CN111746115B - 液体喷射装置 - Google Patents

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Abstract

一种液体喷射装置，其能够停止偏置电压的施加，并且在下一次喷射液体时致动器的特性稳定。实施方式的液体喷射装置具备液体喷射部和致动器驱动电路。液体喷射部具备致动器和用于喷射液体的喷嘴。致动器驱动电路在将用于一次喷射的驱动电压波形供给到所述致动器之后，将最后供给的电压保持为保持电压。

Description

液体喷射装置
技术领域
本发明的实施方式涉及液体喷射装置。
背景技术
已知有一种用于将预定量的液体供应到预定位置的液体喷射装置。液体喷射装置搭载于例如喷墨打印机、3D打印机、分注装置等。喷墨打印机从喷墨头喷射油墨的液滴，并在记录介质的表面上印刷图像等。3D打印机通过从造型材料喷射头喷射造型材料的液滴并使其固化来形成三维造型制品。分注装置喷射样品的液滴并将其按预定量供应到多个容器等。
作为喷墨打印机的液体喷射装置的喷墨头包括压电驱动型致动器作为从喷嘴喷射油墨的驱动装置。一组喷嘴和致动器构成一个通道。头驱动电路将驱动电压波形供给到基于印刷数据选择的致动器从而进行驱动。例如，为了抑制驱动器的劣化，提出了在不印刷时停止提供偏置电压的方案。例如，在3段缓冲器中锁存印刷数据，在下一个点为空白的情况下停止施加偏置电压的方式。施加偏置电压的驱动电压波形和停止偏置电压的驱动电压波形通过从COM波形中切割而生成。因此，在该方式中，必须将驱动电压波形的所有分量合并到一个COM波形中，并且不能根据每个驱动电压波形的使用来独立调整这些波形。由于驱动电压波形和偏置电压施加波形所需时间相同，因此不能进行高速多滴喷射。由于COM波形在每个驱动周期重复，因此无法生成超过驱动周期长度的偏置施加波形。因此，在施加偏置电压后，不能应对短时间内致动器特性变化的现象，结果导致印刷质量下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种液体喷射装置，其能够停止供给到致动器的偏置电压的施加，并且在下一次喷射液体时致动器的特性稳定。
根据本发明实施方式的液体喷射装置具备液体喷射部和致动器驱动电路。液体喷射部具备致动器和用于喷射液体的喷嘴。致动器驱动电路在将用于一次喷射的所述驱动电压波形供给到所述致动器之后，将最后供给的电压保持为保持电压。
附图说明
图1是根据实施方式的喷墨打印机的整体结构图。
图2是上述喷墨打印机的喷墨头的立体图。
图3是上述喷墨头的喷嘴板的俯视图。
图4是上述喷墨头的纵截面图。
图5是上述喷墨头的喷嘴板的纵截面图。
图6是上述喷墨打印机的控制系统的方框结构图。
图7是上述控制系统的命令解析部的方框结构图。
图8是上述控制系统的波形生成部的方框结构图。
图9是示出一帧的量的驱动电压波形的信息的WG寄存器的说明图。
图10是示出每个灰度值的WG寄存器的分配和编码化驱动电压波形WK0～WK7的说明图。
图11是上述控制系统的波形选择部的方框结构图。
图12是上述控制系统的输出缓冲器的电路图。
图13是供应给上述喷墨头的一系列驱动电压波形的一个例子。
图14是示出偏置电压施加停止后的第1点的印刷变深的现象的说明图。
图15是示出为了确认上述第1点的印刷变深的现象而进行的试验的驱动电压波形和致动器的电容的测量结果的说明图。
图16是供应给上述喷墨头的一系列驱动电压波形的其他例子。
图17是示出WG寄存器GW、GS的变形例的说明图。
图18是示出WG寄存器GW、GS的变形例的说明图。
图19是示出每个灰度值的WG寄存器的分配和编码化驱动电压波形WK0～WK7的说明图。
图20是供应给上述喷墨头的一系列驱动电压波形的其他例子。
附图标记说明
10…喷墨打印机；1A～1D…喷墨头；4…油墨供应部；51…喷嘴；7…头驱动电路；72…命令解析部；74…打印数据缓冲器；75…波形选择部；76…输出缓冲器；8…致动器；100…印刷控制装置；307…WG寄存器存储部；400…WGG寄存器；Q0…第一晶体管；Q1…第二晶体管；Q2…第三晶体管。
