噴墨印表機的製作方法
2023-09-20 13:11:20 3
專利名稱：噴墨印表機的製作方法
技術領域：
本發明涉及噴墨印表機，它包括用於噴射墨汁的促動器。本發明還涉及此種噴墨印表機的電源電路，涉及包括促動器的液滴沉積裝置(droplet deposition apparatus)，以及促動器的控制電路。
噴墨印表機包括墨汁促動器，該促動器用來按指令噴射墨汁液滴。這種墨汁促動器公開於美國專利第5016028號中。該促動器包括多條通道，這些通道具有響應電驅動信號而可位移的側壁。當電驅動信號施於該壁的一個區段時，該壁就會移動，從而使相應通道的容量增大或減小。
美國專利第5631675號描述了一種用於驅動噴墨記錄頭的裝置，該記錄頭有一些當被施以電場而受控制就會擴張與收縮的壓電元件。電容器的電壓被放大，以便提供電壓來驅動壓電元件。
本發明要解決的問題是，改進列印效果並延長促動器的使用壽命。
這個問題，是通過提供一種液滴沉積裝置來解決的，該裝置包括一個墨汁促動器(100)，它有多個限定著通道的有間隔的壁，上述壁具有相反的兩側，該相反的兩側配置有一些適宜接受電信號的電極，以便使上述壁變形從而使上述通道中的墨汁噴射出來；一個控制器(130)，它包括多個用以限定上述電信號的波形的驅動信號源(320)；一個溫度傳感器(470、490)，它產生與所感受的溫度對應的振幅控制信號；一個電源裝置(330)，它用來向控制器(130)提供驅動電壓，該驅動電壓具有電壓振幅(V100)；電源裝置具有用於調節響應振幅控制信號的驅動電壓振幅的裝置(350)，上述電源裝置與上述控制器是分開的。
此種解決方案，有利地使得促動器的運行溫度降低，並使所噴射墨汁的質量得以改善。由於高運行溫度導致在促動器中及附近的墨汁老化過程加速，這又導致列印質量退化，因此此種解決方案就使列印質量得以改善。當液滴沉積裝置啟動並長時間能運行但只少量地真正列印時，在這種列印條件下，此種解決方案就特別改善了列印質量。在此類情況下，在墨汁析出之前，會有一些墨汁長時間殘留在促動器裡。採用上述液滴沉積裝置，就防止電源裝置所產生的熱被傳送給促動器。儘管現有技術裝置的促動器中的一批墨汁會長時間持續保持溫暖，但在符合本發明上述實施例的液滴沉積裝置中，則避免這種保暖。
圖1是一個列印頭裝置透視圖，該裝置包括一個促動器，以及經由一條電纜連接著電源及數據接口的控制器；圖2是圖1所示促動器一部分的部分分解透視略圖；圖3是一塊促動器板的剖視圖；圖4是圖3所示促動器板的截面透視圖；圖5A是圖1與圖2所示促動器的一部分在鬆弛狀態下的橫截圖；圖5B是圖1與圖2所示促動器的一部分有一些通道處於擴張狀態下的橫截圖；圖5C是圖1與圖2所示促動器的一部分有一些通道處於收縮狀態下的橫截圖；圖6的部分略視圖，顯示與圖中一個電接觸點連接的一些電極連接件；圖7顯示當最大數量的墨汁液滴被噴射出來時電極連接件處的電信號波形的例子；圖8顯示與具有帶電極的兩個相反側面的一個壁有關的電信號波形的例子；圖9是符合本發明一個實施例的印表機裝置的方框圖，該裝置包括一個連接著促動器及電源電路的控制器；圖10是符合本發明又一實施例的印表機裝置的方框圖，該裝置包括一個連接著電源電路並用於連接促動器的控制器；圖11是符合本發明一個實施例的可控驅動信號源的方框圖；圖12是符合本發明又一實施例的可控驅動信號源的方框圖13是可控驅動信號源的一個實施例的略示圖。
圖1是列印頭裝置90的透視圖，該裝置包括一個安裝在底板110上的墨汁促動器100。底板可以安置在噴墨印表機(未顯示)的閘門上。
一塊電路板120也安裝在底板110上。該電路板120包括一個控制器130和一個連接件140。
