CN109774309B - 液体喷射方法、液体喷射装置及喷墨设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种液体喷射方法、液体喷射装置及喷墨设备。本发明的液体喷射方法，应用于喷墨设备上，所述方法包括：每个喷墨周期中，在所述压力腔室的体积产生变化前，通过向所述变限流部件施加电压而改变所述限流通道的截面面积，其中，所述变限流部件用于在压电效应下使所述限流通道的至少部分内壁产生变形；通过向所述压力部件施加电压改变所述压力腔室的体积，以将液滴喷出或者从所述供液池中吸墨，其中，所述压力部件用于在压电效应下使所述压力腔室的至少部分腔壁产生变形；所述变限流部件所施加的电压与所述压力部件所施加的电压的比值范围大于1。本发明能够保证喷出的液滴具有足够的喷射速度和大小。

Description

液体喷射方法、液体喷射装置及喷墨设备

技术领域

本发明涉及打印设备领域，尤其涉及一种液体喷射方法、液体喷射装置及喷墨设备。

背景技术

在现有压电式喷墨打印技术中，当对压电驱动部件施加驱动信号使其发生形变时，其对应的压力腔室体积也发生变化(收缩或扩张)。压力腔室收缩时挤压腔室内的液体，使腔室内的一部分液体被从喷孔压出，形成液滴，而另一部分液体被压向限流通道，通过限流通道回流至供液池；压力腔室扩张时将液体从供液池经限流通道吸入压力腔室。

目前，为了进一步提高压力腔室的液体喷射性能，在压力腔室挤压液体实现液滴喷射时希望限流通道有高阻力，在压力腔室吸入液体时希望限流通道有低阻力。例如，专利号为US2008074474A1的专利申请公开了一种喷墨打印头，能够通过压力腔室分别或同时控制限流通道的横截面积和压力腔室的体积，在压力腔室挤压液体时，限流通道横截面积缩小，从而有效阻碍液体向供液池回流，增大喷孔处液体的压力，使液滴更容易从喷孔中高速喷射；而在压力腔室充液时，限流通道横截面积恢复，使液体能顺利地从供液池经限流通道快速充入压力腔室。

然而，当压力腔室让限流通道随压力腔室一同收缩或扩张时，限流通道的收缩或扩展需要一定的时间，这样在压力腔室收缩时，限流通道不能瞬时收缩，因而仍旧会损失一部分液体压力，且压力腔室扩张时，限流通道无法瞬时扩张，造成吸入液滴时的阻力过大。

发明内容

本发明提供一种液体喷射方法、液体喷射装置及喷墨设备，能够保证喷出的液滴具有足够的喷射速度和大小。

第一方面，本发明提供一种液体喷射方法，应用于喷墨设备上，喷墨设备包括压力腔室、供液池和限流通道、变限流部件和压力部件，限流通道连接在压力腔室和供液池之间，变限流部件包括限流通道的至少部分内壁，压力部件包括压力腔室的至少部分腔壁，方法包括：

每个喷墨周期中，在压力腔室的体积产生变化前，通过向变限流部件施加电压而改变限流通道的截面面积，其中，变限流部件用于在压电效应下使限流通道的至少部分内壁产生变形。

通过向压力部件施加电压改变压力腔室的体积，以将液滴喷出或者从供液池中吸墨，其中，压力部件用于在压电效应下使压力腔室的至少部分腔壁产生变形；变限流部件所施加的电压与压力部件所施加的电压的比值范围大于1。

第二方面，本发明提供一种液体喷射装置，包括液体通道板和控制器，液体通道板上设置有压力腔室、限流通道和供液池，限流通道连接在压力腔室和供液池之间，控制器包括可形变的变限流部件和可形变的压力部件，控制器用于分别通过向变限流部件施加电压而改变限流通道的截面面积和向压力部件施加电压而改变压力腔室的体积，在每个喷墨周期中，压力腔室的体积变化滞后于限流通道的截面面积的变化，变限流部件上施加的电压和压力部件上施加的电压的比值大于1。

第三方面，本发明提供一种喷墨设备，包括如上所述的液体喷射装置。

本发明的液体喷射方法、液体喷射装置及喷墨设备，液体喷射方法具体包括每个喷墨周期中，在压力腔室的体积产生变化前，通过向变限流部件施加电压而改变限流通道的截面面积，其中，变限流部件用于在压电效应下使限流通道的至少部分内壁产生变形；然后通过向压力部件施加电压改变压力腔室的体积，以将液滴喷出或者从供液池中吸墨，其中，压力部件用于在压电效应下使压力腔室的至少部分腔壁产生变形，变限流部件所施加的电压与压力部件所施加的电压的比值范围大于1。这样电压提高后，变限流部件能够产生更大的变形，使限流通道的截面积变化更为明显，因而墨水液滴的体积和液体喷出的速度都会增加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的液体喷射方法所适用的液体喷射装置的结构示意图；