具体实施方式
以下参考附图详细描述根据实施方式的液体喷射装置。另外，在各图中，相同结构用相同的符号表示。
作为安装有实施方式的液体喷射装置1的图像形成装置的一个例子，对在记录介质上印刷图像的喷墨打印机10进行描述。图1示出喷墨打印机10的示意性结构。喷墨打印机10具备例如作为外装体的盒形壳体11。在壳体11的内部配置有：盒12，容纳作为记录介质的一个例子的片材S；片材S的上游输送路径13；输送带14，用于输送从盒12内取出的片材S；喷墨头1A～1D，用于向输送带14上的片材S喷射油墨液滴；片材S的下游输送路径15；排纸托盘16；以及控制基板17。作为用户界面的操作部18配置在壳体11的上部侧。
印刷在片材S上的图像数据例如由作为外部连接设备的计算机2生成。由计算机2生成的图像数据通过电缆21、连接器22B和22A传送到喷墨打印机10的控制基板17。
拾取辊23从盒12一张一张将片材S供应到上游输送路径13。上游输送路径13由进给辊对13a、13b和片材引导板13c、13d构成。片材S经由上游输送路径13传送到输送带14的上表面。图中的箭头A1示出了从盒12到输送带14的片材S的输送路径。
输送带14是在表面上形成多个通孔的网状无接头带。驱动辊14a、从动辊14b、14c这三根辊以可旋转的方式支承输送带14。马达24通过旋转驱动辊14a来使输送带14旋转。马达24是驱动装置的一个例子。图中的A2示出输送带14的旋转方向。负压容器25配置在输送带14的背面。负压容器25连接到减压风扇26，并且容器内部由于风扇26产生的气流而成为负压。片材S通过负压容器25中的负压被吸附并保持在输送带14的上表面。图中的A3示出气流的流动。
喷墨头1A～1D被配置成隔着例如1mm的微小间隙相对于吸附保持在输送带14上的片材S。喷墨头1A～1D分别朝向片材S喷射油墨的液滴。当片材S通过喷墨头1A～1D下方时印刷图像。除了喷射的油墨的颜色不同以外，每个喷墨头1A～1D具有相同的结构。油墨的颜色例如是青色、品红色、黄色和黑色。
喷墨头1A～1D分别经由油墨通路31A～31D连接到墨盒3A～3D和油墨供应压力调节装置32A～32D。油墨通路31A～31D例如是树脂管。墨盒3A～3D是储存油墨的容器。墨盒3A～3D分别配置在喷墨头1A～1D上方。为了防止油墨在待机时从喷墨头1A～1D的喷嘴51(参见图2)泄漏，油墨供应压力调节装置32A～32D分别将喷墨头1A～1D内的压力调节为相对于大气压的负压(例如，-1kPa)。在图像印刷期间，墨盒3A～3D的油墨分别由油墨供应压力调节器32A～32D供应到喷墨头1A～1D。
在印刷后，片材S从输送带14传送到下游输送路径15。下游输送路径15由进给辊对15a、15b、15c、15d和规定片材S的输送路径的片材引导板15e、15f构成。片材S经由下游输送路径15从排纸口27传送到排纸托盘16。图中的箭头A4示出了片材S的输送路径。
接下来，将参考图2～图6描述作为液体喷射头的喷墨头1A的结构。此外，喷墨头1B～1D具有与喷墨头1A相同的结构，因此将省略详细描述。
图2是喷墨头1A的外观立体图。喷墨头1A包括作为液体供应部的一个例子的油墨供应部4、喷嘴板5、柔性基板6和头驱动电路7。喷射油墨的多个喷嘴51排列在喷嘴板5上。从每个喷嘴51喷射的油墨从与喷嘴51连通的油墨供应部4供应。来自油墨供应压力调节装置32A的油墨通路31A连接到油墨供应部4的上部侧。箭头A2示出上述输送带14的旋转方向(参考图1)。
图3是喷嘴板5的部分放大俯视图。喷嘴51在列方向(X方向)和行方向(Y方向)上二维排列。但是，沿行方向(Y方向)排列的喷嘴51倾斜地排列，以使得喷嘴51不在Y轴的轴线上重叠。各喷嘴51在X轴方向上以距离X1、在Y轴方向上以距离Y1的间隔配置。作为一个例子，距离X1大约为42.25μm、距离Y1大约为253.5μm。即，确定距离X1，以使得其在X轴方向的记录密度为600DPI。并且确定距离Y1，以使得在Y轴方向也以600DPI打印。在X方向上排列多个喷嘴51，其中沿Y方向排列的八个喷嘴51为一组。尽管未示出，但是在X方向上排列例如150组喷嘴51，并且排列总计1200个喷嘴51。