印表機或傳真機中的中央數據處理器，可連接著連接件140，並可向連接件140提供列印指令。因此而向列印頭裝置90提供的列印指令，被輸送給控制器130。控制器130把列印指令轉換成電脈衝，這些電脈衝適合於使促動器組件100按照列印指令噴射墨滴。
墨汁是由墨盒(未顯示)向促動器組件100上的墨汁入口150輸送的。墨汁入口150可包括一個過濾頭160。墨汁入口150還包括一個密封件170。該密封件170可以包括一條橡膠帶，此橡膠帶如圖1所示在促動器組件100的表面160上方伸出少量長1毫米的齒牙，以便當密封件被壓向相應的墨斗連接件時緊緊密封。
促動器100包括一塊促動器板200及一塊蓋板210。促動器板200由極化了的壓電材料製成。蓋板，它包括墨汁入口150，則由未極化的壓電材料製成。
圖2是促動器100一部分的部分分解透視略圖。
促動器200包括一些形成通道220的矩形橫截面槽子。各條通道220被側壁230分開。整塊促動器板，被順著與圖2中Z軸平行的方向極化。極化方向在圖2中也以箭頭240表示。
圖3是順著X軸的方向看去的促動器板200的剖視圖。
按照促動器組件的一個實施例，它有66條通道220。為了便於參照，這些通道分別被稱為C1、C2、C3……C66。如下文要詳述的那樣，這66條通道中，有64條是活躍的，而C1與C66這兩條通道則是不活躍的且不被用來噴出墨滴。這兩條不活躍的通道C1與C66，就是順圖2或圖3中Y軸方向看去的第一條與最後一條通道。
當順著與壁230的極化方向240垂直的方向起作用的電場激活壁230時，壁230的某些路徑就被以相對於墨汁通道220的剪切方式而移動。這些側壁230相對於通道軸線可橫向位移，以便引起通道中墨汁的壓力變化，從而達到使液滴從噴嘴板265上的噴嘴F2至F65噴射。該噴嘴板265位於通道220各敝開末端的前方，且帶有供墨滴噴射之用的噴嘴口。
用於激活通道側壁230的電連接件D1、D2、D3……D66，如圖1、2及圖4所示，被一些捆束導線形成為控制器。
圖4是促動器板200一部分的橫截透視圖。捆束導線D1連接著安置在促動器板200一個表面上的一個薄金屬層270(以點劃線所示)。該金屬層也覆蓋著壁230面向壁230的通道C1的那個表面的一部分，該部分顯示為圖4中的陰影區域E1。另一根捆束導線D2以同樣方式連接著通道C2中的金屬層E2。金屬層E2在面對壁230的通道C2的那些表面上形成電極。蓋板210被粘接在促動器板220上，以便與壁230一起，限定帶有噴嘴F2、F3……F65的各條通道220。
圖5A是從噴嘴板265看去的促動器組件100一部分的橫截圖。為了簡化理解，在圖2、3、4及圖5中均顯示了3根軸X、Y及Z。標號275表示接頭，在這些接頭處，蓋板210被粘接在促動器板200中所包括的每個壁230上。因此，每個壁230均牢牢地連接著蓋板。通道C2、C3……C65能如上述那樣被各自分別激活。如上所述，從圖2上看最左邊的通道C1，是一條不活躍的通道。最右邊的通道C66也是一條不活躍的通道，即它不用來噴射墨汁。
圖5B顯示處於擴張狀態下的通道C2。這種擴張是由於使電流從電極E2流向電極E1與E3而達到的。由於電極E2與電極E1之間阻抗的緣故，在電極E2與電極E1之間會有一個電位U21。
因此，在順基本上與極化方向240垂直的方向上的電極E2與電極E1之間的壁230中一個部分300中，會產生一個電場。這會使壁的該部分300以剪切方式向圖5B所示位置撓曲。當壁的這部分300撓曲時，它也迫使壁的互補部分310順同樣方向彎曲。
當通道C2擴張時，它通過墨汁入口150吸入較多墨汁(圖2中顯示得最清楚)。
圖6是部分略視圖，顯示與圖中一個電接觸點連接的一些電極連接件。
通道C1中的那些電極E1如圖6所示連接著控制器130。