图2是图1中的液体喷射装置的剖面图；

图3是本发明实施例一提供的液体喷射方法的流程示意图；

图4为本发明实施例一提供的压力部件在阶跃激励下的位移响应曲线图；

图5是本发明实施例一提供的充液条件下对变限流部件施加脉冲激励后，第一振动板在一个周期内做自由衰减振动的位移—时间图；

图6是本发明实施例一提供的对第一振动板时域图像做快速傅里叶变换后得到的频谱图；

图7为本发明实施例一提供的驱动电压的波形示意图；

图8是本发明提供的液体喷射方法的一个工作过程示意图；

图9为本发明实施例二提供的限流通道在不同信号下压力腔室对液体施压时的结构变化对比示意图；

图10是本发明实施例二提供的在驱动信号Ⅰ和驱动信号Ⅱ控制下液滴喷出速度与第二驱动电压的对比示意图；

图11是本发明实施例二提供的在驱动信号Ⅰ和驱动信号Ⅱ控制下液滴体积与第二驱动电压对比示意图；

图12是本发明实施例二提供的在液滴喷射速度和体积相同的情况下，不同驱动信号所对应的第二驱动电压的对比示意图；

图13是本发明实施例二提供的液滴喷射速度与提前时间之间的关系曲线图；

图14是本发明实施例二提供的液滴体积与提前时间之间的关系曲线图；

图15是本发明实施例二提供的液滴稳定喷射频率与提前时间之间的关系曲线图；

图16是本发明实施例二提供的液滴喷出时的速度与驱动电压比值之间的关系曲线图；

图17是本发明实施例二提供的液滴体积与驱动电压比值之间的关系曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的液体喷射方法，应用于喷墨设备或者其它液体喷射装置上。图1是本发明实施例一提供的液体喷射方法所适用的液体喷射装置的结构示意图。图2是图1中的液体喷射装置的剖面图。如图1和图2所示，其中，液体喷射装置包括压力腔室13、供液池12和限流通道14，限流通道14连接在压力腔室13和供液池12之间。其中，供液池12用于存储和盛放墨水等液体，当喷墨设备需要进行喷墨打印时，液体喷射装置的供液池12中的墨水会通过限流通道14流入压力腔室13，并通过压力腔室13上的喷孔11喷出，形成打印用的液滴。此外，为了使墨水从液体喷射装置中喷出，液体喷射装置中还包括变限流部件23和压力部件22，变限流部件23包括限流通道14的至少部分内壁，压力部件22包括压力腔室13的至少部分腔壁。具体的，压力部件22和变限流部件23均可以通过施加电压而使压力腔室13或者限流通道14中的部分或全部内壁产生变形，从而让压力腔室13或限流通道14实现压缩或扩张，压力腔室13自身的压缩或扩张时，实现墨水的吸入或者液滴的喷出。图3是本发明实施例一提供的液体喷射方法的流程示意图。如图3所示，为了实现液滴的喷出控制，该液体喷射方法具体包括如下步骤：

S101、每个喷墨周期中，在压力腔室的体积产生变化前，通过向变限流部件施加电压而改变限流通道的截面面积，其中，变限流部件用于在压电效应下使限流通道的至少部分内壁产生变形。

其中，压力腔室13可以在压力部件22等的作用下产生变形，从而执行周期性的收缩—扩张过程，且每一次的收缩—扩张过程均可看做一个喷墨周期。该喷墨周期中，压力腔室13通过自身的收缩将压力腔室13内的液滴从喷孔11中喷出，再通过自身的扩展，在压力作用下从供液池12中吸取液滴，以备下一个喷墨周期使用。这样每个喷墨周期中，压力腔室13均能够通过自身的喷孔11进行一次液滴的喷射过程。在多个喷墨周期后，喷墨设备依靠液体喷射装置即可通过将不同液滴喷射至对应的位置，完成喷墨打印操作。

这样，在每个喷墨周期中，每当压力腔室13的体积产生变化前，例如压力腔室13收缩前或者扩张前，通过向变限流部件23施加电压.由于变限流部件23中包含有压电部件，当其上施加的电压变化时，压电部件就会产生变形。这样，即可让变限流部件23在压电效应下，使限流通道14的至少部分内壁产生变形，从而让限流通道14的截面面积发生改变。这样限流通道14的截面面积并不是恒定的，而是可随压力腔室13的工况变化而提前发生改变，从而在压力腔室13完成收缩或扩张前调整至适合喷出液滴或者从供液池12吸墨的状态。

具体的，在喷出液滴或者进行吸墨时，压力腔室13的体积会产生不同的变化，例如，压力腔室13的体积可以变小，以将液滴喷出；或者是压力腔室13的体积回复至原先大小，以从供液池12吸入液滴。

其中，压力腔室13在压缩时，可将压力腔室13内的液滴喷出，因而在压力腔室13体积变小以喷射液滴前，可以减小限流通道14的截面面积，以提高压力腔室13的密封性，减少因限流通道14的泄漏而导致的压力损失，保证液滴具有足够的喷射压力。

而压力腔室13在扩张时，需要通过限流通道14将供液池中的墨水等液体吸入压力腔室13中。因此，在压力腔室13的体积增大并回复至原先大小之前，可以增大限流通道14的截面面积，直至限流通道14回复至原来的大小。此时，限流通道14具有较小的阻力，可以保证墨水顺畅的进入压力腔室13。

S102、通过向压力部件施加电压改变压力腔室的体积，以将液滴喷出或者从供液池中吸墨，其中，压力部件用于在压电效应下使压力腔室的至少部分腔壁产生变形，变限流部件所施加的电压与压力部件所施加的电压的比值范围大于1。

具体的，压力腔室13的至少部分腔壁会在压力部件22的压电效应下产生变形，这样当限流通道14的截面面积产生变化后，压力腔室13即可在压力部件22的作用下，通过自身因形变而产生的体积变化，也就是扩张或压缩过程，从而将液滴从压力腔室13内挤压喷出，或者是从供液池12中吸取液滴。