作为喷射油墨的操作的驱动源的压电驱动型的电容性致动器8(以下简称为“致动器8”)设置在每个喷嘴51上。一组喷嘴51和致动器8构成一个通道。每个致动器8形成为圆环状，且排列成喷嘴51位于其中央。致动器8的尺寸例如是内径30μm和外径140μm。每个致动器8分别电连接到单独电极81。此外，每个致动器8为通过公共电极82电连接沿Y方向排列的8个致动器8。每个单独电极81和每个公共电极82还分别电连接到安装垫9。安装垫9是向致动器8供给驱动电压波形的输入端口。每个单独电极81将驱动电压波形分别供给到每个致动器8，并且每个致动器8根据供给的驱动电压波形进行驱动。另外为了便于说明，图3用实线描述致动器8、单独电极81、公共电极82和安装垫9，但它们配置在喷嘴板5内部(参考图4的纵截面图)。当然，致动器8的位置不限于喷嘴板5的内部。
安装垫9经由例如各向异性导电膜(ACF：Anisotropic Contact Film)电连接到形成在柔性基板6上的布线图案。此外，柔性基板6的布线图案电连接到头驱动电路7。头驱动电路7例如是IC((Integrated Circuit)集成电路)。头驱动电路7将驱动电压波形供给到根据要印刷的图像数据选择的致动器8。
图4是喷墨头1A的纵截面图。如图4所示，喷嘴51在Z轴方向上贯穿喷嘴板5。喷嘴51的尺寸例如是直径20μm，长度8μm。在油墨供应部4内部设有多个分别与每个喷嘴51连通的压力室(单独压力室)41。压力室41是例如上部打开的圆柱形空间。每个压力室41的上部开口并与公共油墨室42连通。油墨通路31A通过油墨供应口43与公共油墨室42连通。每个压力室41和公共油墨室42中充满油墨。公共油墨室42可以形成为例如使油墨循环的流路状。压力室41构成为例如在厚度为500μm的单晶硅晶片上形成直径为200μm的圆柱形孔。油墨供应部4构成为例如在氧化铝(Al2O3)中形成对应于公共油墨室42的空间。
图5是喷嘴板5的部分放大图。喷嘴板5的结构为从底表面侧依次层叠保护层52、致动器8和振动膜53。致动器8为层叠了下部电极84、作为压电元件的一个例子的薄膜压电体85、以及上部电极86的结构。上部电极86电连接到单独电极81，下部电极84电连接到公共电极82。防止单独电极81和公共电极82短路的绝缘层54介于保护层52和振动膜53之间。绝缘层54例如由厚度为0.5μm的二氧化硅膜(SiO2)形成。下部电极84和公共电极82通过形成在绝缘层54中的接触孔55电连接。考虑到压电特性和绝缘击穿电压，压电体85例如由厚度小于5μm的PZT(锆钛酸铅)形成。上部电极86和下部电极84例如由厚度为0.15μm的白金形成。单独电极81和公共电极82例如由厚度为0.3μm的金(Au)形成。
振动膜53由绝缘无机材料制成。绝缘无机材料是例如二氧化硅(SiO2)。振动膜53的厚度例如为2μm～10μm，优选为4μm～6μm。随着施加电压的压电体85变形为d31模式，振动膜53和保护层52向内弯曲。然后，如果停止向压电体85施加电压，则恢复初始状态。通过这种可逆的变形，压力室(单独压力室)41的容积扩张和收缩。如果压力室41的容积改变，则压力室41中的油墨压力改变。利用压力室41的容积的扩张和收缩以及油墨压力的变化，从喷嘴51喷射油墨。即，喷嘴51和致动器8是构成液体喷射部的一个例子。
保护层52例如由厚度为4μm的聚酰亚胺形成。保护层52覆盖喷嘴板5的底表面侧的一个表面，并且进一步覆盖喷嘴51的孔的内周表面。
