驅動壓電型油墨噴頭的方法
2023-06-05 19:01:21
專利名稱：驅動壓電型油墨噴頭的方法
技術領域：
本發明主要涉及一種利用壓電元件的變形來驅動壓電型油墨噴頭，從而將油墨從噴嘴噴出的方法，更具體地說，涉及一種驅動壓電型油墨噴頭的方法，用來改變噴出的墨滴量。
噴墨印表機應用於印表機，傳真機等設備中。在這些噴墨印表機中，有利用壓電元件的壓電型噴墨印表機。壓電形噴墨印表機利用壓電元件的變形將油墨從噴嘴射出。
在這種類型的噴墨印表機中，要求列印點直徑可變，以反映列印的深淡程度。為此，上述印表機必需能改變噴出的墨滴量。
噴墨方法可分為噴墨後正極驅動吸墨的方法，以及吸墨後負極驅動噴墨的方法。按照負極驅動方法，墨滴散射均勻，變成墨滴的機率大。
圖25A-25D和圖26A-26E是第一種現有技術的示意圖。
d31型是一種當壓電元件在正電壓作用下收縮時可引起較在變形的型號。在這種型號中，壓電元件在電場方向的垂直方向上變形。在這種d31型中，當圖25A虛線所示的電壓作用在壓電元件上時，吸墨後就進行噴墨過程。
圖26A-26E是噴嘴的放大圖。在噴嘴1處形成彎液面10。這裡，彎液面的速度矢量以「V」表示。
圖26A表示壓電元件位於初始狀態的噴嘴1和彎液面10的狀態。彎液面10的表面張力與壓腔內平衡，彎液面10就存在於噴嘴口附近。
圖26B表示由於壓電元件收縮使得壓腔擴大，從而使壓腔內負壓增大時彎液面10的狀態。也就是說，它表明圖25A虛線所示的帶正斜率的正電壓作用時的情形。壓腔內的負壓比彎液面10的表面張力大，因而彎液面10就向壓腔方向後退。
圖26C是由於油墨從供墨裝置中流入量足以降低壓腔內的負壓、因而壓腔內的負壓降低、彎液面10逐漸停止運動時的位置。此時，彎液面10被推到壓腔附近。
圖26D是壓電元件突然向使壓腔縮小的方向膨張時彎液面10的位置。也就是說，它表示圖25A虛線所示的帶負斜率的電壓作用時的情形。由於壓腔內的正壓及彎液面的表面張力的作用，彎液面10產生層流，並具有朝向噴嘴口的較大的速度。因此，變液面10就快速向噴嘴口移動。
圖26E表示壓電元件膨脹停止時彎液面10的狀態。由於油墨流入到供墨裝置及噴嘴1內，壓腔內的壓力變成較大的負壓。於是，噴嘴1的油墨突然減速。但是，噴嘴外的墨液速度足以散射出去，因而克服噴嘴1中油墨產生的表面張力，變成墨滴。然後，由於表面張力的作用，速度不足的油墨被迫退回到噴嘴1中。
上述的狀態不斷重複，即形成墨滴，然後射出。
控制墨滴量的第一種現有技術的方法是減小加在壓電元件上的電壓幅值至V2，如圖25A實線所示。因此就可減小墨滴量。圖25B至25D表示噴嘴1和彎液面10噴射小墨滴時的狀態。
圖25B表示開始吸墨時的狀態。彎液面10正向壓腔運動。
圖25C表示吸完墨開始噴射時噴嘴1和彎液面10的狀態。因為加在壓電元件上的電壓幅值降低，彎液面後退量較圖26C小。
圖25D表示墨液變成墨滴時噴嘴1和彎液面10的狀態。因為彎液面10的後退量減小，墨滴也就減小。
第二種現有技術中控制墨滴量的方法將結合圖27A至27D予以說明。
按照第二種方法，是通過改變彎液面後退速度來減小墨滴量。利用這種方法，噴射速度是可控的。更具體地說，如圖27A實線所示，壓電元件的驅動電壓保持不變，而驅動電壓的上升斜率變陡。斜率越陡，墨滴的滴量就越小。產生正常墨滴量的驅動波形如圖25A虛線所示。
圖27B表示開始吸墨時噴嘴1和彎液面10的狀態。此時，快速吸墨，使得彎液面10向壓腔方向的速度比噴射正常墨滴量時要大(如圖27A虛線所示)。這樣，彎液面10就被迫向壓腔附近移動。
圖27C表示吸完墨後開始噴墨時噴嘴1和彎液面10的狀態。隨著油墨的吸入，彎液面10在噴嘴1內向壓腔附近後退，於是油墨就被充分加速。
圖27D表示墨液變成墨滴時噴嘴1和彎液面10的狀態。具備足夠大速度的墨液變成墨滴，然後射出。
第三種現有技術中控制墨滴量的方法將結合圖28A至28D予以說明。
根據第三種方法，如圖28A實線所示，驅動電壓減至V2，與第一種現有技術方法中相同，吸墨時彎液面的後退量降低。與此同時，噴墨時電壓變化速度更高，防止噴墨時彎液面速度降低。
圖28B表示開始吸墨時噴嘴和彎液面的狀態。圖28C表示吸完墨後噴嘴和彎液面的狀態。壓力幅值降低，因此彎液面10沒有退到壓腔附近。於是，如上所述，將油墨快速射出。此時，將接近噴嘴口附近的油墨射出，而沒有獲得足夠的速度。但是，這些油墨與後面的被充分加速的油墨混合，變成墨滴，墨滴從整體上達到所要求的速度。
圖28D表示墨液變成墨滴時，噴嘴和彎液面的狀態。被充分加速後的墨液變成墨滴，並散射出去。
第三種方法是為了補償由於彎液面後退量減小而引起速度的降低。
然而，在第一種現有技術的方法中存在以下問題。
