專利名稱：通過使增壓室內(nèi)的壓力減小來提供滴劑大小可變噴射的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及液滴噴射，并且更具體地，涉及使用對消脈沖來減小增壓 室內(nèi)的壓力，從而進(jìn)行滴劑大小可變噴射。
背景技術(shù)：
液滴噴射裝置被用于各種用途，最普遍的是用于在各種介質(zhì)上打印圖像。它們通 常被稱為噴墨裝置或噴墨打印機(jī)。按需噴墨液滴噴射裝置由于其靈活且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，所以被 用于許多應(yīng)用中。按需噴墨裝置響應(yīng)于特定的信號(通常是可以包括單個脈沖或多個脈沖 的電波形)來噴射一個或多個液滴。多脈沖波形的不同部分可以被選擇性地觸發(fā)以產(chǎn)生液 滴。液滴噴射裝置通常包括從液體供應(yīng)裝置到噴嘴路徑的液體路徑。噴嘴路徑在噴嘴 口處終止，滴劑從噴嘴口被噴射。通過利用執(zhí)行器對液體路徑中的液體施加壓力來控制液 滴噴射，所述執(zhí)行器可以例如是壓電偏轉(zhuǎn)器、熱氣泡噴注式發(fā)生器或靜電偏轉(zhuǎn)元件。執(zhí)行器 響應(yīng)于所施加的電壓來改變幾何形狀或彎曲部。壓電層的彎曲對沿著油墨路徑設(shè)置的增壓 室內(nèi)的油墨施加壓力。沉積精度受一些因素的影響，包括在裝置的頭部和多個頭部中由噴 嘴所噴射的滴劑的體積和速度均勻性。液滴大小和液滴速度均勻性反過來也受諸如油墨路 徑的尺寸均勻性、聲音干擾效果、油墨流動路徑中的污染和執(zhí)行器的動作均勻性的因素影 響。每個噴墨裝置具有自然頻率，該自然頻率與沿著噴射器(或噴注裝置)的長度傳 播的聲波的周期倒數(shù)相關(guān)。噴注裝置自然頻率可以影響噴注裝置性能的多個方面。例如， 噴注裝置自然頻率通常影響打印頭的頻率響應(yīng)。通常，對于從大幅小于自然頻率至噴注裝 置的大約25%自然頻率的頻率范圍而言，噴注裝置速度保持在目標(biāo)速度附近。隨著頻率增 長超出該范圍，噴注裝置速度開始以逐漸增加的量而改變。該改變一部分由來自之前的驅(qū) 動脈沖的剩余壓力和流量引起。這些壓力和流量與當(dāng)前的驅(qū)動脈沖相互作用，并且能夠引 起相長干擾或相消干擾，這導(dǎo)致與液滴以其他方式發(fā)射相比，液滴更快或者更慢地發(fā)射。相 長干擾增加了驅(qū)動脈沖的有效幅度，使液滴速度增大。相反，相消干擾減少了驅(qū)動脈沖的有 效幅度，從而使液滴速度減小。圖1示出了根據(jù)已有方法的噴墨裝置的波形。該噴墨裝置包括執(zhí)行器，當(dāng)施加電 壓時，該執(zhí)行器被彎曲或開射。該波形通過首先創(chuàng)建初始負(fù)壓力(填充)來發(fā)射液滴，然后 隨著壓力波通過增壓室傳播，將執(zhí)行器保持在該位置。一旦壓力波在腔室的端部反射，則執(zhí)行器隨著壓力波的反射同相施加正壓力(發(fā)射)。隨后的驅(qū)動脈沖可以與先前的壓力波進(jìn) 行相長或相消干擾，從而導(dǎo)致液滴速度的變化。由噴注裝置響應(yīng)于多脈沖波形而噴射的單個油墨液滴的體積隨著每個隨后的脈 沖而增加。圖2示出了來自噴嘴的油墨響應(yīng)于多脈沖波形而積聚和噴射。在初始脈沖之前， 噴墨裝置內(nèi)的油墨終止于彎液面處，該彎液面從噴嘴的孔稍微向后彎曲(由于內(nèi)部壓力)。 在噴射液滴后，噴墨裝置內(nèi)的油墨應(yīng)該再次在噴嘴內(nèi)終止于彎液面處。圖1中的波形基于 油墨液滴的一部分沒有脫離和噴射來產(chǎn)生圖2中所示的彎液面回彈。更確切地講，該部分 是振蕩的，并保持附著在噴嘴內(nèi)的油墨上。這可以導(dǎo)致所噴射的液滴體積的更大的變化，并 對隨后的液滴噴射產(chǎn)生不利影響。


在附圖的圖示中，通過示例而非限制的方式示出了本發(fā)明，在附圖中圖1示出了根據(jù)已有方法的噴墨裝置的波形；圖2示出了根據(jù)已有方法的來自噴嘴的油墨響應(yīng)于多脈沖波形而積聚和噴射；圖3是根據(jù)一種實(shí)施方式的壓電噴墨裝置打印頭；圖4是根據(jù)一種實(shí)施方式的噴墨裝置模塊的橫截面?zhèn)纫晥D；圖5示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的用于將油墨滴劑噴射在承印物上以繪制圖像的 按需壓電滴劑打印頭模塊；圖6示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的對應(yīng)于鄰近流動路徑的一系列驅(qū)動電極的頂視 