CN108621559A - 喷墨头、喷墨记录装置以及喷出方法 - Google Patents

喷墨头、喷墨记录装置以及喷出方法 Download PDF

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Abstract

一种喷墨头、喷墨记录装置以及喷出方法，能够通过一次的喷出动作喷出多个液滴。根据实施方式，喷墨头具备致动器和控制部。致动器使填充墨水的压力室扩张或收缩。控制部对所述致动器施加使所述压力室扩张的扩张信号之后再施加使所述压力室收缩的收缩信号，并在施加有所述收缩信号的期间对所述致动器施加中间信号，所述中间信号使所述压力室收缩比通过所述收缩信号收缩的体积小的体积。

Description

喷墨头、喷墨记录装置以及喷出方法
技术领域
本发明的实施方式涉及喷墨头、喷墨记录装置以及喷出方法。
背景技术
在图像形成装置的喷墨头中，存在通过使填充了墨水的压力室扩张、收缩来喷出墨水的喷墨头。这种喷墨头连续地喷出墨水而形成图像。
喷墨头通过一次喷出动作(一次收缩和扩张动作)喷出1滴液滴。
以往，喷墨头存在无法通过一次喷出动作喷出多滴的问题。
发明内容
发明所要解决的技术问题
为了解决上述技术问题，提供能够通过一次喷出动作喷出多个液滴的喷墨头、喷墨记录装置以及喷出方法。
用于解决技术问题的方案
根据实施方式之一的喷墨头，其特征在于，具备致动器和控制部。致动器使填充墨水的压力室扩张或收缩。控制部对所述致动器施加使所述压力室扩张的扩张信号之后再施加使所述压力室收缩的收缩信号，并在施加有所述收缩信号的期间对所述致动器施加中间信号，所述中间信号使所述压力室收缩比通过所述收缩信号收缩的体积小的体积。
根据实施方式之一的喷墨记录装置，其特征在于，具备：输送部，输送记录介质；以及上述的喷墨头。
根据实施方式之一的喷出墨水的喷出方法，其特征在于，对使填充所述墨水的压力室扩张或收缩的致动器施加使所述压力室扩张的扩张信号，对所述致动器施加使所述压力室收缩的收缩信号，在施加所述收缩信号的期间，对所述致动器施加使所述压力室再次收缩的中间信号。
附图说明
图1是示出实施方式的喷墨打印机的硬件构成的框图。
图2示出实施方式的喷墨头的立体图的例子。
图3是实施方式的喷墨头的横剖视图。
图4是实施方式的喷墨头的纵剖视图。
图5是示出实施方式的头驱动电路的构成例的框图。
图6是示出实施方式的喷墨头的动作例的图。
图7是实施方式的对致动器施加的脉冲的时序图的例子。
附图标记说明：
1：第一压电构件；2：第二压电构件；4：电极；8：喷嘴；12：驱动器IC；15(15a至15c)：压力室；16：致动器；16a及16b：分隔壁；100：喷墨头；101：头驱动电路；102：信道组；200：喷墨打印机；206：输送电机；301：图案生成器；303：驱动信号生成部；304：开关电路。
具体实施方式
以下，使用附图对实施方式的喷墨打印机(喷墨记录装置)进行说明。使用图1对喷墨打印机200(以下简称为打印机200)的构成进行说明。图1是示出打印机200的硬件构成的框图。打印机200例如适用于办公室用打印机、条形码打印机、POS用打印机、工业用打印机等。
打印机200具备CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)201、ROM(ReadOnly Memory：只读存储器)202、RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)203、操作面板204、通信接口205、输送电机(输送部)206、电机驱动电路207、泵208、泵驱动电路209以及喷墨头100。另外，打印机200包括地址总线、数据总线等总线211。并且，打印机200将CPU201、ROM202、RAM203、操作面板204、通信接口205、电机驱动电路207、泵驱动电路209以及喷墨头100的头驱动电路101分别直接地或者经由输入输出电路连接到该总线211。
CPU201相当于计算机的中枢部分。CPU201按照操作系统、应用程序软件来控制要实现作为打印机200的各种功能的各部分。
