nèi)部電極相互地拉出到端面從而連接到端面電極(外側(cè)部分電極)。用來提供驅(qū)動信號的FPC18經(jīng)由各向異性的導(dǎo)電薄膜連接到作為單獨電極的端面電極(外側(cè)部分電極)17和作為公共電極(未示出)的其他端面電極。
公共液體室8形成在框架部件20中。供給口部分9形成在框架部件20中作為外部液體供給裝置,因此墨水從墨水倉或副罐供給。另外,開口部分21形成在框架部件20中,因此包括壓電元件4、底座14和FPC18的壓電單元25(見圖4)容納在開口部分21中。此外,震動板部件13的周圍邊緣部分連接到框架部件20。
例如在所述排放頭處的壓電元件4的壓電材料,使用了不包括鉛成分的壓電材料。更具體地,使用了主要成分為不包括鉛的鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)材料作為壓電材料,如其中溶解有鋯酸鋇(BaZrO3)的鈦酸鋇(BaTiO3)。
其中溶解有鋯酸鋇的鈦酸鋇具有與PZT的機電耦合系數(shù)相似的0.5的機電耦合系數(shù)。此外,其中溶解有鋯酸鋇的鈦酸鋇具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu),因此有可能得到良好的壓電性質(zhì),如小的晶體各向異性。
因為其中溶解有鋯酸鋇的鈦酸鋇的居里溫度較低(大約130℃),所以通過各向異性的導(dǎo)電薄膜實現(xiàn)了電連接,由此可在比焊接更低的溫度下實現(xiàn)電連接??梢酝ㄟ^其他方法如引線接合實現(xiàn)連接。
在本實施例中,使用了其中溶解有鋯酸鋇的鈦酸鋇。然而,也可以使用其中包括少量Fe或K的鈦酸鋇。
因此,因為在液滴排放頭中,根本沒有在作為致動器裝置的壓電元件中包括鉛,因此有可能使得環(huán)境污染的風(fēng)險降低,并且使得分解費用降低。
下面,討論本發(fā)明液滴排放頭的第二實施例。因為第二實施例的結(jié)構(gòu)與第一實施例的結(jié)構(gòu)相同,因此省略了對第二實施例結(jié)構(gòu)的解釋。
在第二實施例中,使用了主要成分為鈮酸鉀(KNbO3)的陶瓷作為壓電元件4的壓電材料(壓電陶瓷),其中鈮酸鉀是一種不含鉛的具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的材料。
主要成分為鈮酸鉀的陶瓷具有與PZT機電耦合系數(shù)相似的0.5的機電耦合系數(shù)。此外,主要成分為鈮酸鉀的陶瓷具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu),因此有可能得到良好的壓電性質(zhì),如小的晶體各向異性。因為主要成分為鈮酸鉀的陶瓷的居里溫度較高(大約435℃),所以有可能通過焊接和PZT安裝FPC。
因此,在第二實施例和第一實施例中,因為在液滴排放頭中,根本沒有在作為致動器裝置的壓電元件中包括鉛,因此有可能使得環(huán)境污染的風(fēng)險降低,并且使得分解費用降低。
下面,討論本發(fā)明液滴排放頭的第三實施例。因為第三實施例的結(jié)構(gòu)與第一實施例的結(jié)構(gòu)相同,因此省略了對第三實施例結(jié)構(gòu)的解釋。
在第三實施例中,使用了主要成分為鈦酸鉍鈉((Bi0.5Na0.5)TiO3)的陶瓷作為壓電元件4的壓電材料(壓電陶瓷),其中鈦酸鉍鈉是一種不含鉛的具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的材料。
因為主要成分為鈦酸鉍鈉的陶瓷的燒結(jié)溫度等于或小于1200℃,因此在內(nèi)部層電極中,有可能降低非常貴重的金屬鈀的量,所以有可能低成本生產(chǎn)壓電元件4。
因此,在第三實施例和第一、第二實施例中,因為在液滴排放頭中,根本沒有在作為致動器裝置的壓電元件中包括鉛,因此有可能使得環(huán)境污染的風(fēng)險降低,并且使得分解費用降低。
