[发明专利]喷墨记录设备及其驱动方法

说明书

本发明涉及这样一种喷墨记录设备，即其具有称之为按需墨水(ink-on-demand)型喷墨头，仅当各墨水滴真正要记录在记录媒质上时，该喷墨头才喷射墨水滴。更具体地说，本发明涉及一种具有用静电驱动的喷墨头的喷墨记录设备，本发明还涉及驱动该喷墨记录设备的方法。

当前使用的主要有两种按需墨水型喷墨头，其产生喷墨所需压力的方式不同。一种如(例如)DE-A-3147107和EP-A-0337429中所揭示那样，为此目的采用了压电式致动器，而另一种如在JP-B-59911/1986中所述那样，采用了加热元件以加热墨水，致使其产生气泡。这两种喷墨头各有其自已的优点和缺点。前一种类型虽然享有高可靠性和长使用寿命的优点但在要求某种喷嘴密度和精度时在制造过程中会遇到一些问题。另一方面，气泡型喷墨头虽几乎不存在制造方面问题，但其电阻性加热元件往往会由于反复快速加热和冷却以及由破裂气泡产生的碰撞而逐渐损伤，致使该喷墨头的实际使用寿命较短。因此，这两种喷墨头没有一种能完全真正令人满意。

第三种在喷墨头中产生压力的已知原理是利用静电力，即，运用如在日本专利申请289351/1990和USP4520375中所揭示的静电致动器。

更具体地说，日本专利申请289351/1990所揭示的喷墨头包括一块硅基片，其内成形有墨水通道，这些通道每一个的一端连到各自喷嘴而另一端连到一个公共墨水库。墨水通道的一个侧壁部分由一块作为振动板的膜片构成。一个各自单独的即喷嘴电极设置在每个膜板的外侧面。通过一间隙与喷嘴电极相对设置的是一个公共电极。带有其喷嘴电极和相对的公共电极的各膜板构成一个静电致动器，该致动器包括由喷嘴电极公共电极和其间的一个绝缘体形成的一个电容器。USP4520375公开了一种类似的静电致动器或称流体喷射器(fluid jetejector)。在后一篇先有技术文献中，利用其半导体性能，该硅薄膜本身形成了电容器的一个电极。对该电容器施加一个随时间变化的电压，使得薄膜开始机械运动同时流体根据薄膜运动而排出。

在该先有技术中所利用的这种静电原理提供了诸如紧凑性，高密度，使用寿命长之类的优点，因而似乎是一个有希望借助它可解决采用压电致动器或加热元件的先有技术中的上述种种问题的可供选择的方案。

然而，现在还不可能实现采用这种供压力产生用，以高质量印刷和恒定高效为特征的静电致动器的按需墨水型喷墨头。对这种至少部分使用半导体材料包含振动膜的喷墨头，允许采用众所周知的半导体工艺技术就能以高精度制造出复杂的结构。因此能满足在相对低制造成本下获得高喷嘴密度的要求。另一方面，由于材料的半导体性能又引发了一些问题，因为它难以确保稳定的驱动特性。

因此，本发明的一个目的是提供一种具有利用静电力驱动的喷墨头的喷墨记录设备，其中该喷墨头能易于并精确地制造而且确保了稳定供墨和良好的打印质量。本发明的另一目的是提供一种稳定驱动该喷墨记录设备的方法。

本发明的目的是采用如下记录设备和驱动方法而达到的，该记录设备包括一个喷墨头，具有成形于P型或n型半导体基片中的至少一个喷嘴，一个连接到喷嘴的供墨通道，和邻接供墨通道的薄膜，还具有静电致动装置，用以驱动薄膜，致使墨水滴随着膜的运动而从喷嘴中喷射出来，所述静电致动装置包括附连到该基片的第一电极，所述膜和与所述膜间隔一间隙相对设置的第二电极，以及驱动电路装置，用于选择性地提供所述第一和第二电极之间的驱动电压，其中所述驱动电压的极性是如此选择的，以致在P-型基片情况下使所述第一电极相对于第二电极为正电位，而在n型基片情况下使所述第一电极相对于第二电极为负。驱动该设备的方法是墨水滴是通过在一预定周期内对所述静电致动器进行充电然后又在预定周期内对其进行放电而被喷射的。

按照本发明记录设备的喷墨头包括：由一种p型或n型掺杂半导体材料构成的基片，其内形成一个或多个喷嘴，用以喷射墨水滴；一个连接到每个喷嘴的墨水盒以及供墨通道的成形部分，用以将墨水供给每个喷嘴。每个墨水盒的至少一个壁是由一薄膜同半导体基片整体构成。一个单独的喷嘴电极与每个薄膜相对地并其间以一间隙隔开安置，而一公共电极形成于基片上。薄膜与相应的喷嘴电极构成一电容器，该电容由于薄膜的挠性而充当一个静电致动器。电容器充电时静电力将使薄膜偏向喷嘴电极。电容器放电时，薄膜将由于其弹性而回到其起始状态。