各個噴嘴電壓調整電路系統的製作方法
2023-06-02 10:22:01 2
專利名稱：各個噴嘴電壓調整電路系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及墨滴噴射器件。
背景技術：
噴墨印表機是一種採用墨滴噴射器件的裝置。在一種類型的噴墨印表機中，從與正在列印的襯底的行進方向垂直定向的多個線性噴墨列印頭器件傳遞墨滴。每個列印頭器件包括在上表面定義了多個泵浦腔(對每個單個墨滴噴射器件一個)的單片電路主體中形成的多個墨滴噴射器件，並且具有覆蓋每個泵浦腔的平的壓電致動器。每個單個的墨滴噴射器件由電壓脈衝致動到壓電致動器，其扭曲壓電致動器的形狀，並且與襯底移過列印頭器件同步，在期望的時間射出墨滴。
每個單個的墨滴噴射器件可獨立地尋址，並且可以與其他的墨滴噴射器件的適當時序按需啟動，以便生成圖像。列印發生在列印周期。在每個列印周期，將點火脈衝(例如，150伏)同時施加到所有的墨滴噴射器件，並且使能信號只被發送到將要在該列印周期噴墨的各個墨滴噴射器件。
發明內容
本發明總的來說描述了一種裝置，包括多個墨滴噴射器件，電源，以及控制器。每個墨滴噴射器件包括具有噴射嘴的液體腔；與該腔相關聯的電致動位移器件，以及開關，所述開關具有連接到電源的輸入、連接到所述電致動位移器件的輸出、以及控制信號輸入，其由控制器控制以便控制所述輸入(因此電源)是否連接到所述輸出(因此電致動器件)。所述電致動位移器件在被移位的位置和未被移位的位置之間移動，以便當與電致動位移器件相關聯的電容在被致動的條件和未被致動的條件之間電荷變化時，改變所述腔的所述體積。所述控制器提供各自的充電控制信號到各自的控制信號輸入，以便在不遲於各自第一開關連接所述電信號到各自電致動位移器件的時間，控制在各自電容上的電荷變化範圍。
本發明的特定實施例可包括下面的特徵的一個或者多個。
電致動位移器件的被致動條件對應充電的條件，而未致動的條件對應未充電的條件。所述控制器在不遲於各自所述開關連接所述電信號到各自電致動位移器件的時間，控制在各自電容上放置的電荷的範圍。每個墨滴噴射器件還包括第二開關，其具有連接到放電電端子的第二輸入、連接到電致動位移器件的第二輸出和第二控制信號輸入，用於確定第二輸入是連接至第二輸出或者從第二輸出斷開，並且控制器可提供各自放電控制信號到各自第二控制信號輸入，以控制各自電容上的電荷的放電。
每個墨滴噴射器件可包括在電源和電致動移位器件之間的第一電阻。每個墨滴噴射器件可包括在放電電子端和電致動移位器件之間的第二電阻。
第一電阻可在電源和電致動移位器件之間，並且可在從電致動位移器件到第二開關的電路徑的外部，而且第二電阻還可包括在從電致動器件到放電電端子的電路徑中。或者，單個電阻可被用於對各自電容充電和放電。多個電阻、電壓和開關可被連接到每個電致動位移器件，並且由控制器控制以便改變在電容上的電荷。放電電端子可位於地。電信號可以是被控制的電壓信號、被控制的電流信號、或恆定電流。
當第一控制信號是恆定電壓時，當在電致動位移器件上的電荷位於小於恆定電壓的預定值時，第一控制信號可終止恆定電壓到電致動位移器件的連接。電致動移位器件可以是壓電致動器。