在噴嘴中，墨液被壓腔中的正壓力所驅動並被加速。但是，一旦油墨射出噴嘴口，墨液就不會被加速得更高。因此，採用這種方法時，如果彎液面10的後退量降低，在噴嘴口附近內噴嘴口處的一些油墨從噴嘴口射出而沒有被充分加速。
因此，墨液沒有達到設定速度就不再被加速。然後，沒有被加速的墨液與後面的被充分加速的墨液混合。層流狀態消失，墨滴的速度矢量的方向被打亂。這就導致散射穩定性下降。與此相關，墨液混合損失了動能，墨滴的平均速度就降低。導致列印圖像紊亂。
而第二種現有技術的方法存在如下問題。
當彎液面10突然後退時，壓腔內壓力變為正壓，如圖27D所示，於是在噴嘴徑向的速度分布被打亂，導致墨滴的散布方向紊亂，於是，在圖27A所示的驅動波形中，時間Trb不能被壓縮得太短，這樣，墨滴量的變化幅度不能太大。
而第三種現有技術的方法存在如下問題。
(1)正如在第一種現有技術的方法中，因為彎液面後退量降低，所以墨滴的散射方向紊亂。
(2)增加墨滴的滴量變化幅度，需要噴射時彎液面的速度能快速增加。即便噴射時彎液面的速度能快速增加，但是噴射時彎液面的速度受到壓電元件的固有頻率的限制。於是，墨滴滴量的變化幅度不能太大。
(3)如果噴射時彎液面的速度迅速增加，壓電元件的超調量增大，並且產生大量伴隨的墨滴。導致列印質量下降，所以墨滴量的變化幅度不能太大。
本發明的主要目的是提供一種驅動壓電型油墨噴頭的方法，通過它，墨滴量的變化幅度可以加大。
本發明的另一個目的是提供一種驅動壓電型油墨噴頭的方法，通過它，墨滴量變化幅度可增大，並能防止墨滴速度減小。
本發明還有一個目的是提供一種驅動壓電型油墨噴頭的方法，通過它，墨滴量的變化幅度可以增大，並能防止墨滴的散射紊亂。
本發明提供了一種驅動壓電型油墨噴頭的方法，壓電型油墨噴頭包括貯存油墨的壓腔，從壓腔中噴出墨滴的噴嘴，和一個壓電元件，用於給壓腔提供噴射墨滴以及改變所噴出墨滴量的壓力。驅動方法包括第一步驅動壓電元件使得油墨彎液面從噴嘴的初始位置後退到噴嘴內的第一位置；第二步驅動壓電元件使得彎液面迅速從第一位置前進到噴嘴內的第二位置；第三步驅動壓電元件使得彎液面從第二位置緩慢前移到初始位置。
根據本發明，吸墨時彎液面的移動量是固定的。然後，通過控制噴墨時彎液面快速向噴嘴口移動的移動量，來改變墨滴量。
根據本發明，吸墨時彎液面的移動量是固定的，於是就易於防止數射紊亂和速度降低。這是從改變彎液面吸墨量的現有技術中得知的。再者，噴墨時彎液面快速向噴嘴口的移動量是可控制的，因此與現有技術不同，它不要求急速的電壓變化。於是，墨滴量的變化幅度就可以增大。
本發明的其他特徵和優點通過下面結合附圖的說明將更顯而易見。
附圖作為說明書的組成部分，描述了本發明的最佳實施例，結合以上的概要敘述以及下面對最佳實施例的詳細說明，附圖起到解釋發明原理的作用。
圖1是本發明第一個實施例的示意圖；圖2是用於本發明的油墨噴頭的結構圖；圖3A、3B、3C和3D是本發明第一個實施例的運作過程示意圖；圖4是本發明第一個實施例的特性圖；圖5A、5B和5C是本發明第二個實施例的示意圖；圖6是圖5A、5B和5C所示的第二個實施例的特性表；圖7是本發明第三個實施例的示意圖；圖8A、8B、8C、3D和8E是本發明第三個實施例的運作過程示意圖；圖9是本發明第四個實施例的示意圖10A、10B、10C、10D和10E是本發明第四個實施例的運作過程示意圖；圖11是本發明油墨噴頭的另一種結構圖；圖12是本發明第五個實施例的示意圖；圖13是本發明驅動電路的電路示意圖；圖14是圖13所示驅動電路的時序圖；圖15是本發明另一個驅動電路的電路示意圖；圖16是本發明溫度與油墨粘度的關係示意圖；圖17是本發明溫度與壓電位移量的關係示意圖；圖18是本發明溫度補償時的波形示意圖；圖19是本發明溫度與噴墨量的關係示意圖；圖20是本發明的噴頭結構示意圖；圖21是本發明噴頭驅動電路結構示意圖；圖22是本發明列印系統結構示意圖；圖23A和23B是本發明紙張與列印效果的關係示意圖；圖24是本發明的另一個列印系統的結構示意圖；圖25A、25B、25C和25D是第一個現有技術的示意圖(第1部分)；圖26A、26B、26C、26D和26E是第一個現有技術的示意圖(第2部分)；圖27A、27B、27C和27D是第二個現有技術的示意圖；圖28A、28B、28C和28D是第三個現有技術的示意圖。
圖1是本發明第一個實施例的示意圖。圖2是油墨噴頭的結構示意圖。圖3A至3D是本發明第一個實施例的運作過程示意圖。
首先參見圖2來說明油墨噴頭的結構。噴嘴1噴出油墨。噴嘴板2形成噴嘴1並構成壓腔6的壁。噴嘴板2與壓板4之間是彈性元件3。它具有彈性。壓板4將壓電元件5產生的力傳遞到壓腔6上。壓電元件5靠在壓板4上，用電壓使其位移。壓腔6對油墨加壓。壓腔6與噴嘴1相連通並與油墨箱相連。