圖；圖7示出了用于利用多脈沖波形驅(qū)動液滴噴射裝置的一種實(shí)施方式的流程圖；圖8示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的單個脈沖波形以及相關(guān)的壓力響應(yīng)波；圖9示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的具有驅(qū)動脈沖和對消脈沖的多脈沖波形以及增 壓室內(nèi)相關(guān)的壓力響應(yīng)波；圖10示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的在具有和不具有對消脈沖時的滴劑速度與頻率 響應(yīng)的關(guān)系圖；圖IlA和圖IlB示出了根據(jù)某些實(shí)施方式的具有驅(qū)動脈沖和對消脈沖的多脈沖波 形以及執(zhí)行器內(nèi)相應(yīng)的壓力響應(yīng)波；圖IlC示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的對于圖IlA和圖IlB中示出的多脈沖波形而言 的滴劑速度與頻率響應(yīng)的關(guān)系圖；圖12示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的具有三個驅(qū)動脈沖和對消脈沖的倒梯形多脈沖 波形；圖13示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的波形的滴劑布局；以及圖14示出了根據(jù)另一種實(shí)施方式的具有三個驅(qū)動脈沖和對消脈沖的倒梯形多脈 沖波形。
具體實(shí)施例方式在此詳細(xì)描述了一種利用多脈沖波形驅(qū)動液滴噴射裝置的方法和設(shè)備。在一種實(shí) 施方式中，用于驅(qū)動具有執(zhí)行器的液滴噴射裝置的方法包括將多脈沖波形施加到執(zhí)行器，該多脈沖波形具有兩個或更多個驅(qū)動脈沖和對消脈沖。所述方法還包括響應(yīng)于每個脈沖， 在增壓室內(nèi)生成壓力響應(yīng)波。所述方法還包括響應(yīng)于與多脈沖波形的驅(qū)動脈沖相關(guān)的一個 或多個壓力響應(yīng)波，使液滴噴射裝置噴射液體液滴。所述方法還包括利用與對消脈沖相關(guān) 的壓力響應(yīng)波來消除與驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波。圖3是根據(jù)一種實(shí)施方式的壓電噴墨裝置打印頭。如圖3所示，打印頭12的1 個單獨(dú)的液滴噴射裝置10(圖3中只顯示了一個)由連續(xù)電壓驅(qū)動以控制單獨(dú)的液滴噴射 裝置10的發(fā)射，所述連續(xù)電壓在供應(yīng)線路14和15上被提供并由板上控制電路19分配。外 部控制器20通過線路14和15提供電壓，并通過另外的線路16來將控制數(shù)據(jù)、邏輯電平以 及時序提供到板上控制電路19。由單獨(dú)的噴射裝置10噴注的油墨可以被傳送以在承印物 18上形成打印線17，所述承印物18在打印頭12下移動。雖然承印物18被顯示為以單程 模式穿過靜止的打印頭12，但可替換地，打印頭12也可以以掃描模式跨過承印物18。圖4是根據(jù)一種實(shí)施方式的噴墨裝置模塊的橫截面?zhèn)纫晥D。參考圖4，每個液滴 噴射裝置10包括位于打印頭12的半導(dǎo)體塊21的上表面上的細(xì)長的增壓室30。該增壓室 30從入口 32 (沿側(cè)面從油墨源34)延伸到下降通道36中的噴嘴流動路徑，所述下降通道 36從塊21的上表面22向下延伸到下層四中的噴嘴口 28。覆蓋每個增壓室30的平面壓 電執(zhí)行器38由從線路14提供的電壓觸發(fā)，并由來自板上電路19的控制信號開啟和關(guān)閉， 以使壓電執(zhí)行器形狀以及腔室30內(nèi)的體積變形，并在與承印物18經(jīng)過打印頭裝置12的相 對運(yùn)動同步的所需時間排出液滴。在入口 32處對每個增壓室30提供限流裝置40。圖5示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的用于將油墨滴劑噴射在承印物上以繪制圖像的 按需壓電滴劑打印頭模塊。該模塊具有一系列間隔很近的噴嘴口，油墨可以從該噴嘴口噴 射。每個噴嘴口由流動路徑提供油墨，該流動路徑包括增壓室，油墨在增壓室中被壓電執(zhí)行 器施加壓力。其他模塊也可以用于在此所述的技術(shù)。