下面,討論本發(fā)明液滴排放頭的第四實施例。因為第四實施例的結(jié)構(gòu)與第一實施例的結(jié)構(gòu)相同,因此省略了對第四實施例結(jié)構(gòu)的解釋。
在第四實施例中,使用了主要成分為鈦酸鎳鈉(BBi(Ni0.5Ti0.5)O3)的陶瓷作為壓電元件4的壓電材料(壓電陶瓷),其中鈦酸鎳鈉是一種不含鉛的具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的材料。
因為主要成分為鈦酸鎳鈉的陶瓷的居里溫度相對較高(大約250℃),所以有可能通過焊接和PZT安裝FPC。
因此,在第四實施例和上述實施例中,因為在液滴排放頭中,根本沒有在作為致動器裝置的壓電元件中包括鉛,因此有可能使得環(huán)境污染的風(fēng)險降低,并且使得分解費用降低。
下面,討論本發(fā)明液滴排放頭的第五實施例。因為第五實施例的結(jié)構(gòu)與第一實施例的結(jié)構(gòu)相同,因此省略了對第五實施例結(jié)構(gòu)的解釋。
在第五實施例中,使用了主要成分為Ba2NaNb5O15的陶瓷作為壓電元件4的壓電材料(壓電陶瓷),其中Ba2NaNb5O15是一種具有鎢青銅型晶體結(jié)構(gòu)的材料。
在主要成分為具有鎢青銅型晶體結(jié)構(gòu)材料的Ba2NaNb5O15材料組中,壓電應(yīng)變d33系數(shù)較大(250pC/N)因此有可能以低電壓驅(qū)動該材料。因此,有可能降低驅(qū)動電路的成本并形成高性能低成本的成像裝置。
因此,在第五實施例和上述實施例中,因為在液滴排放頭中,根本沒有在作為致動器裝置的壓電元件中包括鉛,因此有可能使得環(huán)境污染的風(fēng)險降低,并且使得分解費用降低。
下面,討論本發(fā)明液滴排放頭的第六實施例。因為第六實施例的結(jié)構(gòu)與第一實施例的結(jié)構(gòu)相同,因此省略了對第六實施例結(jié)構(gòu)的解釋。
在第六實施例中,使用了主要成分為Bi4Ti3O12的陶瓷作為壓電元件4的壓電材料(壓電陶瓷),其中Bi4Ti3O12是一種鉍層狀結(jié)構(gòu)化合物材料。
在主要成分為鉍層狀結(jié)構(gòu)化合物材料的Bi4Ti3O12材料組中,壓電應(yīng)變d33系數(shù)相對較大,因此有可能以低電壓驅(qū)動該材料。因此,有可能降低驅(qū)動電路的成本并形成高性能低成本的成像裝置。因為沒有使用堿金屬作為化合物元素,所以有可能在燃燒時得到良好的化合物可控制性,因此獲得良好的大規(guī)模生產(chǎn)。
因此,在第六實施例和上述實施例中,因為在液滴排放頭中,根本沒有在作為致動器裝置的壓電元件中包括鉛,因此有可能使得環(huán)境污染的風(fēng)險降低,并且使得分解費用降低。
主要成分具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)且不含鉛的材料不限于上述的鈦酸鋇、鈮酸鉀、鈦酸鉍鈉、鈦酸鎳鈉。相似地,具有鎢青銅型晶體結(jié)構(gòu)的材料也不限于上述的Ba2NaNb5O15。相似地,具有鉍層狀結(jié)構(gòu)化合物型晶體結(jié)構(gòu)的材料也不限于上述的Bi4Ti3O12。
另外,本發(fā)明不僅可用于使用所述疊層型壓電元件的上述排放頭而且可用于使用雙壓電晶片型壓電元件的排放頭。此外,本發(fā)明還可用于使用了沿d33方向或d31方向變形的疊層型壓電元件的排放頭。
下面,參考圖6和圖7像討論具有本發(fā)明液滴排放頭的液滴排放裝置一樣討論作為本發(fā)明成像裝置的噴墨記錄裝置。此處,圖6是結(jié)構(gòu)圖,示出了包括本發(fā)明液滴排放裝置的成像裝置的機械部件實例。圖7是本發(fā)明成像裝置部件的俯視圖。