正電壓作用時，壓電元件5收縮，按d31型變化。然後，用相反極性驅動壓電元件5。
其次，參見圖1、圖3A至3D，來介紹第一個實施例。
圖1表示壓電元件5的驅動波形。圖1中的虛線表示噴射正常量墨滴時的驅動波形。圖1中的實線表示噴射量相對較小的墨滴時的驅動波形。圖3A至3D是在圖1實線所示波形作用下的運作過程示意圖。
圖3A表示彎液面從初始位置開始向壓腔移動時噴嘴和彎液面的狀態。此時，如圖1所示，第一種帶正斜率的驅動電壓加在壓電元件5上。在這種電壓作用下，壓電元件5收縮，因而壓腔6內產生負壓。彎液面從初始位置向壓腔後移。
圖3B表示壓電元件5剛剛從收縮變為膨脹後彎液面開始快速向噴嘴口移動時噴嘴和彎液面的狀態。更具體地說，如圖1所示，第一種帶正斜率的驅動電壓作用在壓電元件5上一段時間t1後，接著施加第二種帶負陡斜率的驅動電壓。經過上述時間段t1後，帶正斜率的驅動電壓達到驅動電壓值V5。帶正斜率的驅動電壓的最大值與圖中虛線所示噴射正常墨滴時的相同。因而，彎液面後退到噴嘴1內的第一個設定位置。後退量與噴射正常量墨滴時的相同。
接著，在第二種帶負斜率的驅動電壓作用下，壓電元件5轉為膨脹，因而彎液面快速向噴嘴1口處移動。
圖3C表示彎液面剛剛達到噴嘴內的第二位置後突然降低壓電元件5的膨脹速度時噴嘴和彎液面的狀態。更具體地說，如圖1所示，將第二種帶負的陡斜率的驅動電壓加在壓電元件5上一段時間t2。第二種驅動電壓的電壓差是V4。然後，經過時間t2後，電壓轉變為第三種帶負的平緩斜率的驅動電壓。於是壓電元件5的膨脹速率突然降低。
在這種情況下，存在於噴嘴1內彎液面邊緣的少量油墨被充分加速。接著，噴嘴1內後面的墨液呈快速減速狀態。於是，彎液面附近的墨液開始變為墨滴。
圖3D表示壓電元件5停止膨脹時噴嘴和彎液面的狀態。更具體地說，它是在第三種驅動電壓作用時間t4後的狀態。在這種狀態中，充分加速後的少量墨液擺脫表面張力形成墨滴。而且，由於油墨流入到油墨供應裝置和噴嘴後壓腔6內呈負壓，因而噴嘴1內的油墨被迫暫時沿噴嘴向後移動。然後在表面張力作用下，油墨又返回到噴嘴口附近。
這樣，改變墨滴量時，油墨後退量的變化是不允許的。於是，墨液在噴嘴內被充分加速。因而，從開始突然膨脹到壓電元件5的膨脹速度突然降低之前，通過改變電壓差V4就能改變從第一位置到第二位置的移動量。於是墨滴就形成了，其數量與移動量有關。
從開始突然膨脹到壓電元件5的膨脹速度突然下降之前，也可通過改變時間段t2來補償速度，例如，改變快速膨脹時電壓的斜率。
圖4是本發明第一個實施例的特性圖。
圖4表示改變上述電壓差V4時墨滴量的變化。噴射具有正常墨滴尺寸的墨滴時，測試使用一種噴頭，此時吸墨時間t1o 80μs，噴墨時間t3為8μs，電壓幅值V5設置為45V(如圖1虛線所示)。此時噴頭噴射墨滴為55pl。當使用這種噴頭，改變電壓差V4時，墨滴量降為7pl。
這樣，墨滴量變化幅度加大，速度的波動可限制在10％或更低。
圖5A、5B和5C是本發明第二個實施例的示意圖。圖6是與圖5A至5C有關的特性表。
如圖6所示，相應產生的墨滴量設置1-4級。第1級的驅動波形如圖5A至5C的虛線所示。在這種驅動波形中，電壓幅值V5是43.5V，吸墨時間t1為80μs，噴墨時間t2為6μs，壓差V4/V5為1.0。這設置為正常墨滴尺寸的墨滴量，其數量為56pl。
第2級的驅動波形如圖5A的實線所示。在這種驅動波形中，電壓幅值V5為43.5V，吸墨時間t1為70μs，噴墨時間t2為3μs，壓差V4/V5為0.7，恢復時間t4為22μs。這時墨滴量為31pl。
第3級的驅動波形如圖5B的實線所示。在這種驅動波形中，電壓幅值V5為43.5V，吸墨時間t1為60μs，噴墨時間t2為1μs，壓差V4/V5為0.5，恢復時間t4為24μs，此時墨滴量為12pl。
第4級的驅動波形如圖5C的實線所示。在這種驅動波形中，壓差V5為43.5V，吸墨時間t1為50μs，噴墨時間t2為1μs，壓差V4/V5為0.46，恢復時間t4為24μs。此時墨滴量為5pl。
這樣，在這種噴頭中墨滴量最大值為56pl，墨滴量可以改變至最小值5pl。而且，吸墨時間可稍稍改變，以改變吸墨速度。由於這種變化，墨滴量變化範圍可大大加寬。另外，噴墨速度可通過改變噴墨時間t2來補償。噴墨速度因而大致恆定。
圖7是本發明第三個實施例的示意圖。圖8A至8E是本發明第三個實施例的運作過程示意圖。
圖7中虛線表示噴射正常量墨滴時的驅動波形。圖7中實線表示噴射較小量墨滴時的驅動波形。圖8A至8B是噴射小量墨滴時的運作過程示意圖。