參考圖5，其中示出了模塊100中的單個噴注結(jié)構(gòu)的流動路徑的橫截面，油墨通過 供應(yīng)路徑112進(jìn)入模塊100，并被上升空間(ascender) 108引到阻抗元件114和增壓室116。 油墨在流過阻抗元件114之前繞支撐物1 流動。在增壓室內(nèi)油墨被執(zhí)行器122施加壓力， 并通過下降空間(descender) 118導(dǎo)入噴嘴口 120，滴劑從該噴嘴口 120噴射。流動路徑的特征在模塊體124內(nèi)被限定。模塊體124包括基部、噴嘴部和隔板。 所述基部包括硅基層(基部硅層136)。該基部限定了供應(yīng)路徑112、上升空間108、阻抗元 件114、增壓室116和下降空間118的特征。所述噴嘴部由硅層132形成。在一種實(shí)施方 式中，噴嘴硅層132被熔接到基部的硅層136并限定了將油墨從下降空間118導(dǎo)入噴嘴口 120的錐形壁134。所述隔板包括隔板硅層142，該隔板硅層142熔接到基部硅層136，且對 著噴嘴硅層132。在一種實(shí)施方式中，執(zhí)行器122包括具有大約21微米厚度的壓電層140。該壓電 層140也可以被設(shè)計(jì)為其他厚度。壓電層140上的金屬層形成了接地電極152。壓電層140 上的上部金屬層形成驅(qū)動電極156。繞線連接150將接地電極152連接到位于壓電層140 的暴露表面上的接地觸點(diǎn)154。電極斷開處160使接地電極152與驅(qū)動電極156電絕緣。 金屬壓電層140通過粘合層146粘合到硅隔板142。在一種實(shí)施方式中，粘合劑是聚合苯環(huán) 丁烯(BCB)，但也可以是各種其他類型的粘合劑。金屬壓電層140被切斷以限定增壓室116上的有效壓電區(qū)域。特別地，金屬壓電層140被切斷以提供絕緣區(qū)148。在絕緣區(qū)148中，壓電材料從下降空間上的區(qū)域被移除。 該絕緣區(qū)148使噴嘴陣列的任一側(cè)上的執(zhí)行器陣列分開。圖6示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的對應(yīng)于鄰近流動路徑的一系列驅(qū)動電極的頂視 圖。每個流動路徑具有通過窄的電極部170連接到驅(qū)動電極觸點(diǎn)162的驅(qū)動電極156，對所 述驅(qū)動電極觸點(diǎn)162進(jìn)行電連接以用于傳送驅(qū)動脈沖。窄的電極部170位于阻抗元件114 上，并減少了穿過部分不需要被啟動的執(zhí)行器122的電流損失。多個噴注結(jié)構(gòu)可以形成在 單個打印頭模具中。在一種實(shí)施方式中，在制造期間，多個模具同時被形成。PZT部件或元件(例如，執(zhí)行器)被配置成響應(yīng)于由驅(qū)動電子器件施加的驅(qū)動脈沖 來改變增壓室中的液體壓力。對于一種實(shí)施方式，執(zhí)行器從增壓室噴射液體液滴。驅(qū)動電 子器件耦合到PZT部件上。在打印頭模塊的操作期間，執(zhí)行器從增壓室噴射液體液滴。驅(qū) 動電子器件耦合到執(zhí)行器上，其中驅(qū)動電子器件利用多脈沖波形來驅(qū)動執(zhí)行器從而使得執(zhí) 行器響應(yīng)于在增壓室中生成壓力響應(yīng)波來噴射液體液滴，所述多脈沖波形具有兩個或更多 個驅(qū)動脈沖以及對消脈沖，響應(yīng)于每個驅(qū)動脈沖來在增壓室中生成壓力響應(yīng)波。與對消脈 沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波使得與驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波減小，從而減少對生成另外的壓力 響應(yīng)波的隨后的驅(qū)動脈沖的干擾。在一種實(shí)施方式中，至少兩個所噴射的液滴具有不同的 液滴大小，其中每個液滴以大體上相同的有效滴劑速度被噴射。在正常的操作中，壓電元件首先被啟動，以增加增壓室的體積，并且然后，在一段 時間周期之后，該壓電元件被退動(deactuate)，以返回至原始位置。增加增壓室的體積使 得負(fù)壓力波被發(fā)出。該負(fù)壓力起始于增壓室，并向著孔和向著油墨填充通道傳向增壓室的 兩端。當(dāng)負(fù)波達(dá)到增壓室的端部并碰到大區(qū)域的油墨填充通道(該通道與所接近的自由表 面相連通)時，負(fù)波被作為正波反射回到增壓室，傳向孔。壓電元件返回其原始位置也創(chuàng)建 了正波。壓電元件退動的時序使得當(dāng)其正波和所反射的正波到達(dá)孔時相累加。由驅(qū)動脈沖生成的壓力波在噴注裝置中以噴注裝置的自然或諧振頻率來回反射。 