控制信號可被控制來從多個墨滴噴射器件提供均勻的墨滴體積或速度。控制信號可被控制來從不同墨滴噴射器件提供預定的不同墨滴體積或速度，以便提供灰階控制。第一和第二控制信號可被控制來連接電信號到各自電致動移位器件各自預定時間。控制信號可被控制來連接電信號到各自電致動移位器件，直到各自電致動移位器件達到各自預定充電電壓。控制信號可被控制來提供一電壓，其對噴射墨滴是不充足的，但是足以移動在所述墨滴噴射器件的噴射嘴處的液體的彎月面。控制信號可被控制來注入噪音到正在列印的圖像中，以便中斷可能的列印圖案和條帶。控制信號可被控制來對來自墨滴噴射器件的第一墨滴變化在所述電致動移位器件上充電的幅度以及充電時間長度，以便匹配後繼的墨滴。
在特定的實施例中，當移位器件和相鄰器件在被調用同時點火時，控制器向用於移位器件的點火脈衝增加延遲。在未被延遲的移位器件的點火脈衝的前沿之後，對被延遲的器件的點火脈衝的前沿延遲延遲量。
所述裝置可以是噴墨列印頭。所述控制器可以包括其中形成所述泵浦腔的單塊電路主體上安裝的電路板上的現場可編程門陣列。所述控制器可以按照墨滴噴射的頻率的函數控制所述第一開關，以便減少作為頻率的函數的墨滴體積的變化。
本發明的特定實施例可包括下面的優點的一個或者多個。致動器充電到所期望的電荷接著斷開電源，導致在驅動一器件到一電壓並維持該電壓上節電。一個實施例還可以單獨控制器件上的電荷、電荷變化的斜率以及放電的定時和斜率，以達到如均勻的墨滴體積或者速度和灰階控制的各種效果。
本發明的一個或者多個實施例的細節將在下面的附圖以及描述中提出。本發明的其他的特徵、目的和優點根據所述描述、附圖和權利要求將會清楚。
圖1是噴墨印表機的組件的概略視圖。
圖2是在圖1的2-2處取得的垂直截面，有關圖1噴墨印表機的列印頭的部分，示出了半導體本體和相關聯的壓電致動器，定義了列印頭的各個墨滴噴射器件的泵浦腔。
圖3是示出與各個墨滴噴射器件相關聯的電子組件的示意圖。
圖4是圖3電子組件的操作的時序圖。
圖5是圖1印表機的列印頭的電路系統的框圖。
圖6是示出與各個墨滴噴射器件相關聯的電子組件的替代實施例的示意圖。
圖7是示出用於圖6電子組件的操作的致動器的電容的充電電壓的時序圖。
具體實施例方式
如圖1所示，列印頭12的128個各個墨滴噴射器件10(在圖1上僅僅示出了一個)由在電源線14和15上提供的恆壓驅動，並且由板上控制電路系統19分配以控制各個墨滴噴射器件10的點火。外部控制器20供應在線14和15上的電壓，並且提供在附加線16上的控制數據和邏輯電源以及定時給板上控制電路系統19。由各個噴射器件10所噴射的墨可以被傳遞以在襯底18上形成列印線17，該襯底18在列印頭12下面移動。當襯底18被示出以單通過模式移過固定列印頭12時，可替換地，列印頭12也可以掃描模式移過襯底18移動。
參照圖2，每個墨滴噴射器件10包括在列印頭12的半導體塊21的上面延遲的泵浦腔30。泵浦腔30在下降部通道36從入口32(，沿著該側從墨的源34)延伸到噴嘴流路徑，該下降部通道36，從塊21的上表面22下降到在低層29中的噴嘴開口28。覆蓋每個泵浦腔30的平壓電致動器38由從線14提供的電壓啟動，並且通過來自板上電路系統19的控制信號接通和關斷，以扭曲壓電致動器形狀從而在腔30中的體積，並且與襯底18通過列印頭器件12的相對運動同步，在所期望的時刻射出墨滴。在入口32處提供流限制40給每個泵浦腔30。