圖8A表示彎液面開始從初始位置向壓腔移動時噴嘴和彎液面的狀態。此時，如圖7所示，第一種帶有正斜率的驅動電壓加在壓電元件5上。在這種電壓作用下，壓電元件5收縮，因而在壓腔6內產生負壓，於是彎液面從初始位置向壓腔方向後退。
圖8B表示壓電元件5剛剛從收縮轉為膨脹後彎液面開始快速向噴嘴1口處移動時噴嘴和彎液面的狀態。更具體地說，如圖7所示，第一種帶正斜率的驅動電壓作用在壓電元件5上一段時間t1，結果是，彎液面後退到噴嘴1內第一設定位置處。因此，後退量與噴射正常墨滴時相同。
此時，墨液仍具有向壓腔移動的殘餘速度。如果立即轉為噴墨過程，相對於所需速度而言，必定存在對噴墨無益的能量。於是，如圖7所示，在向壓腔移動完成後，停止運動一固定時間段(t5-t2)，直至墨液的速度消失而不會轉到下一階段。
如圖8C所示，在第二種帶負斜率的驅動電壓作用下，壓電元件5轉為膨脹。於是彎液面快速向噴嘴1口處移動。
當彎液面達到噴嘴內第二位置時，壓電元件5的膨脹速度突然減小。圖8D表示此時噴嘴和彎液面的狀態。更具體地講，如圖7所示，將第二種具有負的陡斜率的驅動電壓加在壓電元件5上一段時間t2。這裡產生的壓差為V4。然後，經過時間t2之後，電壓轉變為第三種帶負的平緩斜率的驅動電壓。於是壓電元件5膨脹速度突然降低。
在這種情況下，存在於噴嘴1內彎液面邊緣的少量油墨被充分加速，這時噴嘴1內後面的油墨呈突然減速狀態。於是，彎液面附近的墨液開始變成墨滴。
圖8E表示壓電元件5停止膨脹時噴嘴和彎液面的狀態。更具體地講，它是第三種驅動電壓作用時間段t4後的狀態。在這種狀態下，充分加速的少量墨液擺脫表面張力，成為墨滴。而且，由於油墨流入供墨裝置和噴嘴1內使壓腔6內呈負壓，因而噴嘴1內的油墨被迫暫時沿噴嘴向後移動。然後，由於表面張力作用，油墨返回到噴嘴口附近。
在第三個實施例中，當改變墨滴量時，油墨後退量的變化是不允許的，因而墨液在噴嘴內就能被充分加速。這樣，從開始突然膨脹到壓電元件5的膨脹速度突然降低之前，通過改變壓差V4來改變從第一位置到第二位置的移動量。因而，墨滴就形成了，其數量與移動量有關。
從開始突然膨脹到壓電元件5膨脹速度突然降低之前，改變時間t2也可以補償速度，例如，改變快速膨脹時電壓的斜率。
而且在噴墨之前存在一個吸收墨液速度的過程，因而油墨噴射能量利用效率高。
圖9是本發明第四個實施例的示意圖。圖10A至10E是本發明第四個實施例運作過程示意圖。
圖9的虛線表示噴射正常量墨滴時的驅動波形。圖9的實線代表噴射較小量墨滴時的驅動波形。圖10A至10E是噴射較小墨滴量時的運作過程示意圖。
圖10A表示彎液面從初始位置開始向壓腔移動時噴嘴和彎液面的狀態。這時，如圖9所示，第一種帶正斜率的驅動電壓作用在壓電元件5上。在這種電壓作用下，壓電元件5收縮，因而在壓腔6內產生負壓。於是彎液面從初始位置向壓腔後退。
圖10B表示壓電元件5剛剛從收縮轉為膨脹後彎液面開始快速向噴嘴1口處移動時噴嘴和彎液面的狀態。更具體地講，如圖9所示，第一種帶正斜率的驅動電壓加在壓電元件5上一段時間t1。結果是，彎液面後退到噴嘴1內第一個設定位置。後退量與噴射正常量墨滴時的相同。
當第二種帶負斜率的驅動電壓作用時，壓電元件5轉為膨脹。於是彎液面快速向噴嘴1口處移動。
當彎液面到達噴嘴內第二位置時，壓電元件5的膨脹速度突然降低。圖10C表示此時噴嘴和彎液面的狀態。更具體地講，如圖9所示，第二種帶負的陡斜率的驅動電壓作用在壓電元件5上一段時間t2，產生的壓差為V4。
在這種情況下，噴嘴1內存在於彎液面邊緣的少量油墨被充分加速。然後，噴嘴1內後面的墨液呈突然減速狀態。於是，彎液面附近的墨液開始變成墨滴。
墨液開始變成墨滴時，彎液面停止運動。圖10D表示此時噴嘴和彎液面的狀態。因此，通過暫時使彎液面停止運動，就易於防止具有充分動能的墨液與不具備足夠動能的墨液混合。由於這種措施，就可能防止墨滴速度降低及墨滴量增加。
然後經過時間t5之後，電壓轉變為第三種帶負的平緩斜率的驅動電壓。於是壓電元件5的膨脹速度減弱。
圖10E表示彎液面低速返回到初始位置時噴嘴和彎液面的狀態。在這種狀況下，被充分加速的少量墨液擺脫表面張力變成墨滴。而且，由於油墨流入到供墨裝置和噴嘴1內而使壓腔6內產生負壓，因而噴嘴1內的油墨被迫暫時向噴嘴內移動。然後，由於表面張力作用，油墨返回到噴嘴口附近。
同樣在第四個實施例中，改變墨滴量時，不允許改變油墨後退量，因而墨液在噴嘴內被充分加速。這樣，從開始突然膨脹到壓電元件5的膨脹速度突然降低之前，通過改變電壓差V4就可改變從第一位置到第二位置的移動量。於是，墨滴就產生了，其數量與移動量有關。
從開始突然膨脹到壓電元件5的膨脹速度突然降低之前，通過改變時間t2也可以補償速度，例如改變快速膨脹時電壓斜率。