其中，变限流部件23所施加的电压和压力部件22所施加的电压的比值范围大于1，即变限流部件23所施加的电压大于压力部件22所施加的电压。由于用于驱动变限流部件23或者压力部件22的驱动电压越大，其与对应产生的形变也越大。这样电压提高后，变限流部件23能够产生更大的变形，使限流通道14的截面积变化更为明显。此时，限流通道14内壁的挠曲程度加大，限流通道14的最小截面积变小，因而墨水液滴的体积和液体喷出的速度都会增加。

其中，在变限流部件23向限流通道14内侧运动时，限流通道14两端液体出口的流阻较小；而压力部件22向压力腔室13内侧运动时，变限流部件23已经完成变形，限流通道14的横截面积已经缩减到最小，导致压力腔室13两端液体出口的流阻较大，因此变限流部件23的负载要小于压力部件22的负载，变限流部件23在较高的电压或电势差驱动下，也不易发生断裂。

通常的，变限流部件23所施加的电压与压力部件22所施加的电压的比值范围在1-1.5之间。当两者电压比值在1-1.5之间时，液体喷出的体积和速度都随着电压的比值而呈同向线性变化。而当变限流部件23所施加的电压和压力部件22所施加的电压的比值大于1.5时，因为电压过高，变限流部件23中振动板等部件断裂的几率会变大，缩短液体喷射装置的整体寿命。

这样在每一个喷出液滴的喷墨周期中，当压力腔室13的体积发生变化前，限流通道14的截面面积都会相应的产生变化，且通过控制施加于用于驱动压力腔室变化的压力部件上的电压以及施加于用于控制限流通道的变限流部件上的电压之间的比例，能够使限流通道的截面变化更为明显，提高所喷出的液滴的体积和液体喷出速度。

具体的，在改变压力腔室13的体积以及限流通道14的截面面积时，可以通过多种不同的方式和手段实现改变，以下利用具体的实施方式进行详细说明。

由于变限流部件一般通过振动板或者其它物理结构的变形来实现截面面积的改变，而振动板等物理结构无法瞬时变形到位，而是需要一定的时间完成局部的变形和位移，因此当向变限流部件发送信号，以使限流通道产生变化时，一般需要和压力腔室13发生体积变化的时间之间具有一定的间隔，而在该间隔内保证限流通道14变形到位。具体的，上述步骤具体可以包括：

在压力腔室的体积产生变化前，改变变限流部件的驱动电压，变限流部件的驱动电压变化到预设驱动电压的时刻与压力腔室的体积开始发生变化的时刻之间的差值大于或等于预定阈值。

其中，由于压力腔室13也可以通过驱动电压等电信号来驱动自身体积产生改变，因而压力腔室13的体积开始发生变化的时刻也近似等于驱动压力腔室13的驱动电压发生改变的时刻。该时刻和改变变限流部件的驱动电压，直至到达预设驱动电压的时刻之间具有差值，该差值大于或等于预设阈值，因而变限流部件具有一定的时间裕量，能够保证自身在压力腔室产生体积变化前变形完毕。

具体的，预定阈值一般可以为变限流部件23的共振频率周期的1/3。变限流部件23的共振频率周期即为变限流部件23产生共振时的振动周期，该周期和变限流部件23的整体共振频率互为倒数。将预定阈值设置为变限流部件23的共振频率周期的1/3，可以使变限流部件23具有充足的时间变形完毕，让压力腔室13发生变化前，限流通道14能够保持相应的截面面积。

具体的，控制变限流部件23时，由于变限流部件23内部一般包括多个组成部分，作为一种可选的实施方式，在压力腔室13的体积产生变化前，改变限流通道14的截面面积的步骤，具体包括：在压力腔室的体积产生变化前，驱动限流通道中的第一振动板产生变形，以改变限流通道14的截面面积。

具体的，压力腔室13一般均是通过体积变化的方式产生及喷射液滴，其具体的变化方式通常可以通过腔壁的变形而实现，此处不再赘述。而限流通道14的截面面积的改变也可以采用类似的方式。其中，如图1所示，限流通道14的通道内壁可以由固定不动的液体通道板10以及可产生一定形变的第一振动板23B共同围成，当第一振动板23B产生变形时，随着第一振动板23B的变形，限流通道14的内壁截面形状也会相应的发生变化。例如，第一振动板23B可以凸向限流通道14的内侧，此时，限流通道14的横截面面积会减小；而第一振动板23B回复至原状时，限流通道14的截面面积也会随之恢复至原来大小。

进一步的，第一振动板23B可以根据外界信号而随之产生变形。作为其中一种可选的实施方式，在压力腔室13的体积产生变化前，驱动限流通道14中的第一振动板23B产生变形，以改变限流通道14的截面面积的步骤，具体包括：

在压力腔室的体积产生变化前，改变第一压电元件的驱动电压，以使第一压电元件在压电效应下产生变形并驱动第一振动板变形。

具体的，依旧如图1所示，第一压电元件23A可以由压电材料制成，其两端为电极，在电极通电时，可以为第一压电元件23A提供驱动电压。驱动电压变化时，第一压电元件23A会随着两端驱动电压的改变而产生一定的变形。第一压电元件23A通常和第一振动板23B紧密贴合，因而第一压电元件23A产生变形时，第一振动板23B也会产生相应的变形，限流通道14的截面面积即可随之改变。