壓力波通常從其在增壓室中的原始點(diǎn)傳到噴注裝置的端部，之后傳回至增壓室下，在該處 其將影響隨后的驅(qū)動脈沖。然而，噴注裝置的各部分均會給出局部反射，從而增加了響應(yīng)的 復(fù)雜性。圖7示出了根據(jù)一種實(shí)施方式用于利用多脈沖波形驅(qū)動液滴噴射裝置的過程的流 程圖。用于驅(qū)動具有執(zhí)行器的液滴噴射裝置的過程包括在處理框702處，向執(zhí)行器施加具 有兩個或更多個驅(qū)動脈沖和對消脈沖的多脈沖波形。過程還包括在處理框704處，響應(yīng)于 每個脈沖，在增壓室中生成壓力響應(yīng)波。過程還包括在處理框406處，使得液滴噴射裝置 響應(yīng)于與多脈沖波形的驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波來噴射液體液滴。過程還包括在處理 框408處，利用與對消脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波來消除或大體上減少與驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力 響應(yīng)波。在一些實(shí)施方式中，至少兩個液滴具有不同的液滴大小，其中每個液滴以大體上相 同的有效滴劑速度從噴嘴噴射到目標(biāo)。在一種實(shí)施方式中，所述兩個或更多個驅(qū)動脈沖具有近似相同的頻率。與驅(qū)動脈 沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波彼此同相，并相長地結(jié)合。在該實(shí)施方式中，與對消脈沖相關(guān)的壓力響 應(yīng)波被設(shè)計(jì)為和與驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波異相(例如，90度)，從而同與驅(qū)動脈沖相關(guān) 的壓力響應(yīng)波相消地結(jié)合。在另一種實(shí)施方式中，所述兩個或更多個驅(qū)動脈沖具有不同的頻率?？赡苄枰?外的對消脈沖來消除與具有不同的頻率的驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波。
在一種實(shí)施方式中，液滴噴射裝置響應(yīng)于多脈沖波形的脈沖或響應(yīng)于另外的多脈 沖波形的脈沖噴射另外的液體液滴。波形可以包括一系列連在一起的分段。每個分段可以 包括一定數(shù)量的采樣，該采樣包括固定的時間周期(例如，1至3微秒)和相關(guān)數(shù)量的數(shù)據(jù)。 采樣的時間周期足夠長，以使得驅(qū)動電子器件的控制邏輯在下一波形分段啟用或禁用每個 噴注裝置噴嘴。在一種實(shí)施方式中，波形數(shù)據(jù)作為一系列地址、電壓和標(biāo)志位采樣存儲在表 中，并可以用軟件訪問。波形包括用于產(chǎn)生單個大小的液滴和各種不同大小的液滴所需的 數(shù)據(jù)。例如，波形可以以20千赫(KHz)的頻率操作，并通過可選擇地啟用不同的波形脈沖 來產(chǎn)生三個不同大小的液滴。這些液滴可以以相同的目標(biāo)速度被噴射。圖8示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的單個脈沖波形以及相關(guān)的壓力響應(yīng)波。參考 圖8，施加到執(zhí)行器的輸入脈沖810在增壓室中生成呈指數(shù)衰減的壓力響應(yīng)波820。在一 種實(shí)施方式中，增壓室內(nèi)的壓力響應(yīng)近似模仿了二階微分方程(d2/dt2 χω+2ζ nd/dt x(t) + n2x(t)-脈沖(t) =0)，其中振蕩壓力波的幅度逐漸減小。數(shù)據(jù)信號830對應(yīng)于壓 力響應(yīng)波820。數(shù)據(jù)信號830表示時域圖中的噴注裝置陣列的頻率響應(yīng)。例如，這可以表示 發(fā)射脈沖之間的標(biāo)準(zhǔn)化速度響應(yīng)衰減與時間的關(guān)系。波形通過首先創(chuàng)建初始負(fù)壓力(填充)、并之后在壓力通過增壓室傳播期間將PZT 保持在該位置，從而促使液滴的發(fā)射。當(dāng)壓力波向著噴嘴反射回來時，PZT施加與壓力波的 反射同相的正壓力(發(fā)射)。波形從噴注裝置產(chǎn)生天然的滴劑大小。在發(fā)射該滴劑后，壓力波從噴嘴反射開，并繼續(xù)在腔室中振蕩，該壓力波可以對下 一發(fā)射脈沖進(jìn)行干擾。為了減小壓力波，對消脈沖施加與所反射的壓力波異相的正壓力。