控制器包括用於每條通道的電流源320。因此，就有用於每條通道C1至C66的電流源320。每個電流源320如圖6所示連接著相應通道中的電極E。
每個壁230都依據該壁上各個電極之間的電流而各自分別可位移。例如，通道C2與通道C3之間的那個壁，可依據電極E2與電極E3之間的電流I23而位移。
圖7顯示當最大數量的墨滴被噴射時，發送給電極E1至E6的電脈衝I1至I6的幾個例。
圖8顯示與通道C2和通道C3之間的壁上的兩個相反電極E2和E3有關的電信號波形的一個例子。
墨汁的某些基本性能例如粘度，依據墨汁的溫度而變化。為了補償這種對溫度的依賴性，就用溫度傳感器測量溫度，並以升高墨汁溫度來降低脈衝波形中的電壓電平。按照本發明的一個實施例，當促動器溫度為20℃時，電壓最高值定為35伏。按照本發明的又一個實施例，當促動器的溫度為10℃時，電壓最高值就定為其最高值。此處的最高電壓電平，被認為是100％的電壓電平。按照本發明的一個實施例，溫度傳感器是一個熱敏電阻。
圖9是本發明一個實施例的方框圖，該圖中包括促動器控制電路130、電源電路330以及一個促動器100。電源電路330連接著直流電源340。電源340例如可以提供40伏的基本上恆穩的電壓。電源電路330包括一個驅動電壓控制器350，該控制器具有電源指令信號所用的入口360以及一個用於以受控電壓Vcc發送驅動電壓的電源出口370。受控電壓Vcc例如可以從Vcc(100)的10％能控制到Vcc(100)的100％，其中，Vcc(100)＝35V。
促動器控制器130包括電源入口380，該入口連接著出口370，以便接受受控驅動電壓。控制器130包括多個可控電流源320，每個電流源具有一個連接著電源入口380的驅動電壓入口400。可以配備N個電流源，N是一個整數。每個電流源3201、3202……320N均具有一個接地及一個促動器驅動信號出口420。每個促動器驅動信號出口，均連接著促動器100中一個對應通道壁的電極E。
每個電流源320還包括一個電流控制信號所用的入口430。電流控制信號入口連接著數據轉換器440。數據轉換器包括入口450，該入口用於接受要被列印的文字或圖像所表示的列印數據。參看圖1與圖9，配備了多個導電體466，以便使控制器130與數據接口460及電源電路330連接。
數據轉換器440響應在入口450上接受的列印數據，將該列印數據轉換成每個電流源所用的各自分別的電流控制信號。為此目的，數據轉換器440包括與每個電流源320對應的，且因而與促動器中每條通道所用電流控制信號對應的控制信號出口471。
數據轉換器與可控電流源320合作運行，在出口420上產生驅動電流，從而讓發送給促動器每個壁上的驅動信號的波形，使每個壁做受控移動。
每個出口420上的驅動電流的電壓振幅，依電源入口380上的電壓而定。
為了達到控制電壓電平以便補償墨汁粘度對溫度的依賴性這個目的，促動器包括一個溫度傳感器470。溫度傳感器470提供溫度信號，該信號指示出以最佳效果驅動促動器的電源指令。電源電路的電源指令信號入口360，適合於接受來自傳感器470的信號，即傳感器470所發送的指令信號。
根據本發明的一個實施例，發送給入口360的電源指令信號，是由傳感器470將其他性能影響參數連同信號一起發送的。圖10是噴墨列印裝置又一實施例的方框圖。圖10所示實施例與圖9所示實施例不同之處在於，傳感器470連接著一條鑑定電路490，該電路運行是便於依據被感愛的溫度而產生電壓指令信號。鑑定電路490的出口，連接著電源電路350的入口360。
按照本發明的一個實施例，鑑定電路490包括一個入口520，該入口於用接受與性能影響參數有關的其他數據，例如關於促動器效率和/或液體類型的數據。此種數據包括例如限定要被促動器噴射的液體的溫度依賴性這樣的數據。按照一個推薦實施例，鑑定電路490是控制器130的一個組成部分。