图4为本发明实施例一提供的压力部件在阶跃激励下的位移响应曲线图。如图4所示，变限流部件23包括第一振动板23B和第一压电元件23A，而压力部件22用于依靠自身形变改变压力腔室13的体积，具体包括第二振动板22B和第二压电元件22A。由于存在滞后，变限流部件23在经过时间t_p后才到达相应电势差下的最大位移，

其中，f₀为变限流部件23的共振频率。

具体的，在实际应用时可以用冲击激振，通过衰减振动波形自谱分析法得到共振频率。例如，按设计尺寸制作喷墨设备模型，压电材料选择压电陶瓷PZT-5H，在用于驱动第一振动板23B的上下电极之间加载脉冲激励(频率10kHz，脉冲占空比0.05％，U＝3Vpp),利用激光多普勒测振仪测得第一振动板23B一个周期内的振动位移—时间图像。图5是本发明实施例一提供的充液条件下对变限流部件施加脉冲激励后，第一振动板在一个周期内做自由衰减振动的位移—时间图。如图5所示，第一振动板23B在做自由衰减振动时包含了各阶频率成分。图6是本发明实施例一提供的对第一振动板时域图像做快速傅里叶变换后得到的频谱图。如图6所示，可对图5中的位移—时间关系做快速傅里叶变换得到其频谱图，从频谱图的峰值处可以得到充墨条件下振动板的共振频率f₀，进而得到t_p。

同样的，压力腔室13通过也可以采用和限流通道14相似的原理，通过第二压电元件22A驱动第二振动板22B产生变形，以产生体积变化。第二压电元件22A也可以由压电材料制成，这样第二压电元件22A可以和第一压电元件23A一样，利用驱动电压的变化而产生形变。

具体的，为了驱动第一压电元件23A和第二压电元件22A产生变形，驱动电压可分为不同的上升段或下降段。例如，图7为本发明实施例一提供的驱动电压的波形示意图。如图7所示，第一压电元件23A的驱动电压Ua可分为第一驱动信号A，而第二压电元件22A的驱动电压Ub包括第二驱动信号B，且第一压电元件23A的驱动电压包括从零电势至第一预设电势的第一收缩段pa1、保持在第一预设电势的第一平直段pa2和由第一预设电势至零电势的第一恢复段pa3，第二压电元件22A的驱动电压包括从零电势至第二预设电势的第二收缩段pb1、保持在第二预设电势的第二平直段pb2和由第二预设电势至零电势的第二恢复段pb3。

其中，第一收缩段pa1的结束时间早于第二收缩段pb1的起始时间；第一恢复段pa3的结束时间早于第二恢复段pb3的起始时间；第一收缩段pa1的持续时间ta1小于第二收缩段pb1的持续时间tb1；第一恢复段pa3的持续时间ta3小于第二恢复段pb3的持续时间tb3。

具体的，在第一收缩段pa1作用的持续时间ta1内，第一振动板23B向限流通道14内侧挠曲，限流通道14横截面积减小，流体阻力增大；在第一平直段pa2作用的持续时间ta2内，第一振动板23B维持形变，限流通道14面积处在小于初始面积的状态，限制压力腔室13内液体向供液池12的回流；在第一恢复段pa3作用的持续时间ta3内，第一振动板23B恢复到初始位置，限流通道14恢复到初始面积状态，流体阻力减小，有利于供液池12内的液体经限流通道14快速充入压力腔室13。

在第二收缩段pb1作用的持续时间tb1内，第二振动板22B向压力腔室13内侧挠曲，压力腔室13体积减小，对液体施加压力；在第二平直段pb2作用的持续时间tb2内，第二振动板22B维持形变，压力腔室13体积处在小于初始体积的状态；在第二恢复段pb3作用的持续时间tb3内，第二振动板22B恢复到初始位置，压力腔室13体积增大。

由于第一收缩段pa1的结束时间早于第二收缩段pb1的起始时间；第一恢复段pa3的结束时间早于第二恢复段pb3的起始时间，这样变限流部件23具有一定的时间裕量，能够保证自身在压力腔室13产生体积变化前变形完毕。且第一收缩段pa1的持续时间ta1小于第二收缩段pb1的持续时间tb1；第一恢复段pa3的持续时间ta3小于第二恢复段pb3的持续时间tb3。这样收缩段或恢复段的持续时间越短，第一振动板23B和第二振动板变形的速度越快，因此第一振动板23B能在更短的时间内达到对应电压下的形变，有利于缩短整个液滴稳定喷射周期，从而促进液体喷射频率的提高，进而提高生产效率，并且由于第一振动板23B的负载小于第二振动板22B的负载，在快速运动中不容易发生断裂。

具体的，图8是本发明提供的液体喷射方法的一个工作过程示意图。如图8所示，第一驱动信号A用于驱动限流通道14的截面面积改变，第二驱动信号B用于驱动压力腔室13的体积产生变化，第一压电元件23A或者第二压电元件22A会在电信号的作用下发生挠曲，并带动第一振动板23B或者第二振动板22B产生变形，以用于改变限流通道14的截面面积或者压力腔室13的体积。具体的，图8中的工作过程可以依次分为(a)一直到(e)步骤。