图6是喷墨打印机10的控制系统的方框结构图。喷墨打印机10的控制系统包括作为打印机的控制部的印刷控制装置100和头驱动电路7构成。头驱动电路7是致动器驱动电路的一个例子。印刷控制装置100包括CPU101、存储器102、图像存储器103、头接口104和输送接口105。印刷控制装置100安装在例如控制板17上。存储部102例如是ROM，并且图像存储器103例如是RAM。来自作为外部连接设备的计算机2的图像数据被发送到印刷控制装置100，并被存储在图像存储器103中。CPU 101从图像存储器103读取图像数据，将其转换为符合喷墨头1A～1D的数据格式，并将其作为打印数据发送至头接口104。打印数据是液体喷射数据的一个例子。头接口104将打印数据和其他控制命令发送到头驱动电路7。另外，尽管未示出，但是其它喷墨头1B～1D的头驱动电路7具有相同的电路结构。
输送接口105根据来自CPU 101的指示来控制输送装置106(输送带14、驱动马达24等)输送片材S，并且通过光学编码器等位置传感器(未示出)检测片材S与喷墨头1A～1D之间的相对位置，并将每个喷嘴51的油墨喷射定时发送到头接口104。头接口104将喷射定时作为打印触发发送到头驱动电路7。打印触发是发送到头驱动电路7的一种控制命令。
作为第一电压的电压V0，作为第二电压的电压V1以及作为第三电压的电压V2被供给到头驱动电路7作为致动器电源。例如，电压V1为30V，电压V2为10V，电压V0为0V的直流电压(V1＞V2＞V0)。电压V1和V2的电压大小由未示出的电源电路例如根据油墨的粘度和温度依次调节。
头驱动电路7包括接收部71、命令解析部72、波形生成部73、打印数据缓冲器74、波形选择部75和输出缓冲器76。输出缓冲器76是输出开关的一个例子。接收部71从印刷控制装置100接收数据，并将该数据发送到命令解析部72。命令解析部72解析接收到的数据。如图7中详细示出，命令解析部72包括波形设定信息提取部200、打印触发提取部201、睡眠(Sleep)命令提取部202、唤醒(Wake)命令提取部203、打印数据提取部204和打印数据输出部205。命令解析部72解析所接收的数据是波形设定信息、打印触发、唤醒命令、睡眠命令还是打印数据并提取。当然，可能还有其它命令。另外，来自印刷控制装置100的数据是以数据包为单位来发送这些信息或命令的。一个数据包可以包括多个命令。
解析的结果，波形设定信息被发送到波形生成部73。打印触发被发送到波形生成部73和打印数据缓冲器74这二者。发送到波形生成部73的打印触发是用于执行波形生成的启动信号。发送到打印数据缓冲器74的打印触发是用于将打印数据缓冲器74中的数据从输入侧传送到输出侧的缓冲器更新信号。将打印数据、唤醒命令和睡眠命令发送到打印数据发送部205。
当从打印数据提取部204接收到打印数据时，打印数据发送部205将数据发送到打印数据缓冲器74。打印数据例如是多位灰度数据。灰度数据以例如0～7的灰度值来表示是否存在喷射、喷射时的喷射量、以及其它操作。例如，灰度值0是维持偏执电压施加，灰度值1是油墨滴落一次，灰度值2是油墨滴落两次，灰度值3是油墨滴落三次，灰度值4是油墨滴落四次，灰度值5是唤醒，灰度值6是睡眠，而灰度值7是维持睡眠(sleep hold)。另外，在多喷嘴头包括由喷嘴51和致动器8的组合构成的多个通道的情况下，印刷控制装置100分别将灰度值0～7分配给每个通道。
另一方面，当从唤醒命令提取部203接收到唤醒命令时，打印数据发送部205将定义为唤醒数据的灰度值5发送给所有致动器8(批量唤醒)。此外，当从睡眠命令提取部202接收到睡眠命令时，打印数据发送部205将定义为睡眠数据的灰度值6发送给所有致动器8(批量睡眠)。即，将唤醒命令分配给灰度值0～7之一的灰度值5，将睡眠命令分配给灰度值6。同样，将睡眠的维持(Sleep hold)分配给灰度值7。
即，提供以下两种方法，来作为将唤醒数据发送到打印数据缓冲器74的方法：作为编码化后的打印数据发送的方法、以及作为唤醒命令发送的方法。前者只能唤醒指定的致动器8，而后者可以批量唤醒所有的致动器8。同样，提供以下两种方法，来作为将睡眠数据发送到打印数据缓冲器74的方法：作为编码化后的打印数据发送的方法、以及作为睡眠命令发送的方法。前者只能使指定的致动器8睡眠，而后者可以使所有致动器8批量睡眠。