與促動器100的性能有關的其他數據，由一條促動器狀態電路530產生。促動器狀態電路530也是控制器130的一個組成部分，它包括一個存儲器，此存儲器用於存儲由促動器各個控制器的協同性能的測量結果所發送的數據。
按照本發明的一個推薦實施例，促動器控制電路130及促動器100被安置在印表機的一個活動閘門上，而數據接口460及驅動電壓控制器350則是印表機的固定部件。那組電導體466是可彎曲的，以便能使其一端連接著固定安裝的電源330，而另一端則連接承載著控制器130及促動器的那塊活動閘門。因此，電源330與控制器及促動器100均有一段間隔。在列印操作期間，由於帶有控制器及促動器100的閘門移動，就使它們之間的分隔距離變化。空間上的分隔導致促動器100的保暖，由於來自可變電壓電源330的熱輻射而降減或消除。
另外，由於控制器130中的電壓降減為最小，使得從該控制器向促動器的熱擴散減少。信號源320被設計得用於電源入口380與出口420之間最小化的電壓降。因此，控制器中減少了的電能損耗，就減少了墨汁促動器中最接近處所產生的熱的量，從而減小了從控制器到促動器之間的熱傳導。
圖11是一幅方框圖，它顯示符合本發明一個實施例，在圖9中所示的兩個可控電流信號源3201與3202。圖11還顯示了兩個電流源3201與3202是如何協同向通道CHk與CHk+1之間的促動器壁，如圖8所示那樣提供推挽驅動信號的。
因此，通常每個促動器壁，均連接著兩個各自分別受控的電流源320k與320k+1。如圖8、9及圖11所示，一個促動器壁被連接得便於接受來自一對電流源320k與320k+1的推挽信號，而其他的壁則接受來自其他幾對電流源，320j與320j+1的推挽信號，其中，k與j均是正載荷子，且j恆不等於k。換言之，第一個促動器壁被連接得接受來自第一對被推挽連接的信號源的驅動信號，而第二個促動器壁則被連接得接受來自第二對被推挽連接的信號源的驅動信號，其中，第一對信號源與第二對信號源不同。
按照本發明，要配備多個電流信號源320，每個此種電流信號源320，均連接著至少一個促動器壁。以此方式，就能使列印質量得到改善。這種有利的效果，是由於對每個壁的偏移的控制，都能通過使輸送給該壁的電流受控制來達到的。在圖9所示實施例中，為每條促動器通道均配備了一個電流源320，且通過一個壁的電流，是由連接著使該壁擴張的那些通道的電流所決定的。
一個電流信號源320，包括一個電流源500，該電流源接受來自驅動電壓入口400的驅動電壓，以及來自控制信號入口430的控制信號。電流源500的出口，連接著一個開關515，該開關用於使驅動器出口420與電流源500的出口連接，或與地線410連接。開關515也受來自控制信號入口430的信號控制。圖11顯示當電流源3201能經由開關5151通過通道CH1與CH2之間的壁，以及經由連往地線的開關5152而驅動電流時，一套開關的設置。
圖12是符合本發明又一實施例的一個可控驅動信號源320的方框圖。發明者們所做的測試已經表明，電壓降的速度，依圖8所示驅動信號的轉換速率而定。為了控制電壓脈衝的轉換速率，該驅動信號源被構造得帶有4個輸出電流源500A、500B、500C、500D。電流源500B所供應的電流是電流源500A所供應的兩倍，電流源550C所供應的電流是電流源500B所供應的兩倍，且電流源500D所供應的電流是電流源500C所供應的兩倍。因此，就獲得1∶2∶4∶8的電流比。一個開關裝置514，它具有開關514A、514B、514C及514D，分別控制著各個電流源500A、500B、500C及500D的啟動。電流源500包括一些輸出裝置，其中，一個輸出裝置的幾何面積，直接與它所能供應的電流成比例，因而就可使轉換速率受控制。按照一個實施例，輸出裝置500A、500B、500C、500D均是集成電路金屬氧化物矽(MOS)電晶體。