而且，在噴墨過程中使彎液面暫時停止運動，因而就易於防止具備充分動能的墨液與不具備充分動能的墨液混合。由於這種措施，就可能防止墨滴的速度降低，也能防止墨滴量增加。因此，就能產生較小量的墨滴，能在較大範圍內控制墨滴量。
圖11是油墨噴頭的另一種結構圖。圖12是本發明第四個實施例的示意圖。
如圖11所示，噴嘴板2構成噴嘴1。壁件11構成壓腔6的壁。壓電元件7構成壓腔6的壁。壓電元件7在兩面分別帶有電極8a、8b。
壓電元件7採用d33型，在電壓作用下壓電元件7膨脹。因為壓電元件7構成壓腔6的部分壁，所以噴頭製造費用顯著降低。
圖12表示圖1所示的第一個實施例作用在d33型噴頭時的驅動波形。也就說，在初始位置處加電壓V5。在此作用下，如圖11的虛線所示，壓電元件7膨脹，壓腔6縮小。
噴墨時，驅動電壓向0V降低。因而壓電元件7收縮足以在壓腔6內產生負壓。於是油墨吸入到噴嘴1內。當驅動電壓變為0V時，壓電元件7膨脹。接著，以陡的斜率提高驅動電壓至正電壓V4。
達到V4後，又以平緩斜率提高驅動電壓至V5。
在這個實施例中，與第一個實施例相同，實現了圖3A至3D的運作過程。這個實施例也與第一個實施例具有相同的運作效果。而且，第三和第四個實施例也可適用。
圖13是本發明一個驅動電路實施例的示意圖。圖14是時序圖。按照此實施例，通過改變每個噴嘴上施加的電壓來反映點的深淺程度。
參見圖13，ROM20存貯用於產生深淺程度驅動波形的數據。數模(D/A)轉換器30-32將ROM給定的驅動數據轉換成模擬量。積分電路33-35將D/A轉換器30-32的輸出量積分。放大電路36-38將積分電路33-35的輸出量放大。
列印波形發生單元21-23產生彼此不同的驅動波形，它由D/A轉換器30-32、積分電路33-35和放大電路36-38組成。
在各噴嘴上都帶有壓電元件51-5n，用以驅動壓腔。在各壓電元件51-5n上裝有開關電路61-6n，根據驅動波形選擇單元24的選擇信號，選擇列印波形發生單元21-23產生的驅動波形，將其加在壓電元件51-5n上。
驅動波形選擇單元24由解碼器40，移位寄存器41和寄存器42組成。解碼器40將二位深淺程度數據信號，它代表從圖中未顯示的列印控制單元傳來的每個點深淺程度數值，轉化為並行的三位解碼信號。移位寄存器41由3n位移位寄存器組成，根據各點產生的採樣時鐘信號來接收解碼信號。寄存器42由3n位移位寄存器組成，數據每n個點產生的鎖存時鐘信號來鎖存移位寄存器41的內容。
下面解釋運作過程。在未顯示的列印控制單元的控制下，ROM20將三種m位驅動波形發生數據輸出到三個列印波形發生單元21-23上。列印波形發生單元21-23內的D/A轉換器30-32產生與數據信號相應的電壓值。接著，積分電路33-35將產生的電壓積分，輸出驅動波形。驅動波形取決於D/A轉換器30-32中時間和電壓值，以及積分電路33-35的積分常量。積分電路33-35的輸出值被放大電路36-38放大，輸出到開關電路61-6n上。
另一方面，代表所噴射各點深淺程度數值的二進位數據信號被輸入到解碼器40上，將其轉換成三位解碼信號。這些信號的各位與開關電路61-6n的開關相對應。因此，根據深淺程度數據信號輸出3位解碼信號，使得3位中1位固定為「通」，或所有的位均是「斷」。
這些三位解碼信號根據採樣時鐘信號依次進入到移位寄存器41內。當所有壓電元件51-5n的信號進入到移位寄存器41內，移位寄存器41的內容根據鎖存時鐘信號寄存到寄存器42內。因而，移位寄存器41處於等待輸入下一個列印信號的狀態。
寄存器42內存貯的信號輸出到與壓電元件51-5n相連的開關電路61-6n上。在開關電路61-6n中，根據這些信號，三個開關中的一個為「通」，或所有開關均呈「斷」狀。
因此，壓電元件51-5n可以處於下列狀態不列印時不需施加波形，或施加由列印波形發生單元21-23產生的噴射高密點，正常密度點或低密度點的區動波形。
參見圖14作出進一步的解釋。深淺程度數據信號被定義為二位信號，具有值「0」-「3」。接著，將這些信號的每一個傳送到壓電元件51-5n上。這些信號代表下次噴墨時壓電元件51-5n噴射的油墨密度。例如，如果深淺程度數據信號是二位信號，這代表四種類型如「不印刷」、「高密度」、「正常密度」和「低密度」。
解碼器40將深淺程度數據信號轉換成三位解碼信號。根據採樣時鐘信號，將轉換的深淺程度數據信號採入到移位寄存器41內。所有的深淺程度數據信號採入到移位寄存器41後，根據鎖存信號，移位寄存器41的內容複製到寄存器42上。寄存器42的信號可選擇開關電路61-6n的開關狀態。
ROM20將相應於「高密度」、「正常密度」和「低密度」的驅動數據輸出到列印波形發生單元21-23上。此時輸出的改變波形電壓的信號從D/A轉換器30-32輸出端輸出。轉換速度取決於D/A轉換器30-32輸出的電壓值。而且，提高輸出電壓的時間也取決於D/A轉換器30-32的信號輸出時間寬度。