在所述成像裝置中,作為橋接在左、右側(cè)板(未示出)之間的引導(dǎo)部件的導(dǎo)桿101和支桿102固定著托架103,從而托架能夠沿主掃描方向滑動。在托架103處,在設(shè)置在主掃描馬達104處的滑輪106a和設(shè)置在另一側(cè)的滑輪106b之間設(shè)置了同步帶。如圖7所示,經(jīng)由同步帶105托架103被主掃描馬達104在托架主掃描方向上移動并引起掃描。在托架103中,在橫穿主掃描方向的多個噴墨口部分的方向上設(shè)置了噴墨記錄頭107。記錄頭107還被設(shè)置得使墨滴噴射方向向下。四個噴墨記錄頭107分別噴射顏色為黃(Y)、青(C)、品紅(M)和黑(BK)的墨滴。
此外,在托架103處設(shè)置有各色副罐108,因此可為記錄頭107提供相應(yīng)的墨水顏色。經(jīng)由供墨管(未示出)從主罐即墨水倉向副罐108供給補充墨水。
此外,作為用于饋送堆疊在供紙盤110的堆紙部件(壓板)111上紙112(不僅包括紙本身,還包括OHP(高射投影儀)膠片以及成像材料)的供紙部件,提供了半圓形輥(供紙輥)113和分離墊114??赏ㄟ^半圓形輥113從堆紙部件111獨立地饋送一張紙112。由大摩擦系數(shù)材料制成的分離墊114面對半圓形輥(供紙輥)113并被移動到半圓形輥113的側(cè)面。
作為用于傳送從記錄頭107下側(cè)的供紙部件饋送來的紙112的傳送部件,提供了傳送皮帶121、反作用輥122、傳送導(dǎo)軌123和頭端壓輥125。傳送皮帶121通過靜電粘附并傳送紙112。經(jīng)由導(dǎo)軌115從供紙部件傳來的紙112被放到傳送皮帶121和反作用輥122之間從而被傳送。通過傳送導(dǎo)軌123,沿向上的方向傳來的紙112然后被旋轉(zhuǎn)大致90度,然后紙112被傳送到傳送皮帶121。頭端壓輥125通過壓部件124被推向傳送皮帶121側(cè)。另外,提供了充電輥126作為給傳送皮帶121的表面充電的充電裝置。傳送皮帶121是環(huán)形皮帶。傳送皮帶121安裝在傳送輥127和張緊輥128之間。通過副掃描馬達131經(jīng)由同步帶132和同步輥133轉(zhuǎn)動傳送輥127,傳送皮帶121沿皮帶傳送方向即副掃描方向旋轉(zhuǎn)。
傳送皮帶121具有表面層和背面層。表面層121a(未示出)的功能是作為紙吸引表面,例如由厚度大約40μm并且電阻不被控制的純樹脂材料制成,例如ETFE(聚乙烯-四氟乙烯共聚物)純材料。背面,如中間電阻層或接地層,由和表面層相同的材料制成。背面層的電阻由含碳量控制。
充電輥126開始與傳送皮帶121的表面層接觸并隨著傳送皮帶121的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動。充電輥126給軸的兩端施加2.5N的力作為加壓力。傳送輥127起到接地輥作用,從而接觸用于接地的傳送皮帶121的中間電阻層(背面層)。
引導(dǎo)部件136安排在傳送皮帶121背面,與記錄頭107的打印區(qū)域?qū)?yīng)。引導(dǎo)部件136的上表面突出到記錄頭107側(cè),比支撐傳送皮帶121的兩個輥(傳送輥127和張緊輥128)的切線更加凸起。在這種結(jié)構(gòu)下,在打印區(qū)域,傳送皮帶121被引導(dǎo)部件136的上表面拖動以實現(xiàn)引導(dǎo)。
此外,作為用于排出由記錄頭107記錄的紙112的紙排出部件,提供了用于從傳送皮帶121分離紙112的分離爪、排出輥142和排出輥143。設(shè)置排紙盤144用來支持排出的紙112。雙面供紙單元151可拆卸地安排在所述裝置主部分的背面部分。雙面供紙單元151接收由傳送皮帶121反向旋轉(zhuǎn)傳來的紙112并將紙112翻轉(zhuǎn)從而將紙112再次供入反作用輥122和傳送皮帶121之間。
在具有上述結(jié)構(gòu)的噴墨記錄裝置中,單獨地從供入部分供入一張紙112。通過導(dǎo)軌115引導(dǎo)沿基本垂直的方向向上供入的紙112。紙112被放置在傳送皮帶121和反作用輥122之間從而實現(xiàn)傳送。此外,紙112的頭端部分通過傳送導(dǎo)軌123引導(dǎo)并通過頭端壓輥125推到傳送皮帶121,因此紙112的方向改變了大致90度。