圖3示出了與每個單個墨滴噴射器件10相關聯的電子組件。用於每個器件10的電路系統包括連接在來自線14的DC充電電壓Vvdc和壓電致動器38(充當一個電容器平板)的電極之間的充電電阻52和充電控制開關50，該壓電致動器38的電極也與連接到地或不同電位的電極(充當另外的電容器平板)的附近部分相互作用。形成電容器的兩個電極可位於壓電材料的相對側或可以是在壓電材料的相同表面上的平行跡線(trace)。用於每個器件10的電路系統還包括連接在來自線15的DC放電電壓Ydc(其可以是地)和壓電致動器38的相同側之間的放電電阻56和放電控制開關54。開關50響應於在控制線60上的開關控制充電信號被接通或者關斷，而開關54響應於在控制線62上的開關控制放電信號被接通或者關斷。
參照圖3和4，壓電致動器38用作電容器，因此，在開關50響應於在線60上的開關充電脈衝64而被閉合之後，在壓電致動器兩端的電壓從Vpzt_start斜線上升。在脈衝64結束時，開關50打開，並且電壓斜線上升在Vpzt_finish(小於Xvdc的電壓)處結束。壓電致動器38(充當電容器)接著通常維持其電壓Vpzt_finish(它可以如圖4所示那樣稍微衰減)，直到它通過利用響應於在線62上的開關放電脈衝66被閉合的放電控制開關54連接到低電壓Ydc放電。斜線上升和下降的速度由在線14和15上的電壓以及由壓電致動器38的電容和電阻器52和56的電阻產生的時間常數確定。在圖4上示出了列印周期68的開始和結束。脈衝64和66因此相對彼此定時，以便維持壓電致動器38上的電壓期望的時間長度，並且相對於列印周期68定時，以便在相對於襯底18的運動和從其他噴射器件10噴射墨滴的期望的時間噴射墨滴。設置脈衝64的長度來控制Vpzt的幅度，其和在脈衝64，66之間的PZT電壓的寬度一起控制墨滴(drop)的體積或速度。如果其被放電到Yvdc，則脈衝66的長度應該足夠長，以便使得輸出電壓像所期望接近的那樣達到Yvdc；如果其被放電到中間電壓，則應該設置脈衝66的長度以便在設置為達到中間電壓的時刻結束。
參照圖5，板上控制電路系統19包括分別用於在線14、15上的恆定電壓Xvdc和Ydc的輸入；D0-D7數據輸入70；邏輯電平點火脈衝觸發器72(以與襯底18和列印頭12的相對運動同步墨滴噴射)；邏輯電源74和可選的編程埠76。電路系統19還包括接收機78；現場可編程門陣列(FPGA)80；電晶體開關陣列82；電阻器陣列84；晶體86；以及存儲器88。
電晶體開關陣列82每個包括用於64個墨滴噴射器件10的充電和放電開關50、54。
FPGA 80每個包括在期望的時間為各壓電致動器38提供脈衝64、66的邏輯。D0-D7數據輸入70被用於在FPGA 80中設立用於各開關50、54的定時，使得所述脈衝在列印周期68內以期望的時間開始和結束。在相同大小的墨滴將在整個運行中從噴射器件噴射的情形，該定時信息僅僅需要在開始運行之前在D0-D7上被輸入一次。如果墨滴大小將被逐滴地改變，例如，為了提供灰階控制，則定時信息將需要被通過D0-D7，並且在每個列印周期的開始在FPGA中更新。在列印期間，單獨使用輸入D0以串行比特流提供點火信息，以便識別在列印周期期間操作哪些墨滴噴射器件10。代替FPGA，可以使用其他的邏輯器件，例如離散邏輯或微處理器。
電阻器陣列84包括用於各自墨滴噴射器件10的電阻器52、56。對於由陣列84控制的64個噴射器件的每個，存在兩個輸入和一個輸出。
可以使用編程埠76代替D0-D7數據輸入70以便輸入數據來設置FPGA 80。存儲器88可以被使用來緩存或者預存用於FPGA 80的定時信息。