圖14表示將上述的第二和第三個實施例的驅動波形結合起來的驅動波形。時間t6設為「0」時，它代表第三個實施例的驅動波形。時間t7設為「0」時，它表示第二個實施例的驅動波形。如果時間t6和t7均為零，它表示第一個實施例的驅動波形。
因而，列印波形發生單元21-23產生三種深淺程度的驅動波形。因此，根據與深淺程度數據信號選擇與壓電元件51-5n相連的開關電路61-6n。將代表深淺程度數據信號的驅動波形加在壓電元件51-5n上。於是，由於壓電元件51-5n的驅動就會噴出墨滴，其量與深淺程度相適應。
圖15是本發明實施例的另一個驅動電路的電路圖。如圖15所示，與圖13相同的部件標以同樣的數字。在本實施例中，唯一的列印波形發生單元21產生驅動波形以噴出具有一定深淺程度的墨滴。列印波形發生單元21將驅動波形轉換為與時間有關的深淺程度數值，並將其輸出，這樣就形成了點的深淺程度。
開關電路6-1至6-n與壓電元件51-5n相對應，決定是否將驅動電壓加在壓電元件51-5n上。在未顯示出的列印控制單元的控制下，ROM20依次將三種m位驅動波形發生數據輸出到唯一的列印波形發生單元21上。在這種列印波形發生單元21中，D/A轉換器30產生與數據信號相對應的電壓。接著，積分電路33將產生的電壓積分，輸出驅動波形。驅動波形取決於D/A轉換器的時間和電壓值，以及積分電路33的積分常量。積分電路輸出量33被放大電路36放大，並將其輸出到每個壓電元件51-5n上。
另一方面，代表每個噴嘴噴墨通/斷狀態的1位列印選擇信號根據採樣時鐘信號依次傳送到移位寄存器41上。當所有的壓電元件51-5n的信號傳送到移位寄存器41時，移位寄存器41的內容根據鎖存時鐘信號寄存到寄存器42內。於是，移位寄存器41處於等待輸出下一個列印信號的狀態。
將寄存器42寄存的信號輸出到與壓電元件51-5n相連的開關6-1至6-n上。這些信號控制6-1至6n通或斷。
因此，壓電元件會出現以下狀態不列印時不需施加驅動波形，或施加列印波形發生器21產生的驅動波形。驅動波形依次為噴射高密度點、正常密度點和低密度點的波形。
ROM20依次將與「高密度」、「正常密度」和「低密度」相應的驅動數據輸出到列印波形發生單元21內，因而驅動波形隨深淺程度而變化。在每種深淺程度的驅動波形中，列印選擇信號置為通/斷狀態，將相應於特點深淺程度的驅動信號作用在特定的壓電元件51-5n上。於是在壓電元件51-5n驅動下，將代表特定深淺程度的墨滴從噴嘴射出。
接著，將介紹周圍溫度與油墨噴射量間的關係。
圖16是溫度與油墨粘度之間的關係圖。圖17是溫度和壓電元件位移量之間的關係圖。圖18是溫度補償時的驅動波形圖。圖19是溫度與油墨噴射量之間的關係圖。圖20是本發明噴頭的結構圖。圖21是本發明的噴頭驅動電路的結構圖。
如圖16所示的溫度與油墨粘度之間的關係。隨著溫度升高，油墨粘度降低。而且，如圖17所示，根據溫度與壓電位移量之間關係，隨著溫度升高，壓電件位移量變大。
因此，如圖19虛線所示，在較高溫度時，油墨噴射量變大。也就是說，低溫時壓電元件的位移量小，油墨粘度增加，導致油墨噴射量降低。於是列印密度降低。反之，高溫時壓電元件的位移量升高，油墨粘度降低，導致油墨噴射量增加。因此列印密度增加。
防止油墨噴量隨溫度變化涉及到隨溫度改變驅動信號。這就需要準備與溫度有關的各項驅動數據。與溫度有關的各項驅動數據的準備費時，而且，ROM20也需要有一定的存貯空間。
為避免這點，按照本實施例，沒有隨驅動數據而改變驅動幅度，如圖18所示。更具體地講，如圖18所示，低溫時提高驅動信號的幅值，而高溫時降低驅動信號的幅值。
由於這種調整，如圖19實線所示，油墨噴射量恆定，而與噴頭的溫度無關。
圖20和圖21表示實現這種無需改變驅動數據的方法。如圖20所示，油墨噴頭13有四個噴嘴單元12，並列設置。這種噴頭13的列印面板14上裝有測溫裝置15。由熱敏電阻構成的測溫裝置15安裝在噴頭13附近，用來測定噴頭13的溫度。
如圖21所示，噴頭驅動電路由參考電壓發生電路46、幅值電壓發生電路46、驅動波形發生電路39和放大電路36組成。參考電壓發生電路46為電壓幅值發生電路45提供參考電壓Vr。
幅值電壓發生電路45由乘法型數模(D/A)轉換器組成。代表幅值電壓的幅值數據Dg輸入到幅值電壓發生電路45中，它就產生一個幅值電壓Vg，其大小與幅值數據Dg相應。
由未顯示出的列印控制電踐來給定幅值數據Dg。列印控制電路通過測溫裝置15的測定值來決定幅值數據Dg，將它輸出到幅值電壓發生電路45上，如圖18所示，列印控制電路根據測溫裝置15測定的溫度來調整幅值數據Dg。例如，低溫時提高幅值，高溫時降低幅值。