這時,通過控制電路(圖中未示出),從高壓電源為充電輥126提供電壓,因此正輸出和負輸出交替重復(fù)。結(jié)果是,在傳送皮帶121上形成了充電電壓圖案。即,沿副掃描方向也就是旋轉(zhuǎn)方向進行指代寬度的帶狀的正充電和負充電。紙112正充電地和負充電地交替供入傳送皮帶121,因此紙112被傳送皮帶121靜電粘附,并且紙112通過傳送皮帶121的旋轉(zhuǎn)運動沿副掃描方向傳送。
當托架103移動時,對應(yīng)于圖像信號驅(qū)動記錄頭107,因此墨滴噴射在停止的紙112上并記錄一行。當紙112傳送指定距離后,記錄下一行。根據(jù)收到的記錄完成信號或指示紙112的后端已經(jīng)到達記錄區(qū)域的信號來終止記錄過程,從而紙112被排出到排紙盤114。
因此,因為成像裝置具有本發(fā)明的液滴排放頭并且在頭中不含鉛成分。因此,即使成像裝置被丟棄,也有可能防止鉛成分擴散,此外,收集和拆卸所述成像裝置的成本較低,并且所述成像裝置可容易地再利用。
本發(fā)明不限于上述實施例,可進行各種不脫離本發(fā)明范圍的變形和修改。
例如,作為液滴排放裝置討論了噴墨記錄裝置,它是其中一種成像裝置實例。然而,本發(fā)明不限于此。作為記錄介質(zhì),可以使用各種類型的薄片,PHP薄片,塑料材料如光盤或用于裝飾板、織物的塑料材料,金屬材料如鋁或銅,皮革材料如牛皮、豬皮或人造革,木質(zhì)材料如木頭或木板,竹質(zhì)材料,陶瓷材料如瓷磚,三維結(jié)構(gòu)體如海綿或相似物,其中液體是例如墨水。
此外,作為液滴排放裝置,可以使用在各種類型薄片或OHP薄片上記錄的打印機裝置,在塑料材料如光盤上記錄的記錄裝置,在金屬板上記錄的記錄裝置,在皮革材料上記錄的記錄裝置,在木頭上記錄的記錄裝置,在陶瓷材料上記錄的記錄裝置,在三維結(jié)構(gòu)體如海綿上記錄的記錄裝置,在織物上記錄的記錄裝置或類似物。
權(quán)利要求
1.一種液滴排放頭,包括構(gòu)造成利用壓電元件排出液滴的噴嘴;其中在所述壓電元件中不含鉛成分。
2.如權(quán)利要求1所述的液滴排放頭,其中壓電元件的主要成分為不含鉛的具有鈣鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)的材料。
3.如權(quán)利要求2所述的液滴排放頭,其中壓電元件的主要成分為鈦酸鋇。
4.如權(quán)利要求2所述的液滴排放頭,其中壓電元件的主要成分為鈮酸鉀。
5.如權(quán)利要求2所述的液滴排放頭,其中壓電元件的主要成分為鈦酸鉍鈉。
6.如權(quán)利要求2所述的液滴排放頭,其中壓電元件的主要成分為鈦酸鎳鈉。
7.如權(quán)利要求1所述的液滴排放頭,其中壓電元件的主要成分為具有鎢青銅型晶體結(jié)構(gòu)的材料。
8.如權(quán)利要求7所述的液滴排放頭,其中壓電元件的主要成分為Ba2NaNb5O15。
9.如權(quán)利要求1所述的液滴排放頭,其中壓電元件的主要成分為具有鉍層狀結(jié)構(gòu)化合物的材料。
10.如權(quán)利要求9所述的液滴排放頭,其中壓電元件的主要成分為Bi4Ti3O12。
11.一種液滴排放裝置,包括構(gòu)造成排出液滴的液滴排放頭;其中所述液滴排放頭包括利用壓電元件排出所述液滴的噴嘴,和在所述壓電元件中不含鉛成分。
12.一種成像裝置,其通過排出記錄液體的液滴在記錄介質(zhì)上成像,所述成像裝置包括構(gòu)造成排出所述液滴的液滴排放頭;其中所述液滴排放頭包括利用壓電元件排出所述液滴的噴嘴,和在所述壓電元件中不含鉛成分。
全文摘要
一種液滴排放頭包括利用壓電元件排出液滴的噴嘴。在所述壓電元件中不含鉛成分。
文檔編號H01L41/09GK1771130SQ20058000019
公開日2006年5月10日 申請日期2005年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月2日
發(fā)明者山口清, 佐佐木隆文 申請人:株式會社理光