激勵板320被推挽連接著。電流源500A、500B、500C、500D的出口連接著一個開關515，該開關用於將驅動器出口420，與電流源500A、500B、500C、500D的出口連接，或與地線410連接。根據一個實施例，在開關515與地線410之間配備了多個電流源(未顯示)，以便能控制在出口420上發送的脈衝信號的負比降。這些電流源，是對應於牽引電流源500A、500B、500C、500D的值的牽引電流源，且這些電流源還受開關裝置514的控制。根據另一個實施例，配備了一個分離開關，用於控制這些牽引電流源。
圖13是一個可控驅動信號源320的實施例略圖。N條促動器通道中的每條通道，均連接著一個非轉換驅動信號源320。促動器載荷，表現為一個串聯於每個相鄰的驅動器出口之間的大電容器及並聯電阻器。這些電容器的電介質，由壁230中的壓電材料(見圖2)形成。為了在第K通道中吸入液體，驅動器320k把出口420k驅向正軌跡，同時相鄰接通道(Ck-1與Ck+1)的出口420k-1與420k+1，則固定在負軌跡上。這樣就使通道Ck各個壁上的兩個電容器負荷。在液滴噴射期間，壁上的電容器被施以反極性接法脈衝，見圖5、7及圖8，使該電容器的負荷極性逆反。而且，這樣就使通道的壁偏移，以便收縮通道(見圖5)。最後，在恢復階段，當壁的電容量被釋放到其初始狀態時，橫跨該壁230的電位就恢復為零。
參看圖13，配置了形成開關515的兩個輸出二級負極-正極-負極(NPN)電晶體540與550。多個金屬氧化物矽(MOS)電晶體，如上所述，形成了電流源500A、500B、500C及500D，用於把出口420驅向正軌跡。以相似方式，幾個NPN電晶體560A、560B、560C及560D起到電流源560的作用，用於把出口420驅向負軌跡。輸出二級NPN電晶體540與550的輸出驅動容量，由金屬氧化物矽電晶體500A、500B、500C、500D及NPN電晶體560A、560B、560C與560D決定。金屬氧化物矽電晶體500和負極-正極-負極電晶體560，限制著用於負極-正極-負極電晶體540與550的可用基極電流，從而當以受控方式開關這些裝置時就決定著轉換速率。輸出狀態由控制信號GA、GB、GC、GD、BA、BB、BC及BD決定，這些信號如上文所述與控制信號出口430上的信號有關。參看圖13與圖12連同其相關說明，一個開關514，即形成為熔性連接存儲器的開關，可配置於出口430與終端GA、GB、GC、GD、BA、BB、BC及BD之間。
權利要求
1.一種液滴沉積裝置包括一個墨汁促動器(100)，它有多個限定著墨汁通道的有間隔的壁，上述壁具有相反的兩側，該相反的兩側配置有電極，這是電極適宜接受電信號以便使上述壁變形從而使上述通道中的墨汁噴射出來；一個控制器(130)，它包括多個用以限定上述電信號的波形的驅動信號源(320)；一個溫度傳感器(470、490)，它產生與所感受的溫度對應的振幅控制信號；一個電源裝置(330)，它用來向控制器(130)提供驅動電壓，該驅動電壓具有電壓振幅(V100)；電源裝置其有用於根據振幅控制信號調節驅動電壓振幅的裝置(350)，上述電源裝置與上述控制器是分開的。
2.根據權利要求1所述的液滴沉積裝置，其特徵在於第一個促動器壁被連接得接受來自第一對被推挽連接的信號源(3201、3202)的驅動信號，而第二個促動器壁則被連接得接受來自第二對被推挽連接的信號源(320N-1、320N)的驅動信號，其中，第二對信號源與第一對信號源不同。