ROM202相当于上述计算机的主存储部分。ROM202存储上述的操作系统、应用程序软件。ROM202有时也存储关于CPU201执行用于控制各部分的处理所需的数据。
RAM203相当于上述计算机的主存储部分。RAM203存储关于CPU201执行处理所需的数据。另外，RAM203还用作通过CPU201适当地改写信息的工作区域。工作区域包括展开印刷数据的图像存储器。
操作面板204具有操作部和显示部。操作部配置了电源键、供纸键、错误解除键等功能键。显示部可以显示打印机200的各种状态。
通信接口205从经由LAN(Local Area Network：局域网)等网络连接的客户终端接收印刷数据。通信接口205例如当在打印机200中产生错误时，将通知错误的信号发送到客户终端。
电机驱动电路207控制输送电机206的驱动。输送电机206作为输送印刷纸张等记录介质的输送机构的驱动源发挥功能。当输送电机206驱动时，输送机构开始输送记录介质。输送机构将记录介质输送到喷墨头100的印刷位置为止。输送机构将结束了印刷的记录介质从未图示的排出口排出到打印机200的外部。
泵驱动电路209控制泵208的驱动。当泵208驱动时，未图示的墨罐内的墨水被供应到喷墨头100。
头驱动电路101基于印刷数据来驱动喷墨头100的信道(channel)组102。
以下使用附图对实施方式的喷墨头进行说明。在实施方式中，例示共享模式类型的喷墨头100(参照图2)。以喷墨头100向纸张喷出墨水的情况进行说明。此外，被喷墨头100喷出墨水的印刷介质不限于特定的构成。
接着，使用图2至图4对喷墨头100的构成进行说明。图2是将喷墨头100的一部分分解后进行示出的立体图。图3是喷墨头100的横剖视图。图4是喷墨头100的纵剖视图。
喷墨头100具有基底基板9。喷墨头100将第一压电构件1接合于基底基板9的前方侧的上表面，将第二压电构件2接合于第一压电构件1上。如用图3的箭头所示，被接合的第一压电构件1和第二压电构件2沿着板厚方向向相互相反的方向分极。
基底基板9使用介电常数小且与第一压电构件1和第二压电构件2的热膨胀率的差值小的材料形成。作为基底基板9的材料，例如可以是氧化铝(Al203)、氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)或锆钛酸铅(PZT)等。作为第一压电构件1和第二压电构件2的材料，可使用锆钛酸铅(PZT)、铌酸锂(LiNbO3)或钽酸锂(LiTaO3)等。
在喷墨头100中，从接合后的第一压电构件1和第二压电构件2的前端侧朝向后端侧地设置多个长条的槽3。各槽3的间隔恒定且各槽3平行。各槽3的前端开口，后端向上方倾斜。
喷墨头100在各槽3的侧壁和底面设置电极4。电极4是镍(Ni)和金(Au)的两层结构。电极4例如通过电镀法在各槽3内均匀地成膜。电极4的形成方法不限于电镀法。除此以外，还能使用溅射法、蒸镀法等。
在喷墨头100中，从各槽3的后端朝向第二压电构件2的后部上表面地设置引出电极10。引出电极10从上述电极4延伸。
喷墨头100具备顶板6和孔板7。顶板6闭塞各槽3的上部。孔板7闭塞各槽3的前端。在喷墨头100中，通过由顶板6和孔板7包围的各槽3而形成多个压力室15。压力室15例如具有深度为300μm且宽度为80μm的形状，并以169μm的间距平行地排列。这种压力室15也被称为墨水室。
顶板6在其内侧后方具备共用墨水室5。孔板7在与各槽3相对的位置穿孔设置喷嘴8。喷嘴8与相对的槽3即压力室15连通。喷嘴8是前端从压力室15侧向相反侧的墨水喷出侧变细的形状。将与相邻的3个压力室15对应的喷嘴8设为1组，喷嘴8在槽3的高度方向(图3的纸面的上下方向)上按一定的间隔错开形成。
构成压力室15的分隔壁的压电构件被设于各压力室15的电极4夹着，并形成致动器16。
喷墨头100将形成有导电图案13的印刷基板11接合于基底基板9的后方侧的上表面。喷墨头100将安装了后述的头驱动电路101(控制部)的驱动器IC12搭载于印刷基板11。驱动器IC12连接到导电图案13。导电图案13通过引线接合用导线14与各引出电极10结合。
将喷墨头100所具有的压力室15、电极4以及喷嘴8的组称为信道。即，喷墨头100按槽3的数量N具有信道ch.1、ch.2、…、ch.N。
接着，对头驱动电路101进行说明。