驅動波形發生裝置39由乘法型數/模(D/A)轉換器及積分電路組成，如圖13所示。這樣，乘法型D/A轉換器完成驅動數據(波形數據)Dw的D/A轉換，此時幅值電壓發生電路45的幅值電壓起到參考電壓的作用。如圖13所示，將驅動數據Dw從ROM20中輸出。
這種乘法型D/A轉換器的輸出量由積分電路積分，產生驅動信號Vw。接著，放大電路36將驅動信號Vw放大，並將輸出信號Vout輸出到壓電元件上。
這樣，不改變驅動數據(波形數據)，而只改變驅動信號的幅值。於是，不需要各種與溫度有關的驅動數據。因此，既不需要準備各種與溫度有關的驅動數據，也不需要增大ROM20的容量。
如果在列印一頁時，對因溫度而產生的油墨噴量進行了修正，那麼就導致一頁中列印密度可能改變。因此，就需要頁間修正。
下面就如何控制油墨噴量適應紙張類型作一說明。
列印介質與油墨間的親合力應對二者都是合適的。於是，油墨注入量因油墨和列印介質的種類而改變。因此，用於本設備的油墨和列印介質要有所限制，避免油墨注入量發生變化。
但是仍需要使用各種列印介質。因此，在限定的列印介質之外，列印質量降低不可避免。特別是在再生紙上列印時，沿紙的纖維易出現汙跡。而在塗層紙上列印時，是否容易出現汙跡取決於與油墨的兼容性。
在這種情況下，通過改變與所使用的紙張相應的油墨噴射量來獲得理想的列印效果。
圖22是本發明列印系統結構的方塊圖。圖23A和23B分別是紙張和列印效果的關係圖。
列印設備7帶有圖像存儲器71。在當典型的記錄紙上列印時，將列印字樣存在圖像存儲器71內。如圖23A所示，已備好一個列印字樣，即通過調整油墨量為「大」、「中」、和「小」將楷體「odoroku」(字面意思是「驚」)列印在再生紙上。如圖23B所示，已準備了一個列印字樣，即通過調整油墨量「大」「中」「小」將楷體「odoroku」印在塗層紙上。
於是，這些列印字樣就儲存在圖像存儲器71內。
操作板72由選擇記錄紙類型的開關、用來顯示選擇的記錄紙列印字樣的顯示單元(如液晶板)、以及選擇油墨噴射量的開關，用來從顯示器上選擇合適的圖像質量。
列印數據處理單元70處理由主機80傳送來的列印數據。例如，列印數據處理70將列印數據轉換為圖像數據，油墨噴射量計算單元73計算出與由操作板72設定的油墨噴射量相應的油墨噴射量控制數據。噴頭控制單元74根據噴射量控制數據而產生上述驅動波形，並根據列印數據來控制印表機列印單元75。印表機列印單元75即為上述的油墨噴頭。
下面介紹運作過程。根據來自主機80的輸入指令，列印數據處理單元70產生要列印的全部或部分圖像。油墨噴射量計算單元計算出與此圖像相應的油墨噴射量。噴頭控制單元74產生出與油墨噴射量相應的驅動波形，通過控制印表機列印單元75來進行列印。
在這種情況下，操作者從操作板72輸入所用紙的類型。所輸入的紙張類型的列印字樣從圖像存儲器71中讀出。將列印字樣顯示在操作板72的顯示單元上。例如，如果紙張設定為再生紙，對於再生紙油墨量為「小」、「中」和「大」時，顯示出三種列印字樣，如圖23A所示。再者，如果紙張為塗層紙時，對於塗層紙油墨量為「小」、「中」和「大」時顯示出三種列印字樣，如圖23B所示。
看到顯示內容後，操作者可選擇最佳的圖像質量。然後通過損傷板72的開關，輸入「大」「中」「小」量油墨中的一種。油墨噴射量計算單元73根據選擇的油墨量計算出油墨噴射量，控制噴頭控制單元74。
參見圖23A和23B，對噴墨記錄紙設置為「中」量油墨。從圖23A和23B可以看出，在設置為「中」量油墨時髮絲和汙跡很明顯。就能意識到將油墨量調為「小」就能提高圖像質量。
因此，相應於記錄紙類型要獲得最佳圖像質量的列印效果是容易的。用於噴墨印表機的記錄紙各類可增多。而且，在列印前就可顯示圖像質量，因此不需要列印實驗。因而就避免記錄紙和油墨浪費。
接著介紹另外一種可以根據所用紙張來改變油墨噴射量從而獲得最佳列印效果的列印系統。
圖24是本發明另一個列印系統的結構圖。
主機80帶有圖像存儲器71，它由ROM或硬碟組成。將在典型記錄紙上列印的列印字樣存儲在圖像存儲器71內。例如，如圖23A所示，已備有油墨量設置為「大」、「中」和「小」時在再生紙上列印的列印字樣。如圖23B所示，就備有在油墨量設置為「大」、「中」和「小」時在塗層紙上列印的列印字樣。
操作板82包括選擇記錄紙類型的開關、用來顯示所選記錄紙的列印字樣的顯示單元(如顯示器)、以及選擇油墨量的開關用來從顯示器上選取合適的圖像質量。
印表機驅動器(軟體)83具有列印圖像產生功能和列印密度指令產生功能。列印圖像產生功能產生印表機的列印圖像。列印密度指令產生功能根據從操作板82上傳來的油墨噴射量，產生印表機列印密度指令。