参照图8中(a)处，未加载第一驱动信号A和第二驱动信号B时，压力腔室13的第二振动板22B与限流通道14的第一振动板23B均处于初始平衡位置。

参照图8中(b)处，在ts-te-ta1时刻开始对限流通道14的第一压电元件23A上下电极之间施加第一收缩段pa1，在其持续时间ta1内，第一压电元件23A上下电极之间的电势从零电势变化至第一预设电势，所述第一预设电势即第一驱动电压Ua，电势差不断增大，第一压电元件23A产生持续增加的应力作用到第一振动板23B上，使第一振动板23B逐渐向限流通道14内侧挠曲，在ta1+t_p时间内，第一振动板23B达到最大形变，限流通道14横截面积缩减到最小，流体阻力达到最大值，在此之后，第一振动板23B在第一平直段pa2的作用下维持形变。

参照图8中的(c)处，在ts时刻开始对压力腔室13的第二压电元件22A上下电极之间施加第二收缩段pb1，在其持续时间tb1内，第二压电元件22A上下电极之间的电势从零电势变化至第二预设电势，所述第二预设电势即第二驱动电压Ub，第二振动板22B逐渐向腔室内侧挠曲，对液体施加挤压力，在此之后，第二压电元件22A上下电极之间的电势差保持不变，第二振动板22B在第二平直段pb2的作用下维持形变，在tb2时间内，不产生新的压力波，tb1时间内产生的压力波在压力腔室13内传播。而第一振动板23B始终在第二平直段pa2的作用下维持形变，限流通道14横截面积保持在最小的状态，能够有效阻碍液体向供液池回流，从而增大流向喷孔11处液体的压力；被压出喷孔的墨水在喷孔11外形成弯液面。

参照图8中(d)处，压力腔室13的体积缩减到最小，且一定体积的液体柱被从喷孔11压出后，在ts+tb1+tb2-te-ta3时刻开始对第一压电元件23A上下电极之间施加第一恢复段pa3，在其持续时间ta3内，第一压电元件23A上下电极之间的电势从第一预设电势变化至零电势，电势差不断减小，第一压电元件23A作用到第一振动板23B上的应力持续减小，使第一振动板23B的形变逐渐减小，在(ta3+t_p)时间内，第一振动板23B回到初始位置，限流通道14恢复到初始时横截面积较大的状态，有利于液体从供液池12经限流通道14快速充入压力腔室13。

参照图8中(e)处，限流通道14复位之后，在ts+tb1+tb2时刻开始对第二压电元件22A上下电极之间施加第二恢复段pb3，在其持续时间tb3内，第二压电元件22A上下电极之间的电势从第二预设电势变化至零电势，电势差不断减小，第二压电元件22A作用到第二振动板22B上的应力持续减小，使第二振动板22B的形变逐渐减小，压力腔室13体积逐渐恢复初始状态，重新吸入墨水，一方面，供液池12内的液体经横截面积较大的限流通道14迅速充满压力腔室13，另一方面，喷孔11外的液柱被拉断，断裂的液柱在表面张力的作用下形成球状液滴。

上述图8中的(a)至(e)步骤描述了单个周期内通过第一驱动信号A和第二驱动信号B控制一个液滴的喷射过程，多个周期的多个液滴的喷射过程与上述单个液滴的喷射过程相同。

本实施例中的液体喷射方法具体包括每个喷墨周期中，在压力腔室的体积产生变化前，通过向变限流部件施加电压而改变限流通道的截面面积，其中，变限流部件用于在压电效应下使限流通道的至少部分内壁产生变形；然后通过向压力部件施加电压改变压力腔室的体积，以将液滴喷出或者从供液池中吸墨，其中，压力部件用于在压电效应下使压力腔室的至少部分腔壁产生变形，变限流部件所施加的电压与压力部件所施加的电压的比值范围大于1。这样电压提高后，变限流部件能够产生更大的变形，使限流通道的截面积变化更为明显，因而墨水液滴的体积和液体喷出的速度都会增加。

实施例二

图9为本发明实施例二提供的限流通道在不同信号下压力腔室对液体施压时的结构变化对比示意图。如图9所示，本实施例给出了通过本发明的液体喷射方法所获取的液滴速度及体积与常规方式下获取的液滴速度及体积之间的不同之处，以说明限流通道14的截面面积减小的作用。需要说明的是，本实施例中的默认参数为Ua＝150％Ub＝30V，ta1＝ta3＝3μs，tb1＝tb3＝4.5μs，te＝2μs，驱动频率为10kHz。如对于参数的改动无特殊说明，均以如上参数进行比较。

具体的，如图9所示，不同的驱动信号Ⅰ和驱动信号Ⅱ分别为限流通道14截面面积减小和不变的信号，在驱动信号Ⅰ驱动下，驱动信号A率先使第一振动板23B向限流通道14内侧运动，在限流通道14横截面积缩减到最小后，第二振动板22B在驱动信号B的控制下逐渐向压力腔室13内侧运动，挤压压力腔室13内的液体；在驱动信号Ⅱ驱动下，限流通道14横截面积始终没有变化，第二振动板22B在驱动信号B的控制下向压力腔室13内侧运动，挤压压力腔室13内的墨水。