正 壓力波對所反射的壓力波進(jìn)行干擾，從而將其抵消。之后，增壓室已為下一發(fā)射脈沖準(zhǔn)備就 緒。圖9示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的具有驅(qū)動脈沖和對消脈沖的多脈沖波形以及增 壓室內(nèi)相關(guān)的壓力響應(yīng)波。參考圖9，輸入脈沖910根據(jù)前述二階微分方程來生成通常呈 指數(shù)衰減的壓力響應(yīng)波920。然而，與對消脈沖940相關(guān)的壓力響應(yīng)波可減小壓力響應(yīng)波 920，以創(chuàng)建壓力響應(yīng)波950，該壓力響應(yīng)波950具有大約為0的幅度，并且不會對隨后的輸 入脈沖進(jìn)行干擾。與數(shù)據(jù)信號830和相應(yīng)地壓力響應(yīng)波820類似的方式，數(shù)據(jù)信號930對 應(yīng)于壓力響應(yīng)波920。注意，數(shù)據(jù)信號930不被對消脈沖940影響。數(shù)據(jù)信號930表示時域 圖中的噴注裝置陣列的頻率響應(yīng)。圖10示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的在具有和不具有對消脈沖時的滴劑速度與頻率 響應(yīng)的關(guān)系圖。頻率響應(yīng)通過以設(shè)定電壓在頻率范圍中發(fā)射波形并測量每個頻率下從發(fā)射 脈沖發(fā)出到離噴射噴嘴一定距離(例如，0. 5毫米(mm)，1. 0毫米)的滴劑速度來測量。圖 10示出了噴注裝置內(nèi)的聲能如何傳播以及聲能如何影響性能以及整個頻率范圍內(nèi)的性能 均勻性。參考圖10，曲線1010表示沒有對消脈沖時打印頭的頻率響應(yīng)。相反，曲線1020表 示有對消脈沖時打印頭的頻率響應(yīng)。與曲線1010相比，曲線1020變化更小，從而噴射速度 更加均勻。對消脈沖減小了剩余的壓力響應(yīng)波，從而在整個頻率范圍內(nèi)改善了噴射速度。打 印頭之間的速度均勻性是好的圖像質(zhì)量的重要度量。在一種實(shí)施方式中，打印頭具有所有 噴注裝置的標(biāo)準(zhǔn)偏差，該標(biāo)準(zhǔn)偏差小于在標(biāo)準(zhǔn)測量條件下的平均速度的百分之十。圖IlA和圖IlB示出了根據(jù)某些實(shí)施方式的多脈沖波形(每個多脈沖波形均具有 驅(qū)動脈沖和對消脈沖)以及執(zhí)行器內(nèi)相應(yīng)的壓力響應(yīng)波。在圖IlA中，輸入脈沖1110根據(jù)前述二階微分方程來生成通常呈指數(shù)衰減的壓力響應(yīng)波1120。然而，對消脈沖1130以及相 關(guān)的壓力響應(yīng)波1140會減小壓力響應(yīng)波1120，該壓力響應(yīng)波1120在對消脈沖1130發(fā)射之 后具有大約為0的幅度并且不會對隨后的輸入脈沖進(jìn)行干擾。以與圖IlA相似的方式，圖IlB示出了生成通常將呈指數(shù)衰減的壓力響應(yīng)波1160 的輸入脈沖1150。然而，對消脈沖1170和相關(guān)的壓力響應(yīng)波1180會減小壓力響應(yīng)波1160， 該壓力響應(yīng)波1160在對消脈沖1170發(fā)射之后具有大約為0的幅度并且不會對隨后的輸入 脈沖進(jìn)行干擾。圖IlC示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的對于圖10、圖IlA和圖IlB中示出的對消脈沖 而言的滴劑速度與頻率響應(yīng)的關(guān)系圖。曲線1190、1192和1194表示具有不同類型的對消 脈沖的噴墨裝置在整個頻率范圍內(nèi)的液滴速度的變化。曲線1190是圖IlA中示出的驅(qū)動 和對消脈沖的頻率響應(yīng)。曲線1192是圖IlB中示出的驅(qū)動和對消脈沖的頻率響應(yīng)。曲線 1194是圖9中示出的驅(qū)動和對消脈沖的頻率響應(yīng)。上述對消脈沖使剩余的壓力響應(yīng)波減小，從而改善整個頻率范圍內(nèi)的噴射速度。 對消脈沖的脈沖寬度、脈沖幅度、對消脈沖的延遲以及符號(正或負(fù)電壓)全都可以改變， 以影響頻率響應(yīng)。圖12示出了根據(jù)另一種實(shí)施方式的具有三個驅(qū)動脈沖和對消脈沖的倒梯形多脈 沖波形。該波形包括驅(qū)動脈沖1202、1204、1206和對消脈沖1208。波形1200使得執(zhí)行器在 施加電壓的時間周期期間發(fā)射，并在釋放電壓的時間周期期間填充。