CN103802474B - 打印头的驱动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种打印头的驱动控制方法，该方法包括：输入驱动电压，所述驱动电压的驱动波形由非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形组成；在所述非喷墨驱动波形作用下，所述压电元件完成第一次振动并在打印头的压力腔室内形成第一压力波；在喷墨驱动波形作用下，所述压电元件完成第二次振动并在所述打印头的压力腔室形成第二压力波，在所述第二压力波的作用下所述打印头完成一次液体喷射，本发明解决了现有技术中当打印头的喷孔密度增多情况下，若需实现更大墨滴的喷射时，需过大的驱动电压的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种打印技术，特别涉及一种打印头的驱动控制方法。
背景技术
现有压电式打印头结构如1所示，图1是现有的压电式打印头结构示意图，图2为图1中压电式打印头结构的俯视图，该结构包括：压力腔室1，设置在压力腔室下方与压力腔室相连的喷孔板2，该喷孔板上具有喷孔3，与压力腔室1连接的进墨通道4，压力腔室1上方与压力腔室相连接的振动板5，设置在振动板5表面的压电元件6，该压电元件6包括有下电极7，压电材料层8和上电极9。其中下电极7和上电极9分别与电源的正负极相连接，当对上述电极施加一个驱动电压时，压电元件6产生瞬间的应力作用于振动板5，使振动板5产生一定量的形变，液体从供墨通道4流入到压力腔室1中，当驱动电压反方向施加到压电元件时，压电元件6发生产生的应力作用于振动板5，使振动板5反方向产生一定量的形变，此时压力腔室1内的压力增高，因此部分墨水在压力腔室1内通过喷孔3喷出，完成一次喷射，喷射到打印介质上从而形成打印图像。
现有的打印头连续喷墨的原理是：在打印时间内，打印机对压电元件6输入连续的具有一定周期性的驱动电压，在每个周期的驱动电压作用下，压电元件6产生应力作用在振动板5致使振动板5产生形变，进而导致压力腔室1压缩或膨胀，压力腔室1的膨胀和收缩导致墨水在压力腔室1内的流动，当压力腔室1的形变达到一定值时，墨水从喷孔3喷出，喷射到打印介质上形成打印图像。由于压电式打印头采用压电薄膜作为振动源，所以可以通过调节加载在压电元件两端的电压来控制压电元件6的振动状态，以此控制压电元件的振动状态来控制墨水的喷射量和喷射时墨滴的飞行速度。
然而当打印头喷孔密度增加时，打印头单个压电元件的尺寸就会减小，在压电元件性能不变的前提下，减小压电元件的尺寸一定程度上降低了压电元件的振动量，如采用现有的调节电压的技术实现更大墨滴的喷射，就需要更大的驱动电压来实现，然而过大的驱动电压会造成压电元件的损坏，打印机的功耗也相应增加。
发明内容
本发明提供一种打印头的驱动控制方法，解决了现有技术中当打印头的喷孔密度增多情况下，若需实现更大墨滴的喷射时，需过大的驱动电压的技术问题。
本发明提供一种一种打印头的驱动控制方法，所述方法包括：
输入驱动电压，所述驱动电压用于驱动所述打印头中的压电元件振动以使所述打印头的压力腔室内形成压力波，所述驱动电压的驱动波形由非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形组成；
在所述非喷墨驱动波形作用下，所述压电元件完成第一次振动并在打印头的压力腔室内形成第一压力波；
在喷墨驱动波形作用下，所述压电元件完成第二次振动并在所述打印头的压力腔室形成第二压力波，其中所述第二压力波为所述压电元件在所述第二次振动形成的压力波与所述第一压力波在振动方向相同时叠加而成的压力波；
在所述第二压力波的作用下所述打印头完成一次液体喷射。
如上所述的打印头的驱动控制方法，优选的是，所述非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形之间设有电压间歇段，所述电压间歇段的电压为零，所述电压间歇段用于保证所述压电元件完成所述第二振动形成的压力波的振动方向与所述第一压力波的振动方向相同。
如上所述的打印头的驱动控制方法，优选的是，所述非喷墨驱动波形包括：
第一电压上升部分、第一电压持续部分和第一电压下降部分。
如上所述的打印头的驱动控制方法，优选的是，所述喷墨驱动波形包括：
第一电压上升部分，第一电压持续部分，第一电压下降部分，第二电压持续部分，第二电压上升部分。
如上所述的打印头的驱动控制方法，优选的是，所述驱动电压的驱动波形是以所述非喷墨驱动波形和所述喷墨驱动波形为一个周期，所述驱动波形的周期为17.5微秒。
如上所述的打印头的驱动控制方法，优选的是，在所述第二压力波的作用下所述打印头完成一次液体喷射之后，还包括：
所述压电元件在下一周期的非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形作用下，所述打印头完成下一次液体喷射。