在正常列印模式下的操作中，各個墨滴噴射器件10可以被校準以便對每個器件10確定適合的用於脈衝64、66的定時，使得每個器件將按所期望的體積和所期望的速度噴射墨滴，並且將該信息用來編程FPGA 80。只要適當的定時已經被確定，該操作也可以在不校準的情況下採用。接著指定列印任務的數據在數據輸入72的D0端被串行發送，並被用來控制在FPGA中的邏輯，以便在每個列印周期觸發脈衝64、66，在該列印周期，特定器件被指定在列印任務中列印。
在灰階列印模式中，或者在採用逐滴變化的操作中，設置用於每個器件10的定時的信息在每個列印周期的開始在數據輸入70的全部8個端子D0-D7上傳遞，使得每個器件在該列印周期期間將具有所期望的墨滴體積。
FPGA 80還可以接收定時信息並且被控制來提供電壓的所謂初始器(tickler)脈衝，其對噴射墨滴是不充足的，但是足以移動彎月面(meniscus)並且防止它在不經常被點火的各個噴射器件上乾燥。
FPGA 80還可以接收定時信息並且被控制來噴射噪音(noise)到墨滴噴射信息中，以便中斷(break up)可能的列印圖案(pattern)和條帶(banding)。
FPGA 80還可以接收定時信息並且被控制來變化所述幅度(即，Vpzt_finish)以及寬度(在充電和放電脈衝64、66之間的時間)以便在工作期間相對於後繼的墨滴達到例如對來自噴射器件10的第一墨滴的速度和體積。
兩個電阻器52、56的使用，一個用於充電，一個用於放電，允許一個獨立地控制壓電致動器38上的電壓的斜線上升和下降的斜率。或者，開關50、54的輸出可結合在一起並且連接到連接於壓電致動器38的公共電阻器，或者被連接在一起的輸出可被直接連接到致動器38本身，在其他情形與致動器38串聯提供電阻。
通過充電達到期望的電壓(Vpzt_finish)並且通過斷開源電壓Xvdc和依賴於致動器的電容維持壓電致動器38上的電壓，與在點火脈衝的長度期間如果致動器被保持在所述電壓(其會是Xvdc)則會使用的相比，列印頭使用更少電力。
本發明的其它實施例在權利要求的範圍內。例如開關和電阻器可以用被接通和斷開的電流源替代。而且，公共電路系統(例如，開關和電阻器)可被用來驅動多個墨滴噴射器件。而且，驅動脈衝參數可作為墨滴噴射的頻率的函數變化，以便減少作為頻率的函數的墨滴體積的變化。而且，第三開關可與每個泵浦腔相關聯並且被控制來連接壓電致動器38的電極到地，例如，當不被點火時，而第二開關被用來連接壓電致動器38的電極到低於地的電壓，以便加速放電。
創建更複雜的波形也是可能的。例如，開關50可被閉合以便將電壓升到V1，接著在一時間段被打開，以便保持該電壓，接著又閉合以便升高到電壓V2。複雜的波形可由開關50和開關54的適當的閉合來創建。
多個電阻器、電壓和開關可以按墨滴噴射器件來使用，以便得到如圖6和7所示的不同的轉換速率(slew rate)。圖6示出了用於注入器件的替代的控制電路100，其中，多個(這裡是兩個)充電控制開關102、104和相關聯的充電電阻器106、108被用來對壓電致動器的電容110充電，並且多個(這裡是兩個)放電控制開關112、114和相關聯的放電電阻器116、118被用來對所述電容放電。圖7示出了在所述電容上充電得到的電壓。通過讓開關102閉合而讓其它開關斷開使得以120斜線上升。通過讓開關104閉合而讓其它開關斷開使得以122斜線上升。通過讓開關112閉合而讓其它開關斷開使得以124斜線下降。通過讓開關114閉合而讓其它開關斷開使得以126斜線下降。
權利要求