3.根據權利要求1或2所述的液滴沉積裝置，其特徵在於上述信號源(320)是電流源。
4.根據權利要求1、2或3所述的液滴沉積裝置，其特徵在於上述壁是狹長的，以便限定多條基本上平行的且狹長的墨汁通道。
5.根據權利要求1、2、3或4所述的液滴沉積裝置，其特徵在於上述壁的壓電材料，被順著基本上與上述壁的上述兩側平行的且基本上與上述通道的狹長方向垂直的方向被極化。
6.一種液滴沉積裝置包括一個用於噴射墨滴的墨汁促動器(100)；一個用於控制液滴形成的控制器(130)；以及用於向控制器(130)提供驅動電壓的電源裝置，該驅動電壓具有電壓振幅(V100)；控制器(130)具有多個驅動信號源(320)，它們用於限定上述電信號的波形；用於檢測至少一個性能影響數值的裝置(470)；以及用於產生與性能影響數值相應的振幅控制信號的裝置(490)；且特徵在於電源裝置(330)包括裝置(350)，後者用於調節響應振幅控制信號的驅動電壓的振幅，上述電源裝置與上述控制器是分開的。
7.根據權利要求6所述的液滴沉積裝置，其特徵在於檢測裝置包括一個檢測器，它用於產生表示促動器溫度的數值。
8.根據權利要求1至7所述的液滴沉積裝置，其特徵在於促動器(100)安置得更靠近控制器(130)而不是更靠近電源裝置(130)。
9.根據權利要求1至8中任一項權利要求所述的液滴沉積裝置，其特徵在於電源裝置(330)適合於連接電源(340)，上述電源(340)發送具有第一振幅的電壓，上述受控驅動電壓振幅與上述第一振幅偏離從而獲得電壓差，該電壓差大於控制器(130)中電流源(320)的驅動電壓入口(400)與出口(420)之間的電壓降。
10.根據權利要求1至9中任一項權利要求所述的液滴沉積裝置，其特徵在於電源裝置(330)是固定的；以及促動器(100)被配置於一個相對於電源裝置可移動的承載件上。
11.根據權利要求10所述的液滴沉積裝置，包括導體裝置(466)，它適合於把電源出口(370)處所供的可變電壓與活動的促動器控制器(130)相連接，從而使控制器(130)中接近促動器(100)的電壓降，減至最小。
12.一條促動器控制電路包括用於依據性能影響數值而產生電源指令信號的裝置(490)；電源指令信號出口；電源入口(380)，它用於接受具有受控可變電壓電平的電能；以及至少3個可控電流源(320)，它們具有與上述電源入口(380)相連接的驅動電壓入口(400)；以及用於連接促動器的驅動信號出口(420)。
13.一種用於噴墨印表機的可拆卸連接式列印頭裝置，該列印頭裝置(90)包括一條符合權利要求12的促動器控制電路；以及一個墨汁促動器(100)，它有多個限定著墨汁通道的有間隔的壁，上述壁具有相反的兩側，該相反的兩側配置有一些適宜從控制電路接受電信號的電極，以便使上述壁變形從而使上述通道中的墨汁噴射出來。
14.一種用於噴墨印表機的電源裝置，它與符合權利要求12的促動器控制電路合作，該電源裝置(330、350)包括電源指令信號所用的入口(360)；電源出口(370)；用於使電源出口(370)與促動器控制器(130)相連接的裝置(466)，控制器相對於電源裝置是活動的；以及一條電路，它用於控制電源出口上響應電源指令信號的電壓，其中，電源裝置適合於固定連接在噴墨印表機中。
全文摘要
本發明涉及一種液滴沉積裝置,該裝置包括:一個用於噴射墨滴的墨汁促動器(100);一個用於控制墨滴形成的控制器(130);以及用於向控制器(130)提供驅動電壓的電源裝置。驅動電壓具有電壓振幅(V
文檔編號B41J2/055GK1278212SQ988108
公開日2000年12月27日 申請日期1998年10月30日 優先權日1997年10月30日
發明者邁克·德魯斯, 克裡斯特·保斯託姆 申請人:夏爾傑特股份公司