本发明提供的打印头的驱动控制方法，通过输入包含有非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形的驱动电压，在所述非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形作用下，使压力腔室内形成的两次压力波在振动方向相同时进行了叠加，从而使形成的压力波具有更大的振幅以使打印头压力腔室内的液体更多地从喷孔喷出，解决了现有技术中当打印头的喷孔密度增多情况下，若需实现更大墨滴的喷射时，需过大的驱动电压的技术问题。
附图说明
图1是现有的压电式打印头结构示意图；
图2为图1中压电式打印头结构的俯视图；
图3为现有技术中驱动电压的驱动波形的示意图；
图4为本发明打印头的驱动控制方法实施例的流程图；
图5为本发明打印头的驱动控制方法的驱动波形示意图；
图6为图3与图5中的驱动波形的对比图；
图7为在现有驱动波形下的喷孔压力的示意图；
图8为本发明驱动波形下喷孔压力的示意图。
具体实施方式
本实施例中，所述打印头的结构可以参照图1，图3为现有技术中驱动电压的驱动波形的示意图，图4为本发明打印头的驱动控制方法实施例的流程图；图5为本发明打印头的驱动控制方法的驱动波形示意图，图6为图3与图5中的驱动波形的对比图，如图3所示，现有技术中，用于驱动压电元件6振动的驱动波形由第一压力上升部分t1，第一压力持续部分t2，第一压力下降部分t3，第二压力持续部分t4，第二压力上升部分t5组成，压电元件6在该驱动波形的作用下完成了一次振动，产生的压力挤压墨水从喷孔3排出以完成一次喷射，但在该驱动波形的作用下，为达到一定的喷射压力就需要足够大的电压以保证压电元件振动时能产生足够的位移，其中，现有技术中若要完成3.5pL的喷射量需要电压在25V到30V之间，而本发明提供的打印头的驱动控制方法能够保证较大的喷射量的情况下，有效地较少驱动电压的大小。
如图4所示，本发明打印头的驱动控制方法包括：
步骤401、输入驱动电压，所述驱动电压用于驱动所述打印头中的压电元件振动以使所述打印头的压力腔室内形成压力波，所述驱动电压的驱动波形由非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形组成。
在本实施例中，驱动电压的驱动波形是以非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形为一个周期，如图6所示，本发明的驱动电压的驱动波形周期与现有技术中的驱动波形周期是相同，都为17.5微秒，且在本实施例中，本发明的驱动电压与现有技术的驱动电压大小比可以为：1:1.5，而本发明非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形的电压是相同。
步骤402、在所述非喷墨驱动波形作用下，所述压电元件完成第一次振动并在打印头的压力腔室内形成第一压力波；
在本实施例中，如图5所示，非喷墨驱动波形包括第一电压上升部分t6，第一电压持续部分t7，和第一电压下降部分t8，非喷墨驱动波形中的第一电压上升部分t6施加到压电元件6上时，压电元件6向相对于喷孔3方向的反方向运动，第一电压持续部分t7施加到压电元件6上时，压电元件6保持静止不动，直到第一电压下降部分施加t8到压电元件6上时，压电元件6向相对于喷孔3方向运动，因此经过非喷墨驱动波形部分后，压电元件6完成了第一次振动过程，在打印头的压力腔室1内形成第一压力波，但在该振动过程中第一压力波的压力不足以使墨水从喷孔处喷出，但形成的第一压力波在打印头压力腔室1内振荡以准备与下一次压电元件6振动形成的压力波相叠加做准备。
步骤403、在喷墨驱动波形作用下，所述压电元件完成第二次振动并在所述打印头的压力腔室形成第二压力波，其中所述第二压力波为所述压电元件在所述第二次振动形成的压力波与所述第一压力波在振动方向相同时叠加而成的压力波；
在本实施例中，喷墨驱动波形包括第一电压上升部分t9，第一电压持续部分t10，第一电压下降部分t11，第二电压持续部分t12，第二电压上升部分t13，当喷墨驱动波形部分中第一电压上升t9部分施加到压电元件6上时，压电元件6向相对于喷孔3方向的反方向运动，第一电压持续部分t10施加到压电元件6上时，压电元件6保持静止不动，直到第一电压下降部分t11施加到压电元件6上时压电元件6向喷孔3方向运动，当第二电压持续部分t12施加到压电元件6上时压电元件6再一次保持静止不动，直到第二电压下降部分t13施加到压电元件6上时，压电元件6再一次向相对于喷孔方向的反方向运动，在该喷墨驱动部分作用下，压电元件6完成了第二次振动过程，并在所述打印头的压力腔室形成第二压力波，第二压力波为所述压电元件在所述第二次振动形成的压力波与所述第一压力波在振动方向相同时叠加而成的压力波。
在本实施例中，所述非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形之间设有电压间歇段（如图5所示的t8和t9之间的直线段），所述电压间歇段的电压为零，在本实施例中，驱动波形是以非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形为一个周期，其周期为17.5微秒，其中非喷射波形部分的持续时间为4.5微秒，喷射波形部分的持续时间为10.5微秒，喷射部分和非喷射部分中间的电压间歇段时长为2.5微秒，所述电压间歇段用于保证所述压电元件完成所述第二振动形成的压力波的振动方向与所述第一压力波的振动方向相同，即在步骤402中在打印头的压力腔室1内形成了第一压力波在电压间歇段后的振动方向与所述压电元件完成所述第二次振动形成的压力波的振动方向相同，根据波的叠加原理，第一压力波与第二次振动形成的压力波叠加后的第二压力波振幅更大，并具备更高的能量，作用于喷孔的压力更大。