图10是本发明实施例二提供的在驱动信号Ⅰ和驱动信号Ⅱ控制下液滴喷出速度与第二驱动电压的对比示意图。如图10所示，在不同驱动信号Ⅰ、驱动信号Ⅱ控制下，可以建立液体喷射模型。该模型涉及压电场、固体力学场、流体力学场以及气—液两相流的耦合，对于双向流固耦合，需要在两个物理场之间实时传递边界数据，在固—液耦合面上，将第一振动板23B的速度设置为流体域的入口速度，将流体压力设置为第一振动板23B的边界载荷。另外用移动网格法处理流固界面构建和结构大尺寸变形问题；在气—液两相流研究域中，用水平集法追踪流体喷射时拓扑结构的改变。

图11是本发明实施例二提供的在驱动信号Ⅰ和驱动信号Ⅱ控制下液滴体积与第二驱动电压对比示意图。如图11所示，在相同第二驱动电压Ub下，压力部件22产生相同的形变，压力腔室13体积压缩量也基本相同。在驱动信号I驱动下，限流通道14横截面积提前缩小，流体阻力较大，可以有效阻碍液体回流至供液池12，因此液滴喷出时的速度和体积都较大，而在驱动信号Ⅱ控制下，由于限流通道14横截面积较大，液体更容易回流至供液池12，损失了大部分喷射压力，液滴喷出时的速度和体积都较小。

因此，在相同第二驱动电压Ub下，通过控制第一驱动电压Ua的大小，可以控制限流通道14的横截面积，进而控制所喷射液滴的速度和体积。

图12是本发明实施例二提供的在液滴喷射速度和体积相同的情况下，不同驱动信号所对应的第二驱动电压的对比示意图。如图12所示，在本实施例的前述其它条件不变的情况下，在驱动信号Ⅰ驱动下，限流通道14横截面积提前缩小，流体阻力较大，可以有效阻碍液体回流至供液池12，因此在限流通道14横截面积、喷射液滴速度和体积都相同的情况下，驱动信号Ⅰ所对应的第二驱动电压Ub小于驱动信号Ⅱ所对应的第二驱动电压Ub。

同样的，通过控制第二驱动电压Ub的大小，进而控制所喷射液滴的速度和体积，且在喷射液滴速度、体积相同时，第二驱动电压Ub小于常规喷墨设备的第二驱动电压。

这样，本发明的液体喷射方法更容易在较低驱动电压下获得理想的液滴喷射速度和体积，从而可以延长装置的使用寿命。

其中，可以通过改变液体喷射方法中的具体参数，从而改变液滴喷射的速度和液滴体积等。例如，可以改变提前时间来影响液滴喷射速度及液滴的体积。图13是本发明实施例二提供的液滴喷射速度与提前时间之间的关系曲线图。图14是本发明实施例二提供的液滴体积与提前时间之间的关系曲线图。从图13和图14可得到，在本实施例的前述其它条件不变的情况下(Ua＝150％Ub＝30V，ta1＝ta3＝3μs，tb1＝tb3＝4.5μs，驱动频率为10kHz)，当变限流部件23相对于压力部件22的变形的提前时间te在小于预设阈值时，该时间与喷射液滴速度、液滴体积成正比线性关系，而在大于预设阈值时，与喷射液滴速度、液滴体积无关，在前述实施例一中已说明，压电元件以及振动板等物理结构的位移与时间的响应相较于输入信号存在滞后，需要经过时间t_p后才到达相应驱动电压下的最大位移，这一个值即为t_p，表示变限流部件23的整体形变完成，因此为得到稳定、相同的液滴状态，本发明中优选为te≥t_p。

图15是本发明实施例二提供的液滴稳定喷射频率与提前时间之间的关系曲线图。如图15所示，其它参数不变，te变化的情况下，由于通过限流通道14横截面积的减少，限制了压力腔室13往限流通道14的液体回流，在喷出墨滴体积和速度相同的情况下，所需的第二振动板22B振幅更小，因此振动板运动的行程减短，运动时间可以缩短，另外振动板残余振动减小，余振衰减的时间也相应减少，喷射频率有所提高。

此外，限流部14横截面积不一定要缩减到最小，第一驱动电压Ua与第二驱动电压Ub之间的大小和相对比值也对喷射液滴状态存在影响。

此外，驱动电压的比值也能够改变液体喷出速度以及液滴的大小。图16是本发明实施例二提供的液滴喷出时的速度与驱动电压比值之间的关系曲线图。图17是本发明实施例二提供的液滴体积与驱动电压比值之间的关系曲线图。如图16和图17所示，在其它参数不变的情况下(ta1＝ta3＝3μs，tb1＝tb3＝4.5μs，te＝2μs，驱动频率为10kHz)，随着第一驱动电压和第二驱动电压之间的比值Ua/Ub的增大，第一振动板23B能产生更大的变形，限流通道14的横截面积能缩减到更小，对压力腔室13内回流液体的阻碍作用更强，因此液体喷出速度提高，液滴体积增大。

本实施例中，通过限流通道的截面面积的变化，可以避免压力腔室在喷射液滴时产生的压力的泄漏，保证液体具有足够的喷出速度和液滴体积，且施加在变限流部件上的电压提高后，变限流部件能够产生更大的变形，使限流通道的截面积变化更为明显，因而墨水液滴的体积和液体喷出的速度都会增加。

实施例三

本发明还提供一种液体喷射装置，以执行前述实施例一和实施例二中的液体喷射方法。如前述图1至图2所示，本发明的液体喷射装置包括液体通道板10和控制器20，液体通道板10上设置有压力腔室13、限流通道14和供液池12，限流通道14连接在压力腔室13和供液池12之间，控制器20包括可形变的变限流部件和可形变的压力部件，控制器用于分别向变限流部件施加电压而改变限流通道的截面面积，和向压力部件施加电压而改变压力腔室13的体积，且在每个喷墨周期中，压力腔室13的体积变化滞后于限流通道14的截面面积的变化，变限流部件上施加的电压和压力部件上施加的电压的比值大于1。