随后，如图8详细所示，波形生成部73包括波形生成电路300～306和WG寄存器存储部307。波形生成电路300～306和WG寄存器存储部307使用表示一帧的量的驱动电压波形的信息的WG寄存器来生成与各个灰度值0～7相对应的编码化驱动电压波形WK0～WK7。一帧的量的驱动电压波形的信息例如由状态值和计时器值表示。
在灰度值0～7之中，与灰度值0～4相对应的波形生成电路300～304通过将表示彼此不同的驱动电压波形的信息的多种WG寄存器分配给配置在时间序列中的4个帧F0～F3，从而生成与灰度值0～4对应的编码化驱动电压波形WK0～WK4。波形生成电路300～304是构成喷射波形生成部的一个例子，该喷射波形生成部向致动器8供给喷射油墨的驱动电压波形。对应于灰度值0的波形生成电路300包括WGG寄存器400、帧计数器401、选择器402、选择器403、状态404和计时器405。另外，尽管仅示出了波形生成电路300的电路配置，但是波形生成电路30～304具有相同的电路配置。WGG寄存器400设定将多个种类的WG寄存器中的哪一个分配给4个帧F0～F3。即，WGG寄存器400是针对每个灰度值使用的设定驱动电压波形的波形设定部。哪个WG寄存器被分配给WGG寄存器400的四个帧F0～F3是根据每个灰度值而不同的。换句话说，作为波形设定部的WGG寄存器400和WG寄存器307是构成波形存储器的一个例子，该波形存储器存储驱动电压波形和后述的保持电压的多个组。
帧计数器401以F0、F1、F2、F3的顺序选择帧。选择器402基于WGG寄存器400的设定，选择由帧计数器401分配给所选帧的WG寄存器。选择器403基于所选择的WG寄存器的状态值和计时器值来设定状态404和计时器405的值。从WG寄存器存储部307接收每个WG寄存器的状态值和计时器值。计时器405对设定的时间进行计数，并且如果计时器405超时，则状态406更新状态。
对应于唤醒数据的灰度值5和对应于睡眠数据的灰度值6的波形生成电路305、306包括状态406、408以及计时器407、409。与灰度值0～4不同，波形生成电路305、306在不使用帧的情况下分别生成与唤醒(Wake)和睡眠(Sleep)相对应的编码化驱动电压波形WK5和WK6。同样，相当于睡眠保持数据的灰度值7也在不使用帧的情况下生成编码化驱动电压波形WK7。波形生成电路305是唤醒波形生成部的一个例子，其在不喷射油墨的情况下将致动器8的电压转换为电压V1，并且波形生成电路306是睡眠波形生成部的一个例子，其在不喷射油墨的情况下将致动器8的电压转换为电压V0。
WG寄存器存储部307存储多种类型的WG寄存器。图9示出了WG寄存器及其设定值的一个例子。在该例子中，使用了GW、GS、G0、G1和G2这五种类型的WG寄存器。每个GW寄存器通过九个状态值S0～S8和八个计时器值t0～t7表示一帧的量的驱动电压波形的信息，该九个状态值是用于执行状态的定时设定。状态值例如取0、1、2、3的值。状态值0表示接通向致动器8供给作为第一电压的电压V0的第一输出开关，状态值1表示接通向致动器8供给作为第二电压的电压V1的第二输出开关，状态值2表示接通向致动器8供给作为第三电压的电压V2的第三输出开关。状态值3表示第一～第三输出开关全部断开，并且使驱动电路输出具有高阻抗。每个输出开关例如是晶体管(参见图12)。
状态S0的状态在时间t0期间被保持，然后成为状态S1。状态S1的状态在时间t1期间被保持，然后成为状态S2。状态S2的状态在时间t2期间被保持，然后成为状态S3。状态S3的状态在时间t3期间被保持，然后成为状态S4。状态S4的状态在时间t4期间被保持，然后成为状态S5。状态S5的状态在时间t5期间被保持，然后成为状态S6。状态S6的状态在时间t6期间被保持，然后成为状态S7。状态S7的状态在时间t7期间被保持，然后成为状态S8。状态S8没有保持时间。状态S8的状态保持到下一帧更新或下一个打印触发发生为止。即，在最后的状态S8中设定的电压是保持电压。此外，当将稍后描述的第一～第三晶体管Q0、Q2、Q3用于输出缓冲器76时，确定要保持的接通/断开状态。即，在作为波形存储器的一个例子的WG寄存器存储部307中存储有最后接通的晶体管彼此不同的多种类型的驱动电压波形的信息。当然，编码化驱动电压波形WK0～WK6本身可以存储在波形存储器中。
