專利名稱：具有壓電致動器的噴墨頭的驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噴墨頭的驅(qū)動方法，特別是具有壓電致動器(Piezoelectric Actuator)的噴墨頭的驅(qū)動方法。
背景技術(shù)：
壓電致動器得到了廣泛的應(yīng)用。壓電致動器包括分別形成在壓電層的頂 部和底部的電極。當電壓加在壓電層的頂部和底部時，形成壓電層的材料發(fā) 生形變。通過控制壓電層頂部和底部的電極之間的電壓，可以改變壓電層的 形狀。將至少一個電極分為多個獨立的電極，從而可以控制加在壓電層各個 部分的電壓。壓電致動器的其中一個用途是，驅(qū)動墨滴產(chǎn)生裝置的噴墨頭， 比如說，驅(qū)動噴墨打印機中的噴墨頭?，F(xiàn)有技術(shù)中的噴墨頭，具有多個供墨通道及壓電致動器。每一個供墨通 道與一個噴嘴相連。通過激發(fā)壓電致動器，特定的噴嘴可以噴出墨滴。在目前的噴墨技術(shù)中，主要利用噴墨電壓來控制墨滴的大小(質(zhì)量)。然 而，噴墨頭具有好幾百個噴嘴，要改變每個噴嘴的噴墨電壓，在技術(shù)上是一 個挑戰(zhàn)。為了簡化設(shè)計，噴墨頭使用了單極性的梯形波。然而，即使如此，在其 工作范圍內(nèi)，電壓與墨滴的大小的關(guān)系也并非總是線性的。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要提供一種更易于控制的方法，驅(qū)動具有壓電致動器的 噴墨頭。一種具有壓電致動器的噴墨頭的驅(qū)動方法，該方法包括以下步驟傳送 一個負脈沖，驅(qū)動壓電致動器發(fā)生形變，從而使墨水填充到噴墨頭的墨水室； 傳送一個正脈沖，驅(qū)動壓電致動器發(fā)生形變，從而使墨水從墨水室噴出。上述負脈沖有峰值電壓UL以及第一可調(diào)持續(xù)時間tl，上述正脈沖有峰值
電壓UH以及第二可調(diào)持續(xù)時間t2。在負脈沖的峰值電壓UL、正脈沖的峰值電壓UH以及第一可調(diào)持續(xù)時間tl均保持恒定時，墨滴的大小可以通過改變第二可調(diào)持續(xù)時間t2來精確控制。第二可調(diào)持續(xù)時間t2來與墨滴大小幾乎是 線性的，所以，可以容易而且精確地控制墨滴的大小。


圖1是本發(fā)明實施例具有噴墨頭的墨滴產(chǎn)生裝置的一部分的剖面示意圖。圖2是本發(fā)明實施例脈沖的波形示意圖。圖3是本發(fā)明實施例當墨水填充滿噴墨頭時，墨滴產(chǎn)生裝置的一部分的 剖面示意圖。圖4是本發(fā)明實施例當噴墨頭噴出墨滴時，墨滴產(chǎn)生裝置的一部分的剖 面示意圖。圖5是本發(fā)明實施例第一例中電脈沖的波形示意圖。圖6是本發(fā)明實施例第一例中正脈沖的第二可調(diào)持續(xù)時間t2與墨滴質(zhì)量 的變化關(guān)系圖。圖7是本發(fā)明實施例第二例中電脈沖的波形示意圖。圖8是本發(fā)明實施例第二例中正脈沖的第二可調(diào)持續(xù)時間t2與墨滴質(zhì)量 的變化關(guān)系圖。圖9是本發(fā)明實施例第三例中電脈沖的波形示意圖。圖IO是本發(fā)明實施例第三例中正脈沖的第二可調(diào)持續(xù)時間t2與墨滴質(zhì) 量的變化關(guān)系圖。具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例作進一步之詳細說明。如圖1所示，為墨滴產(chǎn)生裝置100的一部分。該墨滴產(chǎn)生裝置100包括一個噴墨頭10，為噴墨頭IO供應(yīng)墨水的供墨池12，以及控制噴墨頭10的脈沖發(fā)生器(Pulse Generator) 14。噴墨頭10包括一個基板101,與基板101相對的壓電致動器103，噴嘴 板105，以及多個連接基板101與壓電致動器103的側(cè)板106。壓電致動器 103呈板狀?；錓OI，壓電致動器103,噴嘴板105，與側(cè)板106共同構(gòu)成 一個墨水室102,用于收容墨水。噴嘴板105構(gòu)成墨水室102的一個側(cè)板。 噴嘴板105上具有一個噴嘴109，墨水通過噴嘴109噴出。作為另一種實施 方式，基板101與側(cè)板106可以是一體形成的。壓電致動器103由壓電材料制成，例如壓電陶資，或者其它合適的壓電 材料。 一般地，壓電致動器103可以疊加或連接在墨水室102的壁上。壓電 致動器103具有一個內(nèi)表面1031，以及與內(nèi)表面1031相對的外表面1032。 