列印數據處理單元70處理從主機80的印表機驅動器83傳來的列印數據(包括油墨噴射量)。噴頭控制單元74根據油墨噴射量控制數據產生上述驅動波形，並且根據列印數據來控制印表機的列印單元75。印表機列印單元75即為上述的油墨噴頭。
下面介紹操作過程。根據從主機80給定的列印數據，列印數據處理單元70產生要列印的全部或部分圖像。噴頭控制單元74產生與油墨噴射量相應的驅動波形，並且通過控制印表機列印單元75來進行列印。
在操作之前，操作者從操作板82上輸入所使用的紙張類型。從圖像存儲器81中讀取對應輸入紙張類型的列印字樣。這種列印字樣顯示在操作板82的顯示單元(顯示器)上。例如，如果紙張為再生紙，對於再生紙當油墨量為「小」、「中」和「大」時顯示三種列印字樣，如圖23A。另外，如果紙張為塗層紙時，對於塗層紙當油墨量為「小」、「中」和「大」時顯示三種列印字樣，如圖23B所示。
看到顯示內容後，損傷者可選擇最佳的圖像質量。然後，通過操作板82的開關輸出「大」、「中」和「小」量油墨中的一種。印表機驅動83的列印密度指令產生功能產生出與所選油墨量相一致的列印密度指令(油墨噴量)。然後，將列印密度指令和列印數據一起輸出到印表機7上。
這樣，就可獲得相應記錄紙類型具有最佳圖像質量的列印結果。因而用於這種噴墨印表機的記錄紙種類可以增多。而且，因為列印前顯示了圖像質量，就不需要列印實驗或類似的工作。此外，主機用大量存貯空間存貯了字樣圖像，因此印表機本身就不需要大容量內存。
除了以上討論的實施例之外，本發明也可為下列情形(1)用三個實施例描述了驅動方法。但是，例如，第二個實施例和第三個實施例結合起來也是能夠實現的。
(2)用圖2和圖11所示的噴頭來說明油墨噴頭，但也可為其它形式。
到目前為止，本發明都是通過各實施例來予以討論的。在本發明要旨範圍內的各種變化都是可以實現的。這些變化並不排除在本發明範圍之外。
總上所述，本發明有以下效果。
(1)吸墨時彎液面的移動量固定，因此就易於防止墨滴散射紊亂及速度的降低。
(2)噴墨時，彎液面快速向噴嘴口移動時移動量是可以控制的，因而墨滴量的變化幅度就增大了。
權利要求
1.一種驅動壓電型噴墨頭的方法，壓電型噴墨頭包括接收油墨的壓腔，將墨滴從該壓腔噴出的噴嘴，以及為該壓腔提供壓力的壓電元件用來噴射墨滴和改變所噴墨滴量，該方法包括第一步驅動上述壓電元件使得油墨彎液面從上述噴嘴的初始位置退到噴嘴內第一位置；第二步驅動上述壓電元件使得彎液面快速從第一位置前進到噴嘴內的第二位置；第三步驅動上述壓電元件使得彎液面從第二位置緩慢前移到初始位置。
2.根據權利要求1所述的驅動壓電型噴墨頭的方法，所述第二步是根據所噴射的墨滴尺寸來改變彎液面從第一位置到第二位置的移動量。
3.根據權利要求1所述的驅動壓電型噴墨頭的方法中，還包括在上述的第一步和第二步之間存在第四步，驅動壓電元件使得彎液面在第一位置處緩慢停止一段預定時間。
4.根據權利要求1所述的驅動壓電型噴墨頭的方法中，還包括在上述第二步和第三步之間存在第五步，驅動壓電元件使得彎液面在第二位置處緩慢停止一段預定時間。
5.根據權利要求3所述的驅動壓電型油墨噴頭的方法中，還包括在上述第二步和第三步之間存在第五步，驅動壓電元件，使得彎液面在第二位置處緩慢停止一段預定時間。
6.根據權利要求2所述的驅動壓電型油墨噴頭的方法中，上述第二步是根據所噴墨滴量來改變彎液面從第一位置到第二位置的移動速度。
7.根據權利要求2所述的驅動壓電型油墨噴頭的方法中，上述第二步是根據所噴墨滴量的減少來降低彎液面從第一位置到第二位置的移動量。
8.根據權利要求6所述的驅動壓電型油墨噴頭的方法中，所述第二步是根據所噴墨滴量的減少來提高彎液面從第一位置到第二位置的移動速度。
9.根據權利要求1所述的驅動壓電型油墨噴頭的方法中，所述第一步是在所述壓電元件上作用帶第一斜率特性的第一驅動電壓；所述第二步是在所述壓電元件上作用與第一斜率特性相反的第二陡斜率特性的第二驅動電壓；所述第三步是在所述壓電元件上作用比第二斜率特性平緩的第三斜率特性的第三驅動電壓。
全文摘要
本發明所披露的是利用壓電元件的變形來驅動壓電型油墨噴頭將油墨從噴嘴射出的方法。驅動方法包括第一步驅動壓電元件使得油墨彎液面從噴嘴的初始位置後退到噴嘴內的第一位置,第二步驅動壓電元件使得彎液面快速從第一位置前進到噴嘴內的第二位置,以及第三步驅動壓電元件使得彎液面從第二位置緩慢前移到初始位置。通過改變第二步中從第一位置到第二位置的移動量來改變墨滴量。
文檔編號B41J2/045GK1172732SQ971155
公開日1998年2月11日 申請日期1997年6月11日 優先權日1996年6月11日
發明者中村盛吉, 納浩史, 仙波聰史, 三上知久 申請人:富士通株式會社