每个WG寄存器GW、GS、G0、G1、G2的状态值和计时器值从WG寄存器存储部307发送到波形生成电路300～306，该波形生成电路300～306生成编码化驱动电压波形WK0～WK6。波形生成电路300～306根据WG寄存器的状态值和计时器值生成编码化驱动电压波形WK0～WK6。WK7是GS的最终状态S8。用于开始生成编码化驱动电压波形WK0～WK7的触发是打印触发。例如，如果输入打印触发信号，则与灰度值0～4相对应的波形生成电路300～304基于WGG寄存器400的设定来读取符合的WG寄存器的状态值和计时器值，并且在该计时器值时间内，将符合的状态值输出到编码化驱动电压波形WK0～WK4，并且对所有帧F0～F4重复该状态值。
图10示出了灰度值0～7中的每个的WG寄存器GW、GS、G0、G1和G2的分配，以及所生成的编码化驱动电压波形WK0～WK7。如图10所示，在对应于灰度值0的编码化驱动电压波形WK0中，在F0～F3之间输出WG寄存器G0的值，并且保持最终值。由于G0的状态值全部为“1”，因此在此期间输出电压V1。在对应于油墨滴落一次的灰度值1的编码化驱动电压波形WK1中，在F0期间输出WG寄存器G1的值，在F1～F3期间输出G0的值，并保持最终值。在对应于油墨滴落两次的灰度值2的编码化驱动电压波形WK2中，在F0～F1期间重复输出WG寄存器G1的值，在F2～F3期间输出G0的值，并保持最终值。在对应于油墨滴落三次的灰度值3的编码化驱动电压波形WK3中，在F0～F2期间重复输出WG寄存器G1的值，在F3期间输出G0的值，并保持最终值。在对应于油墨滴落四次的灰度值4的编码化驱动电压波形WK4中，在F0到F3期间重复输出WG寄存器G1的值，而在F3的末尾(状态S8)输出G2的值，并保持最终值。例如，保持状态S8的状态，直到发生下一个打印触发为止。即，在最后状态S8中设定的电压是施加驱动电压波形之后的保持电压。可以例如从印刷控制装置100来设定和改变保持电压。
灰度值5、6和7不使用帧，没有WGG寄存器400的设定，并且与灰度值0～4的波形生成操作不同。将WG寄存器GW的值输出到对应于灰度值5的编码化驱动电压波形WK5，并保持最终值。将WG寄存器GS的值输出到对应于灰度值6的编码化驱动电压波形WK6，并保持最终值。将WG寄存器GS的状态S8的值输出到对应于灰度值7的编码化驱动电压波形WK7，并保持。例如，保持状态S8的状态，直到发生下一个打印触发为止。如此生成的编码化驱动电压波形WK0～WK7分别被供给到各个波形选择部75的被选择输入。另外，在该例子中，通过波形设定信息命令从印刷控制装置100发送的设置值被设定在WG寄存器和WGG寄存器400中。当然，WG寄存器和WGG寄存器400的设定值可以是固定值，但通过能够从印刷控制装置100设定而具有以下优点。
即，喷墨头1A～1D没有关于油墨的详细信息。这是因为，当油墨改变或油墨温度改变时，驱动电压波形如何变化并不是一概而论的，如果将有关油墨的详细信息固定在喷墨头1A～1D的单体上，则例如无法应对新的油墨或新的要求的驱动条件。喷墨头1A～1D单体通常无法具有显示器或输入面板，并且无法直接连接至主计算机。与此相对，在作为打印机的控制部的印刷控制装置100中，例如可以在操作部18等中设置显示器和输入面板，并且在很多情况下具有与主计算机的接口。因此，可以使用例如显示器和输入面板或从主机输入油墨的特性，并相应地设置驱动电压波形。因此，喷墨头1A～1D不具有关于油墨的详细信息，印刷控制装置100具有该信息，并且根据该信息设定WG寄存器、WGG寄存器400等的值可以是能够在更广泛的条件下使用的灵活的打印机。