一對電極107、 108分別設(shè)置在內(nèi)表面1031及外表面1032。脈沖發(fā)生器14 與電極107、 108電連接，從而在電才及107、 108上施加電壓。凈喿作中，脈沖 發(fā)生器14在電極107、 108上施加一個電壓，由于壓電材料的偏振方向，在 壓電致動器103上產(chǎn)生一個剪力。從而，壓電致動器103產(chǎn)生形變。當壓電 致動器103朝著墨水室102.的方向發(fā)生形變，壓力作用在墨水室103內(nèi)的墨 水，從而通過噴嘴109將墨滴噴出。而且，壓電致動器103通過一個供墨通道122與供墨池12連接。供墨 池12對墨水室102供給墨水。請一起參閱圖2至圖4，以下結(jié)合本實施例對具有壓電致動器的噴墨頭 的驅(qū)動方法進行介紹，為簡化起見，以下只以一個噴墨周期為例進行描述。 該方法包括以下步驟步驟一傳送一個負脈沖31，驅(qū)動壓電致動器103發(fā)生形變，從而使墨 水填充到噴墨頭10的墨水室102;步驟二傳送一個正脈沖32，驅(qū)動壓電致動器103發(fā)生形變，從而使墨 水從墨水室102噴出。在步驟一中，來自供墨池12的墨水110將墨水室102填充滿，脈沖發(fā) 生器14在電極107、 108上施加一個負脈沖31。壓電致動器103往外發(fā)生變 形，從而使墨水室102的容積增大，如圖3所示。墨水110從供墨池12流 進墨水室102,直到填充滿墨水室102為止。負脈沖31較低的電壓極限值為-85伏(v)到-70伏，較高的電壓極限值
為-50伏到-40伏。優(yōu)選地，負脈沖31的峰值化在-80伏到-48伏的范圍內(nèi)。負脈沖31有第一可調(diào)持續(xù)時間tl,實現(xiàn)迅速地完全填滿墨水室102。 第一可調(diào)持續(xù)時間tl的變化可能影響墨水室102中墨水110的體積，甚至 導(dǎo)致步驟二中噴出的墨滴112的大小改變。優(yōu)選地，第一持續(xù)時間tl的范 圍是2微秒到6微秒。在步驟二中，墨滴112從墨水室102中噴出。脈沖發(fā)生器14在電極107、 108上施加一個正脈沖32。 /人而壓電致動器103向內(nèi)發(fā)生形變，從而減少墨 水室102的容積，如圖4所示。從而，墨水通過噴嘴109從墨水室102噴出。正脈沖32較低的電壓極限值為+ 35伏到+55伏，較高的電壓極限值為+75 伏到+85伏。優(yōu)選地，正脈沖32的峰值Uh在+45伏到+80伏的范圍內(nèi)。正脈沖32有第二可調(diào)持續(xù)時間t2，實現(xiàn)精確地噴出墨滴112。值得注 意的是，墨滴112的大小可以通過改變第二持續(xù)時間t2來調(diào)整。優(yōu)選地， 第二持續(xù)時間t2的范圍是2微秒到9微秒。而且，每一個正脈沖和每一個負脈沖可以是梯形波、矩形波、或者其它 合適的波形。在本實施例中，正脈沖和負脈沖都是梯形波(包括一個上升沿、 一個平坦區(qū)以及一個下降沿)，因為梯形波有利于提供噴墨頭IO—段時間作 為緩沖，以便為下一動作做準備?？梢岳斫?，步驟一和步驟二可以依次序重復(fù)，對墨水室102填充墨水以 及從墨水室102中噴出更多的墨滴。優(yōu)選地，步驟一與步驟二在從70°C (攝 氏度)到75。C的溫度下進行。在本實施例中，脈沖發(fā)生器14可以是任意波形產(chǎn)生器(Arbitrary Waveform Generator),墨滴產(chǎn)生裝置100可以用現(xiàn)場可程序化門陣列面板 (Field Programmable Gate Array Panel, FPGA Panel)精確控制脈沖發(fā)生 器14及噴墨頭10的運作。噴墨頭10可以是一個Spectra 壓電式 (piezo-based) SX型號的噴墨頭。墨滴產(chǎn)生裝置100是用于制造彩色濾光片 的紅綠藍(RGB)數(shù)組。作為替代的實施例，墨滴產(chǎn)生裝置100可以是噴墨打 印機或者類似的裝置。在本實施例，在負脈沖31的峰值電壓UL、正脈沖32的峰值電壓Uh以及 第一可調(diào)持續(xù)時間tl均保持恒定時，墨滴的大小可以通過改變第二可調(diào)持續(xù)時間t2來精確控制。第二可調(diào)持續(xù)時間t2來與墨滴大小幾乎是線性的， 所以，可以容易而且精確地控制墨滴的大小。以下結(jié)合三個例子說明。 第 一例請一起參考圖5及圖6。在本例中， 一個負脈沖311與一個正脈沖321 交替地施加在噴墨頭10上，如困5所示。