填充發(fā)生在階段1210、 1230和1250。發(fā)射發(fā)生在階段1220、·和1260。填充和發(fā)射之間的延遲是脈沖寬度。 在一種實(shí)施方式中，脈沖寬度是脈沖改變開始到下一脈沖改變開始之間的延遲。在另一種實(shí)施方式中，階段1210創(chuàng)建初始負(fù)壓力(填充)，然后隨著壓力波通過增 壓室傳播，執(zhí)行器保持在該位置。當(dāng)壓力波在腔室的端部反射時，執(zhí)行器施加階段1220的 正壓力(發(fā)射)以生成與所反射的壓力波同相的另一個壓力波，從而壓力波相長地結(jié)合。以 類似的方式，階段1230和1250生成在腔室的端部反射的負(fù)壓力波。階段1240和1260生 成與所反射的壓力波同相的正壓力波。驅(qū)動脈沖1202、1204和1206生成噴墨裝置的天然 滴劑大小。在一種實(shí)施方式中，菱形定義了分段端點(diǎn)，該分段端點(diǎn)與驅(qū)動脈沖相關(guān)。階段1260生成壓力波，該壓力波在腔室的端部反射，并繼續(xù)在腔室內(nèi)振蕩，該壓 力波可以對下一發(fā)射脈沖進(jìn)行干擾。為了減小壓力波和其他剩下的壓力波，對消脈沖1208 施加與所反射的壓力波異相的正壓力。正壓力波對所反射的壓力波以相消地方式進(jìn)行干 擾，從而抵消所反射的壓力波。延遲階段1262使發(fā)射階段1260和對消脈沖1208分開。對于一種實(shí)施方式，延遲 階段是3至8微秒。在另外的驅(qū)動脈沖被施加到執(zhí)行器以噴射另一個液滴之前，對消脈沖 可以維持在恒定的電壓(例如，20伏)15至25微秒。在一種實(shí)施方式中，波形1200需要 35微秒的時間周期來用于三個驅(qū)動脈沖和一個對消脈沖，從而產(chǎn)生液滴并減少壓力波之間 的干擾。從而，波形1200可以被用于高頻應(yīng)用(例如，高達(dá)^kHz),從而有利提供阻尼來減 小反射波，減小剩下的壓力波的形成，并在較寬的操作頻率范圍內(nèi)提供更均勻的液滴體積 和速度。圖13示出了根據(jù)一種實(shí)施方式的波形1200的滴劑布局。該波形1200使用三個 驅(qū)動脈沖來生成三個液滴，該三個液滴在脫離噴嘴后合并，并且在形成單個噴射液滴之前不分離成單獨(dú)的液滴。圖13中示出的每個時間片(例如，10微秒、15微秒)均是在關(guān)于波 形1200的初始所示的時間處采集的圖像。波形1200的另外的優(yōu)點(diǎn)是消除了上述在圖2的 50至75毫秒時間片中示出的彎液面回彈。彎液面回彈可以以7至SkHz的頻率振蕩，并影 響打印頭的頻率響應(yīng)。與圖2相反，圖13沒有與噴嘴中的油墨保持相連并來回振蕩的油墨 液滴部分。所噴射的液滴利落地脫落，并且油墨彎液面在噴嘴內(nèi)后退。對消脈沖消除了與 驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力波，從而消除了與所噴射的液滴相關(guān)的彎液面回彈。圖14示出了根據(jù)另一種實(shí)施方式的具有三個驅(qū)動脈沖和對消脈沖的倒梯形多脈 沖波形。該波形包括驅(qū)動脈沖1402、1404、1406以及對消脈沖1408。波形1400使得執(zhí)行 器在施加電壓的時間周期期間發(fā)射，并在釋放電壓的時間周期期間填充。填充發(fā)生在階段 1410、1430 和 1450。發(fā)射發(fā)生在階段 1420、1440 和 1460。在一種實(shí)施方式中，階段1410創(chuàng)建初始負(fù)壓力(填充)，然后隨著壓力波通過增壓 室傳播，執(zhí)行器保持在該位置。當(dāng)壓力波在腔室的端部反射時，執(zhí)行器施加階段1220的正 壓力(發(fā)射)，以生成與所反射的壓力波同相的另一個壓力波，從而壓力波相長地結(jié)合。以 類似的方式，階段1430和1450生成在腔室的端部反射的負(fù)壓力波。階段1440和1460生 成與所反射的壓力波同相的正壓力波。驅(qū)動脈沖1402、1404和1406生成噴墨裝置的天然 滴劑大小。階段1460生成壓力波，該壓力波在腔室的端部反射，并繼續(xù)在腔室內(nèi)振蕩，該壓 力波可以對下一發(fā)射脈沖進(jìn)行干擾。為了減小壓力波和其他剩下的壓力波，對消脈沖1408 施加與所反射的壓力波異相的正壓力。正壓力波對所反射的壓力波以相消地方式進(jìn)行干 擾，從而抵消所反射的壓力波。波形1400可以被用于各種高頻應(yīng)用(例如，高達(dá)33kHz)，從而有利提供阻尼來減 小反射波，減小剩下的壓力波的形成，并在較寬的操作頻率范圍內(nèi)提供更均勻的液滴體積 和速度。