返回到图6，打印数据缓冲器74由用于存储从打印数据发送部205发送的数据的输入侧缓冲器和用于将其发送至波形选择部75的输出侧缓冲器构成。每个缓冲器具有按通道数量存储每个通道的每个灰度值数据的容量。如果将打印触发供给到打印数据缓冲器74，则输入侧缓冲器的打印数据被传送到输出侧缓冲器。
如图11所示，波形选择部75包括选择器500、解码器501和假信号消除/空载时间产生电路502。此外，如图12的(a)的电路图所示，输出缓冲器76包括将电压V0供给到致动器的第一晶体管Q0，将电压V1供给到致动器的第二晶体管Q1，以及将电压V2供给到致动器的第三晶体管Q2(Q2p和Q2n)。
如图11所示，将打印数据供给到波形选择部75的所选输入。供给到波形选择部75的打印数据是取值0～7的3bit的信号。该0～7的值对应于灰度值0到7。波形选择部75的选择器500根据打印数据的0～7的值从编码化驱动电压波形WK0～WK7中选择一个编码化驱动电压波形。编码化驱动电压波形是取值0～3的2bit信号流。该2bit信号具有图12的(b)所示的状态值0～3的含义，即，将电压V0供给到致动器的第一晶体管Q0、将电压V1供给到致动器的第二晶体管Q1、将电压V2施加到致动器的第三晶体管Q2(Q2p和Q2n)中的一个接通还是全部断开。该状态值对应于WG寄存器的状态值。由解码器501解码的信号是a0in、a1in和a2in。
假信号消除/空载时间产生电路502消除在解码期间产生的假信号。同时，假信号消除/空载时间产生电路502产生信号a0、a1和a2，该信号a0、a1和a2在接通的晶体管Q1、Q2(Q2p和Q2n)和Q0切换的定时插入暂时断开所有晶体管的空载时间。信号a0、al、a2发送到输出缓冲器76。当信号a0为“H”时，第一晶体管Q0接通，并且电压V0(＝0V)被施加到致动器8。当信号a1为“H”时，第二晶体管Q1接通，并且电压V1被施加到致动器8。当信号a2为“H”时，第三晶体管Q2(Q2p、Q2n)接通，并且电压V2被施加到致动器8。当信号a0、a1和a2全部为“L”时，第一～第三晶体管Q0、Q1、Q2(Q2p、Q2n)全部断开，并且致动器8的端子成为高阻抗。信号a0、a1和a2中的两个以上信号不会同时成为“H”。
图13示出了供给到致动器8以执行一系列打印操作的一系列驱动电压波形。打印周期为20μs。在初始状态下，向致动器8施加电压V0。在打印之前，印刷控制装置100发出唤醒命令(灰度值5)和打印触发，该唤醒命令批量唤醒所有致动器8。波形选择部75从编码化驱动电压波形WK0～WK7中选择编码化驱动电压波形WK5，并且输出缓冲器76控制第一～第三晶体管Q0、Q1和Q2(Q2p、Q2n)的接通/断开，以根据编码化驱动电压波形WK5将唤醒电压波形提供给致动器8。因此，供给到致动器8的电压从电压V0上升到电压V1。即，从第一电压转换到第二电压(第一电压＜第二电压)。此时，电压将升高至进行唤醒的电压V1，并且不得喷射油墨。因此，为了抑制电压上升时的压力振幅并消除压力振动，在唤醒电压波形中设置在最初的2μs期间将电压设定为V2的步骤。2μs是压力振动的半周期。压力振动的半周期也称为AL((Acoustic Length)声学长度)。
此后，印刷控制装置100依次发布打印数据(灰度值1～4)和打印触发，并且将驱动电压波形n次(n≥1)供给到应当喷射的喷嘴51的致动器8。但是，如图13所示，从唤醒到第一次打印的时间要确保两个或更多个打印周期(在此例子中为20μs)。可以通过调节发出下一个打印触发的时间，或者通过连续发出打印数据(灰度值0)和打印触发并连续施加电压V1来确保两个周期以上时间。将参考图14～图15描述确保从唤醒到第一次打印的驱动电压波形的至少两个周期并在打印之前施加偏置电压的原因。