具体的，液体喷射装置的液体通道板10上开设有不同的腔体，这些腔体相互连通，并形成了压力腔室13、限流通道14以及供液池12中的至少一部分。而控制器20中的变限流部件和压力部件则用于使压力腔室13以及限流通道14产生相互配合的形变，从而改变压力腔室13以及限流通道14的体积或截面面积，并控制液滴的状态。此外，压力腔室13上还设置有用于喷出液滴的喷孔11，这样压力腔室13中的液滴可以经由喷孔11喷出。

加载在变限流部件上的驱动电压大于加载于压力部件上的驱动电压，以使限流通道14的内壁产生更大的变形，让限流通道14截面面积变化的效果更加明显，限制回流作用增强，液滴的体积和喷出时的速度都会增加。

一般的，变限流部件上施加的电压和压力部件上施加的电压的比值在1-1.5之间。当驱动电压的比值在100％～150％范围内时，可以保持液滴具有较佳的的体积和喷出速度，且变限流部件上的振动板等部件不易因负载过多而产生断裂。

具体的，由于限流通道14和压力腔室13均通过物理形变完成体积或截面面积的改变，存在一定的滞后性，为了保证限流通道14的形变效果，一般在限流通道14的截面面积变化完成后，压力腔室13的体积发生变化，从而可以有效避免限流通道14截面面积未减小或者未完全恢复前，压力腔室13就吸取或者喷射液滴的现象。

作为一种可选的具体结构形式，控制器20包括可产生形变的变限流部件23和压力部件22，变限流部件23包括第一振动板23B，压力部件22包括第二振动板22B，第一振动板23B对应设置在限流通道14上并行成限流通道14的内壁，第二振动板22B对应设置在压力腔室13上，并形成压力腔室13的腔壁。

其中，当第一振动板23B产生形变时，限流通道14的截面面积产生变化；而第二振动板22B产生形变时，压力腔室13的体积产生变化。这样通过第一振动板23B和第二振动板22B的变形，即可改变限流通道14的截面面积或者压力腔室13的体积，从而有利于液滴的喷射和吸取。

为了便于驱动并控制第一振动板23B和第二振动板22B产生变形，变限流部件23还包括与第一振动板23B对应的第一压电元件23A，压力部件22还包括对应第二振动板22B的第二压电元件22A，第一压电元件23A和第二压电元件22A用于分别在施加驱动电压使产生形变，并带动对应的第一振动板23B或第二振动板22B产生形变。这样当第一压电元件23A或第二压电元件22A接收到驱动电压时，即可产生挠曲形变，并带动第一振动板23B或者第二振动板22B产生变形。

可选的，第二压电元件22A施加驱动电压的时刻与第一压电元件23A施加驱动电压的时刻之间的差值大于或等于变限流部件23的共振周期的1/3。这样可以使变限流部件23中第一振动板23B和第一压电元件23A具有充足的时间变形完毕，让压力腔室13发生变化前，限流通道14能够保持相应的截面面积。

本实施例中，液体喷射装置包括液体通道板和控制器，液体通道板上设置有压力腔室、限流通道和供液池，限流通道连接在压力腔室和供液池之间，控制器包括可形变的变限流部件和可形变的压力部件，控制器用于分别向变限流部件施加电压而改变限流通道的截面面积，和向压力部件施加电压而改变压力腔室的体积，且在每个喷墨周期中，压力腔室的体积变化滞后于限流通道的截面面积的变化，变限流部件上施加的电压和压力部件上施加的电压的比值大于1。这样在每一个喷出液滴的喷墨周期中，当压力腔室的体积发生变化前，限流通道的截面面积都会相应的产生变化，且施加在变限流部件上的电压提高后，变限流部件能够产生更大的变形，使限流通道的截面积变化更为明显，因而墨水液滴的体积和液体喷出的速度都会增加。

实施例四

本发明还提供一种喷墨设备，包括前述实施例三所述的液体喷射装置，并用于执行前述实施例一和二中所述的液体喷射方法。其中液体喷射装置的结构、工作原理和功能均已在前述实施例三中进行了详细说明，此处不再赘述。

本实施例的喷墨设备中，一般还可以包括设备主体，以及可拆装的墨盒等结构。液体喷射装置一般安装在设备主体上，且液体喷射装置中的供液池和墨盒连接，这样可以让液体喷射装置从墨盒中吸取液体，并通过液体喷射装置完成液滴的喷射，实现喷墨打印过程。

本实施例中，喷墨设备包括液体喷射装置；液体喷射装置包括液体通道板和控制器，液体通道板上设置有压力腔室、限流通道和供液池，限流通道连接在压力腔室和供液池之间，控制器包括可形变的变限流部件和可形变的压力部件，控制器用于分别向变限流部件施加电压而改变限流通道的截面面积，和向压力部件施加电压而改变压力腔室的体积，且在每个喷墨周期中，压力腔室的体积变化滞后于限流通道的截面面积的变化，变限流部件上施加的电压和压力部件上施加的电压的比值大于1。这样在每一个喷出液滴的喷墨周期中，当压力腔室的体积发生变化前，限流通道的截面面积都会相应的产生变化，且施加在变限流部件上的电压提高后，变限流部件能够产生更大的变形，使限流通道的截面积变化更为明显，因而墨水液滴的体积和液体喷出的速度都会增加。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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 (14)