图5是用于说明头驱动电路101的构成例的框图。如上所述，头驱动电路101配置于驱动器IC12内。
头驱动电路101基于印刷数据来驱动喷墨头100的信道组(ch.1、ch.2、…、ch.N)102。
信道组102由包括压力室15、电极4以及喷嘴8等的信道构成。即，信道组102基于来自头驱动电路101的控制信号并通过致动器16所扩张收缩的各压力室15的动作来喷出墨水。
如图5所示，头驱动电路101包括图案生成器301、频率设定部302、驱动信号生成部303以及开关电路304等。
图案生成器301使用使压力室15的容积扩张的扩张脉冲信号(扩张信号)的波形图案、使压力室15的容积解除(返回)的停止时间、使压力室15的容积收缩的收缩脉冲信号(收缩信号)的波形图案、以及收缩脉冲信号的一半电压的中间电位脉冲信号(中间信号)的波形图案来生成各种波形图案。
关于扩张脉冲信号、停止时间、收缩脉冲信号以及中间电位脉冲信号将在后文叙述。
频率设定部302设定喷墨头100的驱动频率。驱动频率是驱动信号生成部303所生成的驱动脉冲的频率。头驱动电路101按照驱动脉冲进行动作。
驱动信号生成部303根据从总线输入的印刷数据并、并基于由图案生成器301生成的波形图案和由频率设定部302设定的驱动频率，生成每一信道的脉冲信号。每一信道的脉冲信号从驱动信号生成部303被输出到开关电路304。
开关电路304根据从驱动信号生成部303输出的每一信道的脉冲信号来切换对各信道的电极4施加的电压。即，开关电路304基于图案生成器301所设定的扩张脉冲信号的通电时间等对各信道的致动器16施加电压。
开关电路304通过该电压的切换使各信道的压力室15的容积膨胀或者收缩，从而按照灰阶值从各信道的喷嘴8喷出墨滴。
接着，使用图6对如上所述构成的喷墨头100的动作原理进行说明。
图6的(a)示出停止时间内的压力室15b的状态。停止时间是压力室15b成为既不扩张也不收缩的一般状态的时间。如图6的(a)所示，头驱动电路101将分别配设于压力室15b和与压力室15b相邻的两侧的压力室15a及15c的各壁面的电极4的电位均设为接地电位GND。在该状态下，由压力室15a和压力室15b夹着的分隔壁16a以及由压力室15b和压力室15c夹着的分隔壁16b均不会产生任何变形。
图6的(b)示出头驱动电路101对压力室15b的致动器16施加了扩张脉冲信号的状态的例子。
扩张脉冲信号形成为预定宽度的矩形。扩张脉冲信号使压力室15b扩张。如图6的(b)所示，头驱动电路101对压力室15b的电极4施加负极性的电压－V，对压力室15b的两侧的压力室15a和15c的电极4施加正极性的电压+V。在该状态下，对各分隔壁16a和16b向与第一压电构件1和第二压电构件2的分极方向正交的方向作用电压V的2倍的电场。通过该作用，各分隔壁16a和16b以将压力室15b的容积扩张的方式分别向外侧变形。
图6的(c)示出头驱动电路101将收缩脉冲信号施加到压力室15b的致动器16的状态的例子。
收缩脉冲信号形成为预定宽度的矩形。收缩脉冲信号使压力室15b收缩。如图6的(c)所示，头驱动电路101对压力室15b的电极4施加正极性的电压+V，对压力室15b的两侧的压力室15a和15c的电极4施加负极性的电压－V。在该状态下，对各分隔壁16a和16b向与图6的(b)的状态相反的方向作用电压V的2倍的电场。通过该作用，各分隔壁16a和16b以将压力室15b的容积收缩的方式分别向内侧变形。
图6的(d)示出头驱动电路101对压力室15b的致动器16施加了中间电位脉冲信号的状态的例子。
中间电位脉冲信号形成为预定宽度的矩形。中间电位脉冲信号使压力室15收缩。中间电位脉冲信号使压力室15以比收缩脉冲信号导致的收缩弱的方式收缩。即，中间电位脉冲信号使压力室15收缩比通过收缩脉冲信号收缩的体积小的体积。
如图6的(d)所示，头驱动电路101将压力室15b的电极4设为接地电位GND，对压力室15b的两侧的压力室15a和15c的电极4施加负极性的电压－V。在该状态下，对各分隔壁16a和16b向与图6的(c)的状态相同的方向作用电压V的电场。通过该作用，各分隔壁16a和16b以使压力室15b的容积收缩的方式分别向内侧变形。如图6的(d)所示，分隔壁16a和16b不会比图6的(c)所示的状态更向内侧变形。