波形中一個或多個對消脈沖的各種參數(shù)(例如，幅度、相位)的控制和設(shè)計(jì)減小了 剩下的壓力波對由隨后的脈沖生成的壓力波的干擾。這允許了每個滴劑大小的改良滴劑形 成，實(shí)現(xiàn)了對滴劑速度的改良控制，減小和/或消除了彎液面回彈，并實(shí)現(xiàn)了寬范圍頻率的 油墨噴注操作。應(yīng)該理解，上述描述意在舉例說明，而不是限制性的。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來 說，在閱讀和理解上述說明的基礎(chǔ)上，許多其他實(shí)施方式是顯而易見的。所以，本發(fā)明的范 圍應(yīng)該參考所附權(quán)利要求以及這些權(quán)利要求享有權(quán)利的等價物的全部范圍來確定。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動具有執(zhí)行器的液滴噴射裝置的方法，該方法包括 將具有兩個或更多個驅(qū)動脈沖和對消脈沖的多脈沖波形施加到所述執(zhí)行器； 使所述液滴噴射裝置響應(yīng)于與所述多脈沖波形中的驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波來噴射液體液滴；以及利用與所述對消脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波來消除與所述驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中利用與所述對消脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波來消除與 所述驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波降低了對生成另外的壓力響應(yīng)波的隨后的驅(qū)動脈沖的干 擾。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述兩個或更多個驅(qū)動脈沖具有實(shí)質(zhì)上相同的頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述對消脈沖在所述兩個或更多個驅(qū)動脈沖對脈 沖進(jìn)行驅(qū)動后被發(fā)射。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中與所述驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波彼此同相，并 相長地結(jié)合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中與所述對消脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波同與所述驅(qū)動 脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波異相，從而相消地結(jié)合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多脈沖波形包括三個驅(qū)動脈沖和一個對消脈沖。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多脈沖波形包括三個驅(qū)動脈沖和兩個對消脈沖。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述對消脈沖消除了與所述驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力 波，以防止與所噴射的液滴相關(guān)的彎液面回彈。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述執(zhí)行器可操作用于響應(yīng)于所述驅(qū)動脈沖來 改變所述增壓室中的液體壓力。