1.一種裝置，包括多個墨滴噴射器件，每個所述墨滴噴射器件包括具有體積和噴射嘴的液體腔，電致動位移器件，其在被移位的位置和未被移位的位置之間移動，以便當與電致動位移器件相關聯的電容在被致動的條件和未被致動的條件之間電荷變化時，改變所述腔的所述體積，以及第一開關，其具有連接到電源端的第一輸入、連接到所述電致動位移器件的第一輸出、以及第一控制信號輸入，用於確定所述第一輸入是連接至所述第一輸出還是從所述第一輸出斷開；以及電源，其被連接來分配電信號給所述多個墨滴噴射器件的所述第一輸入；以及控制器，其提供各自的充電控制信號到各自的所述第一控制信號輸入，以便在不遲於各自所述第一開關連接所述電信號到各自所述電致動位移器件的時間，控制在各自所述電容上的電荷變化範圍。
2.如權利要求1所述的裝置，其中當與電致動位移器件相關聯的電容在充電的被致動的條件和未充電的未被致動的條件之間變化時，所述電致動位移器件在被移位的位置和未被移位的位置之間移動，以及其中，所述控制器提供各自充電控制信號給各自所述第一控制信號輸入，以便在不遲於各自所述第一開關連接所述電信號到各自所述電致動位移器件的時間，控制在各自所述電容上放置的電荷的範圍。
3.如權利要求2所述的裝置，其中，每個所述墨滴噴射器件還包括第二開關，其具有連接到放電電端子的第二輸入、連接到所述電致動位移器件的第二輸出和第二控制信號輸入，用於確定所述第二輸入是連接至所述第二輸出還是從所述第二輸出斷開，以及其中所述控制器提供各自放電控制信號到各自所述第二控制信號輸入，以控制在所述各自電容上的電荷的放電。
4.如權利要求1所述的裝置，其中每個所述墨滴噴射器件包括在所述電源和所述電致動移位器件之間的第一電阻。
5.如權利要求3所述的裝置，其中每個所述墨滴噴射器件包括在所述放電電端子和所述電致動移位器件之間的第二電阻。
6.如權利要求3所述的裝置，其中每個所述墨滴噴射器件具有第一電阻，其在所述電源和所述電致動移位器件之間，並且在從所述電致動位移器件到所述第二開關的電路徑的外部，並且還包含第二電阻，其包括在從所述電致動器件到所述放電電端子的電路徑中。
7.如權利要求3所述的裝置，其中單個電阻被用於對各電容充電和放電。
8.如權利要求1所述的裝置，其中多個電阻、電壓和開關被連接到每個所述電致動位移器件，並且由所述控制器控制以便改變在所述電容上的電荷。
9.如權利要求3所述的裝置，其中所述放電電端子位於地。
10.如權利要求1所述的裝置，其中所述電信號是被控制的電壓信號。
11.如權利要求1所述的裝置，其中所述電信號是被控制的電流信號。
12.如權利要求1所述的裝置，其中所述電信號是恆定電流。
13.一種裝置，包括多個墨滴噴射器件，每個所述墨滴噴射器件包括具有體積和噴射嘴的液體腔，電致動位移器件，其在被移位的位置和未被移位的位置之間移動，以便當與電致動位移器件相關聯的電容在充電的被致動的條件和未充電的未被致動的條件之間變化時，改變所述腔的所述體積，以及第一開關，其具有連接到電壓源端的第一輸入、連接到所述電致動位移器件的第一輸出、以及第一控制信號輸入，用於確定所述第一輸入是連接至所述第一輸出還是從所述第一輸出斷開；以及電壓源，其被連接來分配恆定電壓電信號給所述多個墨滴噴射器件的所述第一輸入；以及控制器，其提供各自的充電控制信號到各自的所述第一控制信號輸入，以便在不遲於各自所述第一開關連接所述電信號到各自所述電致動位移器件的時間，控制在各自所述電容上放置的電荷的範圍。
14.如權利要求13所述的裝置，其中當在所述電致動位移器件上的電荷位於小於所述恆定電壓的預定值時，所述第一控制信號終止所述恆定電壓到所述電致動位移器件的所述連接。