需要说明的是，头驱动电路101也可以对压力室15b的电极4施加正电极的电压V作为中间电位脉冲信号，并将压力室15b的两侧的压力室15a和15c的电极4设为接地电位GND。
这样，将各压力室15a、15b以及15c隔开的分隔壁16a和16b成为致动器16，该致动器16用于对以该分隔壁16a和16b为壁面的压力室15b的内部提供压力振动。即，压力室15通过致动器16的动作而收缩/扩张。
另外，各压力室15分别与相邻的压力室15共用致动器16(分隔壁)。因此，头驱动电路101无法单独地驱动各压力室15。头驱动电路101将各压力室15以每n(n为2以上的整数)个为一组分成(n+1)个组来进行驱动。在本实施方式中，例示头驱动电路101将各压力室15以每2个为一组分为3个组来进行分割驱动的、所谓的3分割驱动的情况。需要说明的是，3分割驱动仅是一例，也可以是4分割驱动或5分割驱动等。
接着，说明头驱动电路101对压力室15的致动器16(分隔壁16a和16b)施加的信号的例子。
图7是示出头驱动电路101对压力室15的致动器16施加的信号的例子的时序图。图7示出坐标图51至53。在此，横轴共通地表示时间。
坐标图51表示对致动器16施加的驱动电压。纵轴表示电压。纵轴将向扩张压力室15的方向驱动致动器16的电压设为负电压，将向收缩压力室15的方向驱动致动器16的电压设为正电压。
坐标图52表示压力室15内的压力。纵轴表示压力的大小。
坐标图53表示形成于与压力室15连通的喷嘴8的弯液(meniscus)面的速度。纵轴表示弯液面的速度的大小。
以下沿着坐标图说明头驱动电路101所施加的信号。
头驱动电路101对致动器16施加喷出墨水的喷出脉冲信号。如图7所示，喷出脉冲信号按顺序包括抽吸(Draw)期间、解除(Release)期间以及推出(Push)期间。另外，当压力室15内的压力超过预定阈值(喷出阈值)时，从压力室15喷出墨水。
抽吸期间是使压力室15扩张而向压力室15内填充墨水的期间。在抽吸期间内，头驱动电路101对致动器16施加扩张脉冲信号。例如，头驱动电路101对致动器16施加约1.6μs的扩张脉冲信号。
需要说明的是，在抽吸期间内，头驱动电路101可以使压力室15阶梯式地扩张。例如，头驱动电路101可以在以预定期间施加了扩张脉冲信号的电压的一半电压后施加扩张脉冲信号。另外，头驱动电路101也可以在施加了扩张脉冲信号后施加扩张脉冲信号的电压的一半电压，接着结束抽吸。
当抽吸期间结束后，头驱动电路101进入解除期间。
解除期间是回到不使压力室15扩张或收缩的状态的期间。在解除期间内，头驱动电路101设定停止时间。例如，头驱动电路101将解除期间设定为约0.2μs的停止时间。
当解除期间结束后，头驱动电路101进入推出期间。
推出期间是收缩压力室15的期间。在推出期间内，首先头驱动电路101对致动器16施加收缩脉冲信号。例如，推出期间约为抽吸期间的5倍到7倍长。
在头驱动电路101对致动器16施加了收缩脉冲信号后的预定定时，压力室15的压力超过喷出阈值。其结果，从喷嘴8喷出墨水。
在推出期间内，头驱动电路101按预定定时对致动器16施加中间电位脉冲信号。即，头驱动电路101在对致动器16施加了预定宽度的收缩脉冲信号后，对致动器16施加预定宽度的中间电位脉冲信号。当施加规定宽度的中间电位脉冲信号后，头驱动电路101再次对致动器16施加收缩脉冲信号。
当头驱动电路101在施加了收缩脉冲信号的状态下施加中间电位脉冲信号时，压力室15扩张(近似解除状态)。在施加中间电位脉冲信号后，若头驱动电路101施加收缩脉冲信号，则压力室15收缩。即，头驱动电路101通过在施加有收缩脉冲信号的期间施加中间电位脉冲信号，能够再次使压力室15收缩。
例如，中间电位脉冲信号的宽度约为1.7μs至1.8μs。
头驱动电路101按照压力室15的压力上升的定时对致动器16施加中间电位脉冲信号。例如，在喷出墨水且压力室15的压力下降后再次上升的期间，头驱动电路101以结束中间电位脉冲信号的印加的方式施加中间电位脉冲信号。即，在压力室15的压力再次上升的期间，头驱动电路101按电压从中间电位脉冲信号上升到收缩脉冲信号的定时对致动器16施加中间电位脉冲信号。