1.一种液体喷射方法，应用于喷墨设备上，所述喷墨设备包括压力腔室、供液池和限流通道、变限流部件和压力部件，所述限流通道连接在所述压力腔室和所述供液池之间，所述变限流部件包括所述限流通道的至少部分内壁，所述压力部件包括所述压力腔室的至少部分腔壁，其特征在于，所述方法包括：

每个喷墨周期中，在所述压力腔室的体积产生变化前，通过向所述变限流部件施加电压而改变所述限流通道的截面面积，其中，所述变限流部件用于在压电效应下使所述限流通道的至少部分内壁产生变形；

通过向所述压力部件施加电压改变所述压力腔室的体积，以将液滴喷出或者从所述供液池中吸墨，其中，所述压力部件用于在压电效应下使所述压力腔室的至少部分腔壁产生变形；

所述变限流部件所施加的电压与所述压力部件所施加的电压的比值范围大于1。

2.根据权利要求1所述的液体喷射方法，其特征在于，所述变限流部件所施加的电压与所述压力部件所施加的电压的比值范围在1-1.5之间。

3.根据权利要求1或2所述的液体喷射方法，其特征在于，所述在所述压力腔室的体积产生变化前，通过向所述变限流部件施加电压而改变所述限流通道的截面面积，具体包括：

在所述压力腔室的体积产生变化前，改变所述变限流部件的驱动电压，所述变限流部件的驱动电压变化到预设驱动电压的时刻与所述压力腔室的体积开始发生变化的时刻之间的差值大于或等于预定阈值。

4.根据权利要求3所述的液体喷射方法，其特征在于，所述预定阈值为变限流部件的共振频率周期的1/3。

5.根据权利要求3所述的液体喷射方法，其特征在于，所述变限流部件包括第一压电元件和组成所述限流通道的至少部分内壁的第一振动板，以使所述第一压电元件在压电效应下产生变形并驱动所述第一振动板变形，所述在所述压力腔室的体积产生变化前，改变所述变限流部件的驱动电压，具体包括：

改变所述变限流部件中所述第一压电元件的驱动电压。

6.根据权利要求1或2所述的液体喷射方法，其特征在于，所述压力腔室的体积产生变化，具体包括：所述压力腔室的体积变小；或者，所述压力腔室的体积回复至原先大小。

7.根据权利要求1或2所述的液体喷射方法，其特征在于，所述变限流部件的驱动电压包括从零电势至第一预设电势的第一收缩段、保持在所述第一预设电势的第一平直段和由所述第一预设电势至零电势的第一恢复段，所述压力部件的驱动电压包括从零电势至第二预设电势的第二收缩段、保持在所述第二预设电势的第二平直段和由所述第二预设电势至零电势的第二恢复段；

所述第一收缩段的结束时间早于所述第二收缩段的起始时间；

所述第一恢复段的结束时间早于所述第二恢复段的起始时间；

所述第一收缩段的持续时间小于所述第二收缩段的持续时间；

所述第一恢复段的持续时间小于所述第二恢复段的持续时间。

8.一种液体喷射装置，应用于喷墨设备上，其特征在于，包括液体通道板和控制器，所述液体通道板上设置有压力腔室、限流通道和供液池，所述限流通道连接在所述压力腔室和所述供液池之间，所述控制器包括可形变的变限流部件和可形变的压力部件，所述控制器用于分别通过向所述变限流部件施加电压而改变所述限流通道的截面面积和向所述压力部件施加电压而改变所述压力腔室的体积，在每个喷墨周期中，所述压力腔室的体积变化滞后于所述限流通道的截面面积的变化，所述变限流部件上施加的电压和所述压力部件上施加的电压的比值大于1。

9.根据权利要求8所述的液体喷射装置，其特征在于，所述变限流部件上施加的电压和所述压力部件上施加的电压的比值在1-1.5之间。

10.根据权利要求8或9所述的液体喷射装置，其特征在于，所述变限流部件包括第一振动板，所述压力部件包括第二振动板，所述第一振动板对应设置在所述限流通道上并行成所述限流通道的内壁，所述第二振动板对应设置在所述压力腔室上，并形成所述压力腔室的腔壁；

所述第一振动板产生形变时，所述限流通道的截面面积产生变化；

所述第二振动板产生形变时，所述压力腔室的体积产生变化。

11.根据权利要求10所述的液体喷射装置，其特征在于，所述变限流部件还包括与所述第一振动板对应的第一压电元件，所述压力部件还包括与对应所述第二振动板的第二压电元件，所述第一压电元件和所述第二压电元件用于分别在施加驱动电压使产生形变，并带动向对应的所述第一振动板或所述第二振动板产生形变。

12.根据权利要求11所述的液体喷射装置，其特征在于，所述第二压电元件开始施加驱动电压的时刻与所述第一压电元件所施加的驱动电压到达预设驱动电压的时刻之间的差值大于或等于所述变限流部件的共振周期的1/3。

13.根据权利要求8或9所述的液体喷射装置，其特征在于，所述压力腔室上还设置有用于喷出液滴的喷孔。

14.一种喷墨设备，其特征在于，包括权利要求8-13任一项所述的液体喷射装置。

Images