15.如權利要求13所述的裝置，其中，每個所述墨滴噴射器件還包括第二開關，其具有連接到放電電端子的第二輸入、連接到所述電致動位移器件的第二輸出和第二控制信號輸入，用於確定所述第二輸入是連接至所述第二輸出還是從所述第二輸出斷開，並且其中所述控制器提供各自放電控制信號到各自所述第二控制信號輸入，以控制在所述各自電容上的電荷的放電。
16.如權利要求1或13所述的裝置，其中電致動移位器件是壓電致動器。
17.如權利要求1或13所述的裝置，其中所述第一控制信號被控制來從所述多個墨滴噴射器件提供均勻的墨滴體積或速度。
18.如權利要求1或13所述的裝置，其中所述第一控制信號被控制來從不同墨滴噴射器件提供預定的不同墨滴體積或速度，以便提供灰階控制。
19.如權利要求3或15所述的裝置，其中所述第一和第二控制信號被控制來從不同墨滴噴射器件提供預定的不同墨滴體積或速度，以便提供灰階控制。
20.如權利要求3或15所述的裝置，其中所述第一和第二控制信號被控制來連接所述電信號到各自所述電致動移位器件各自預定時間。
21.如權利要求1或13所述的裝置，其中各自所述第一控制信號被控制來連接所述電信號到各自所述電致動移位器件，直到各自所述電致動移位器件達到各自預定充電電壓。
22.如權利要求1或13所述的裝置，其中所述第一控制信號被控制來提供一電壓，其對噴射墨滴是不充足的，但是足以移動在所述墨滴噴射器件的噴射嘴處的液體的彎月面。
23.如權利要求3或15所述的裝置，其中所述第一和第二控制信號被控制來提供一電壓，其對噴射墨滴是不充足的，但是足以移動在所述墨滴噴射器件的噴射嘴處的液體的彎月面。
24.如權利要求1或13所述的裝置，其中所述第一控制信號被控制來注入噪音到正在列印的圖像中，以便中斷可能的列印圖案和條帶。
25.如權利要求3或15所述的裝置，其中所述第一和第二控制信號被控制來注入噪音到要列印的圖像中，以便中斷可能的列印圖案和條帶。
26.如權利要求3或15所述的裝置，其中所述第一和第二控制信號被控制來對來自墨滴噴射器件的第一墨滴變化在所述電致動移位器件上充電的幅度以及充電時間長度，以便匹配後繼的墨滴。
27.如權利要求1或13所述的裝置，其中所述裝置是噴墨列印頭。
28.如權利要求1或13所述的裝置，其中所述控制器包括其中形成所述泵浦腔的單塊電路主體上安裝的電路板上的現場可編程門陣列。
29.如權利要求1或13所述的裝置，其中所述控制器按照墨滴噴射的頻率的函數控制所述第一開關，以便減少作為頻率的函數的墨滴體積的變化。
全文摘要
一種裝置包括多個墨滴噴射器件，電源，以及控制器。每個墨滴噴射器件包括具有噴射嘴的液體腔；與該腔相關聯的電致動位移器件，以及開關，所述開關具有連接到電源的輸入、連接到所述電致動位移器件的輸出、以及控制信號輸入，其由控制器控制以便控制所述輸入(因此電源)是否連接到所述輸出(因此電致動器件)。當與電致動位移器件相關聯的電容在被致動的條件和未被致動的條件之間電荷變化時，所述電致動位移器件改變所述腔的體積。
文檔編號B41J29/38GK1839048SQ200480023818
公開日2006年9月27日 申請日期2004年8月18日 優先權日2003年8月18日
發明者理察·E·方丹, 斯科特·萊傑, 丹尼爾·科特, 保羅·A·霍伊辛頓, 梅爾文·L·比格斯, 託德·W·鮑徹 申請人:迪馬蒂克斯股份有限公司