其结果是，在压力室15的压力再次上升的期间，压力室15再次收缩且内部的压力上升。因此，压力室15内的压力超过喷出阈值，从喷嘴8喷出墨水。
之后，压力室15内的压力下降后再次上升。再次上升的结果是，压力室15内的压力再次超过喷出阈值，从喷嘴8喷出墨水。
因而，头驱动电路101能通过1个喷出脉冲信号喷出3次墨水。
需要说明的是，在推出期间内，头驱动电路101也可以使压力室15阶梯式地收缩。例如，头驱动电路101可以在施加了预定宽度的中间电位脉冲信号后施加收缩脉冲信号。另外，头驱动电路101也可以在施加了收缩脉冲信号后施加预定宽度的中间电位脉冲信号，之后结束推出期间。
另外，头驱动电路101也可以连续地对致动器16施加喷出脉冲信号。
另外，头驱动电路101也可以在推出期间内对致动器16施加多次中间电位脉冲信号。
另外，头驱动电路101也可以在喷出墨水后按照第二次压力上升的定时对致动器16施加中间电位脉冲信号。
另外，头驱动电路101也可以从压力室15滴2次墨水。另外，头驱动电路101也可以从压力室15滴4次以上墨水。
另外，中间电位脉冲信号的电压可以不是收缩脉冲信号的电压的一半。中间电位脉冲信号的电压只要不是比收缩脉冲信号更使压力室收缩的电压即可，不限于特定的值。
如上所示构成的喷墨头对致动器16施加包括抽吸期间、解除期间以及推出期间的喷出脉冲信号。喷墨头在推出期间内对致动器16施加用于使压力室再次收缩的中间电位脉冲信号。因此，压力室内的压力再次上升，喷墨头能喷出墨水。
其结果是，喷墨头能通过一个喷出脉冲信号喷出多次墨水。
另外，喷墨头能够抑制每次滴出墨水所需的电力。
虽然说明了几个实施方式，但这些实施方式只是作为示例而提出的，并非旨在限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式进行实施，能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形被包括在发明的范围和宗旨中，同样地被包括在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。

Claims (10)

1.一种喷墨头，其特征在于，具备：
致动器，使填充墨水的压力室扩张或收缩；以及
控制部，对所述致动器施加使所述压力室扩张的扩张信号之后再施加使所述压力室收缩的收缩信号，并在施加有所述收缩信号的期间对所述致动器施加中间信号，所述中间信号使所述压力室收缩比通过所述收缩信号收缩的体积小的体积。
2.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，
在所述压力室的压力上升的期间，所述控制部结束所述中间信号的施加。
3.根据权利要求1或2所述的喷墨头，其特征在于，
所述收缩信号形成为矩形，
所述中间信号形成为矩形，并具有所述收缩信号的一半电压。
4.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，
在对所述致动器施加所述扩张信号的期间，所述压力室阶梯式地扩张。
5.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，
在对所述致动器施加所述收缩信号的期间，所述压力室阶梯式地收缩。
6.一种喷墨记录装置，其特征在于，具备：
输送部，输送记录介质；以及
权利要求1至5中任一项所述的喷墨头，对所述记录介质喷出墨水。
7.一种喷出方法，喷出墨水，其特征在于，
对使填充所述墨水的压力室扩张或收缩的致动器施加使所述压力室扩张的扩张信号，
对所述致动器施加使所述压力室收缩的收缩信号，
在施加所述收缩信号的期间，对所述致动器施加使所述压力室再次收缩的中间信号。
8.根据权利要求7所述的喷出方法，其特征在于，
在所述压力室的压力上升的期间，结束所述中间信号的施加。
9.根据权利要求7或8所述的喷出方法，其特征在于，
所述收缩信号形成为矩形，
所述中间信号形成为矩形，并具有所述收缩信号的一半电压。
10.根据权利要求7所述的喷出方法，其特征在于，
在对所述致动器施加所述扩张信号的期间，所述压力室阶梯式地扩张。
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