負脈沖311的電壓峰值U③是-55 伏。正脈沖321的電壓峰值11 312是+45伏。負脈沖311的第一可調(diào)持續(xù)時間 tl固定為4微秒。正脈沖321的第二可調(diào)持續(xù)時間t2從3微秒變化到6微 秒。第二可調(diào)持續(xù)時間t2與墨滴質(zhì)量的變化關(guān)系圖如圖6所示。第二可調(diào) 持續(xù)時間t2的單位是微秒，墨滴質(zhì)量的單位是毫克(mg)。第二例請一起參考圖7及圖8。在本例中， 一個負脈沖312與一個正脈沖322 交替地施加在噴墨頭10上，如圖7所示。負脈沖312的電壓峰值U^是-48 伏。正脈沖322的電壓峰值U隨是+48伏。負脈沖312的第一可調(diào)持續(xù)時間 tl固定為3微秒。正脈沖322的第二可調(diào)持續(xù)時間t2從1微秒變化到4微 秒。第二可調(diào)持續(xù)時間t2與墨滴質(zhì)量的變化關(guān)系圖如圖8所示。第二可調(diào) 持續(xù)時間t2與墨滴質(zhì)量的關(guān)系是線性的。第三例請一起參考圖9及圖10。在本例中， 一個負脈沖313與一個正脈沖323 交替地施加在噴墨頭10上，如圖5所示。負脈沖313的電壓峰值U,是-60 伏。正脈沖323的電壓峰值U圖是+75'伏。負脈沖313的第一可調(diào)持續(xù)時間 tl固定為3微秒。正脈沖323的第二可調(diào)持續(xù)時間t2從0. 5微秒變化到6 微秒。第二可調(diào)持續(xù)時間t2與墨滴質(zhì)量的變化關(guān)系圖如圖IO所示。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以在本發(fā)明精神內(nèi)做其它變化，當然，這些 依據(jù)本發(fā)明精神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有壓電致動器的噴墨頭的驅(qū)動方法，該方法包括以下步驟傳送一個負脈沖，驅(qū)動壓電致動器發(fā)生形變，從而使墨水填充到噴墨頭的墨水室；傳送一個正脈沖，驅(qū)動壓電致動器發(fā)生形變，從而使墨水從墨水室噴出。
2. 如權(quán)利要求1所述的具有壓電致動器的噴墨頭的驅(qū)動方法，其特征在于， 所述負脈沖的峰值變化范圍是從-80伏到-48伏。
3. 如權(quán)利要求1所述的具有壓電致動器的噴墨頭的驅(qū)動方法，其特征在于， 所述正脈沖的峰值變化范圍是從+45伏到+80伏。
4. 如權(quán)利要求1所述的具有壓電致動器的噴墨頭的驅(qū)動方法，其特征在于， 所述負脈沖的峰值是-48伏，正脈沖的峰值是+48伏。
5. 如權(quán)利要求1所述的具有壓電致動器的噴墨頭的驅(qū)動方法，其特征在于， 所述負脈沖具有第一可調(diào)持續(xù)時間tl，用于將墨水完全填充滿墨水室。
6. 如權(quán)利要求5所述的具有壓電致動器的噴墨頭的驅(qū)動方法，其特征在于， 所述第一可調(diào)持續(xù)時間tl的變化范圍是從2微秒到6微秒。
7. 如權(quán)利要求1所述的具有壓電致動器的噴墨頭的驅(qū)動方法，其特征在于， 所述正脈沖具有第二可調(diào)持續(xù)時間t2，用于噴出墨水。
8. 如權(quán)利要求7所述的具有壓電致動器的噴墨頭的驅(qū)動方法，其特征在于， 所述第二可調(diào)持續(xù)時間t2的變化范圍是從2微秒到9微秒。
9. 如權(quán)利要求1所述的具有壓電致動器的噴墨頭的驅(qū)動方法，其特征在于， 所述負脈沖是梯形波。
10. 如權(quán)利要求1所述的具有壓電致動器的噴墨頭的驅(qū)動方法，其特征在于，所述正脈沖是梯形波。
11. 如權(quán)利要求1所述的具有壓電致動器的噴墨頭的驅(qū)動方法，其特征在于，所述步驟均是在7(TC到75。C的溫度下進行。
全文摘要
一種具有壓電致動器的噴墨頭的驅(qū)動方法，該方法包括以下步驟傳送一個負脈沖，驅(qū)動壓電致動器發(fā)生形變，從而使墨水填充到噴墨頭的墨水室；傳送一個正脈沖，驅(qū)動壓電致動器發(fā)生形變，從而使墨水從墨水室噴出。
文檔編號B41J2/045GK101130297SQ20061011180
公開日2008年2月27日 申請日期2006年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月23日
發(fā)明者楊悟銘, 楊燿宏 申請人:Icf科技有限公司