11.一種設(shè)備，該設(shè)備包括執(zhí)行器，該執(zhí)行器用于從增壓室噴射液滴；以及驅(qū)動電子器件，該驅(qū)動電子器件耦合到所述執(zhí)行器上，其中在操作期間，所述驅(qū)動電子 器件利用具有兩個或更多個驅(qū)動脈沖和對消脈沖的多脈沖波形來驅(qū)動所述執(zhí)行器，從而使 所述執(zhí)行器響應(yīng)于所述執(zhí)行器中的壓力響應(yīng)波來噴射液體液滴，該壓力響應(yīng)波響應(yīng)于每個 驅(qū)動脈沖來被生成，其中所述對消脈沖減小了與所述驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波，從而降 低了對生成另外的壓力響應(yīng)波的隨后的驅(qū)動脈沖的干擾。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述液滴噴射裝置用于噴射具有不同液滴大小 的至少三個液滴，其中每個液滴以實(shí)質(zhì)上相同的有效滴劑速度被噴射。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述多脈沖波形具有在時間周期期間發(fā)射的 三個驅(qū)動脈沖和一個對消脈沖，以使得所述執(zhí)行器響應(yīng)于所述驅(qū)動脈沖來噴射所述液體液 滴。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述三個驅(qū)動脈沖和對消脈沖發(fā)射的時間周期 持續(xù)時間小于六十微秒。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述兩個或更多個驅(qū)動脈沖具有實(shí)質(zhì)上相同的頻率。
16.一種打印頭，該打印頭包括噴墨裝置模塊，該噴墨裝置模塊包括執(zhí)行器，該執(zhí)行器用于從增壓室噴射液滴；以及驅(qū)動電子器件，該驅(qū)動電子器件耦合到所述執(zhí)行器上，其中在操作期間，所述驅(qū)動電子 器件利用具有兩個或更多個驅(qū)動脈沖和對消脈沖的多脈沖波形來驅(qū)動所述執(zhí)行器，從而使 所述執(zhí)行器響應(yīng)于所述執(zhí)行器中的壓力響應(yīng)波來噴射液體液滴，該壓力響應(yīng)波響應(yīng)于每個 驅(qū)動脈沖來被生成，其中所述對消脈沖減小了與所述驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波，從而降 低了對生成另外的壓力響應(yīng)波的隨后的驅(qū)動脈沖的干擾。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的打印頭，其中所述多脈沖波形具有在時間周期期間發(fā)射的 三個驅(qū)動脈沖和一個對消脈沖，以使得所述執(zhí)行器響應(yīng)于所述驅(qū)動脈沖來噴射所述液體液 滴。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的打印頭，其中所述對消脈沖在所述三個驅(qū)動脈沖之后被發(fā) 射，以減小所述壓力響應(yīng)波，從而降低了對生成另外的壓力響應(yīng)波的隨后的驅(qū)動脈沖的干 擾。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的打印頭，其中與所述驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波彼此同 相，并相長地結(jié)合。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的打印頭，其中與所述對消脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波被設(shè)計(jì)為 同與所述驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波異相，從而相消地結(jié)合。
全文摘要
在此描述了一種用于利用多脈沖波形來驅(qū)動液滴噴射裝置的方法和設(shè)備。在一種實(shí)施方式中，用于驅(qū)動具有執(zhí)行器的液滴噴注裝置的方法包括將具有兩個或更多個驅(qū)動脈沖和對消脈沖的多脈沖波形施加到執(zhí)行器。該方法還包括響應(yīng)于每個脈沖，在增壓室中生成壓力響應(yīng)波。該方法還包括使液滴噴射裝置響應(yīng)于多脈沖波形的驅(qū)動脈沖來噴射液體液滴。該方法還包括利用與所述對消脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波來消除與驅(qū)動脈沖相關(guān)的壓力響應(yīng)波。
文檔編號B41J2/11GK102089150SQ200980118698
公開日2011年6月8日 申請日期2009年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者R·哈森拜恩, W·R·小萊滕德雷 申請人:富士膠片戴麥提克斯公司