步骤404、在所述第二压力波的作用下所述打印头完成一次液体喷射。
在本实施例中，打印头压力腔室1内的墨水在第二压力波的作用下从喷孔3喷出，完成一次液体喷射，喷射出去的墨水打印在打印介质上形成打印图像。
本发明提供的打印头的驱动控制方法，通过输入包含有非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形的驱动电压，在所述非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形作用下，使压力腔室内形成的两次压力波在振动方向相同时进行了叠加，从而使形成的压力波具有更大的振幅以使打印头压力腔室内的液体更多地从喷孔喷出，解决了现有技术中当打印头的喷孔密度增多情况下，若需实现更大墨滴的喷射时，需过大的驱动电压的技术问题。
在上述实施例的基础上，本实施例根据上述的方法，对所述打印头内的喷孔处的压力进行了测定，测定结果如图7和图8所示，图7为在现有驱动波形下的喷孔压力的示意图，图8为本发明驱动波形下喷孔压力的示意图，其中在图8中所用的驱动电压为20V，在图7中所用的驱动电压为30V，图7和图8中所使用的打印头的结构是相同的，图1所示，同时具有相同参数，具体为：振动板5宽度为55微米，厚度为1微米，材料为二氧化硅，压力腔室1高度为70微米，宽度为55微米，材料为单晶硅，压电元件6厚度为1微米，包括上电极9和下电极7，其中上电极9和下电极7厚度为50到100纳米，材料为pt或者Ir，压力材料为pzt材料，同时喷孔3直径为26微米，喷孔长度为100微米，材料为不锈钢。
从图7可以看出，在图3所示的驱动波形下，在第一波峰位置下喷孔压力为p1，第一波谷位置下喷孔压力为p2和第二波峰位置下喷孔压力为p3，根据实验结果得到，p1值为0.7050×105[pa]，p2值为-1.1892×105[pa]，p3值为1.015×105[pa]，其中p2为喷射时喷孔最大压力，p1和p3不作为喷射所用压力。
从图8可以看出，在图5所示的驱动波形下，在第一波峰位置下喷孔压力为p1，第一波谷位置下喷孔压力p2，第二波峰位置下喷孔压力p3和第二波位置下喷孔压力p4，根据实验结果p1值为0.302×105[pa]，p2值-0.5210×105[pa]，p3值0.74×105[pa]，p4值为-1.225×105[pa]，其中p4为喷射时喷孔最大压力，p2由于压力不够大不能使墨水喷射，这与该驱动波形原理相符合。
表1为图7与图8中喷射时喷孔压力对比表，如表1所示：
表1为图7与图8中喷射时喷孔压力对比表
| 喷孔喷射压力(pa) | 所加载驱动电压（V） |
| 现有技术 | 1.1892×105 | 30 |
| 本发明 | 1.225×105 | 20 |
从表1中可以看出，当本发明的驱动波形的电压与现有技术的驱动波形的电压比为1:1.5时，喷孔两者喷射压力基本相等（当喷孔的喷射压力相等时，喷孔喷出的液体喷射量也是相同），因此可以得到，当喷孔的喷射量基本相等时，使用本发明的驱动波形驱动压电元件能够有效地减小驱动电压大小，解决了背景技术中提到的技术问题。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (1)
1.一种打印头的驱动控制方法，其特征在于，所述方法包括：
输入驱动电压，所述驱动电压用于驱动所述打印头中的压电元件振动以使所述打印头的压力腔室内形成压力波，所述驱动电压的驱动波形由非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形组成；
在所述非喷墨驱动波形作用下，所述压电元件完成第一次振动并在打印头的压力腔室内形成第一压力波；
在喷墨驱动波形作用下，所述压电元件完成第二次振动并在所述打印头的压力腔室形成第二压力波，其中所述第二压力波为所述压电元件在所述第二次振动形成的压力波与所述第一压力波在振动方向相同时叠加而成的压力波；
在所述第二压力波的作用下所述打印头完成一次液体喷射；
所述非喷墨驱动波形和喷墨驱动波形之间设有电压间歇段，所述电压间歇段的电压为零，所述电压间歇段用于保证所述压电元件完成所述第二次振动形成的压力波的振动方向与所述第一压力波的振动方向相同；
所述非喷墨驱动波形包括：第一电压上升部分、第一电压持续部分和第一电压下降部分；
所述喷墨驱动波形包括：第一电压上升部分，第一电压持续部分，第一电压下降部分，第二电压持续部分，第二电压上升部分；
所述驱动电压的驱动波形是以所述非喷墨驱动波形和所述喷墨驱动波形为一个周期，所述驱动波形的周期为17.5微秒。
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