如果向致动器8施加偏置电压，则致动器8的极化发生变化。此时，如果打印前的偏置电压的施加时间短，则在极化变化饱和之前就开始打印，因此，仅在印刷最初的点时压电常数看起来较高，如图14所示，打印开始时的打印可能会变深。即，会产生打印质量下降的问题。
为了调查该现象，以图15的(a)所示的电压波形驱动致动器8，并调查致动器8的电容的变化。用于喷射油墨的驱动电压波形是编码化驱动电压波形WK4，其中油墨滴落四次以形成一个点。2μs是压力振动的半周期。结果在图15的(b)中示出。从图15的(b)的结果可以看出，即使在供给用于喷射油墨的驱动电压波形之前施加20μs(即，一个打印周期)的偏置电压，电容变化也不饱和。如果在喷射之前和之后总共供给100μs(五个打印周期)的偏置电压，则电容降低，因此第二个点之后的电容变得稳定。但是，如果此后停止偏置电压并放置一会，则电容恢复。该现象是导致图14所示的第一点被打印得较深的现象的原因。因此，确保从唤醒到第一次打印的驱动电压波形的两个周期以上的时间，并且抑制最初的第一点变深。更优选地，确保喷射之前和之后总共或喷射前有5个周期以上，相当于100μs。由于唤醒命令和打印数据(灰度值5)都从印刷控制装置100发送到头驱动电路7，因此可以自由地调节从唤醒到第一次打印的时间。
在图13的例子中，在将唤醒电压波形供给到致动器8并且进一步将电压V1作为偏置电压施加(两个打印周期的总和＝40μs以上)之后，从印刷控制装置100依次发出打印数据(灰度值1、2、3、4)和打印触发2～5，按照灰度值1、2、3、4的顺序进行4个点的打印。之后，从印刷控制装置100依次发出打印数据(灰度值0)和打印触发6～7，将电压V1施加到致动器8，并且在该状态下暂停打印一段时间。在此期间维持电压V1。在此例子中，电压V1维持四个打印周期(＝80μs)。接下来，再次从印刷控制装置100依次发出打印数据(灰度值1、2、3、4)和打印触发9～12，并且以灰度值1、2、3和4的顺序进行4个点的打印。此后，从印刷控制装置100发出打印数据(灰度值0)和打印触发13，并且将电压V1施加到致动器8。
完成一系列打印操作后，印刷控制装置100发出睡眠命令(灰度值6)和打印触发14。若执行睡眠命令，则波形选择部75从编码化驱动电压波形WK0～WK7中选择编码化驱动电压波形WK6，并且输出缓冲器76控制第一～第三晶体管Q0、Q1、Q2(Q2p、Q2n)的接通/断开，以将根据编码化驱动电压波形WK6的睡眠电压波形供给到致动器8。致动器8的施加电压从电压V1下降到电压V0。即，从第二电压转换到第一电压(第一电压＜第二电压)。此时，由于睡眠，电压下降至电压V0，不能喷射油墨。为了抑制电压下降时的压力振幅并消除压力振动，在睡眠波形中设置在最初的2μs期间使电压成为V2的步骤。2μs是压力振动的半周期。此后，维持电压V0直到输入下一个打印触发。
在图16所示的其他例子中，在最初四个点的打印与接下来四个点的打印之间设置睡眠以停止偏置电压的施加。与喷墨头1A～1D不同，印刷控制装置100具有多行缓冲器，因此在许多行上具有关于是否在前面喷射的信息。因此，印刷控制装置100可以确定是在将来的几行之后立即进行下一次打印，还是几十行或几百行上暂时没有喷射。在确定在将来的几百行以上持续没有喷射的情况下，印刷控制装置100发出睡眠命令(灰度值6)和打印触发7。通过执行睡眠，供给到致动器8的电压暂时成为电压V0(＝0V)。另外，期望确保从睡眠开始维持电压V0(＝0V)的时间为打印周期(在此例子中为20μs)的两个周期以上。
此后，印刷控制装置100在下一次喷射之前两个打印周期(＝40μs)以上的时间发出唤醒命令(灰度值5)和打印触发8。由唤醒电压波形供给到致动器8的电压上升到电压V1，并保持施加电压V1作为偏置电压。通过确保两个以上打印周期的喷射前偏置电压的施加时间，可以防止下一次喷射的第一点变深，并获得良好的打印质量。
另外，虽然上述例子通过命令执行了批量唤醒和批量睡眠，但即使对打印数据中包含唤醒数据(灰度值5)和睡眠数据(灰度值6)的单独致动器8执行唤醒和睡眠，也同样能够防止第1点变深，从而能够得到良好的打印质量。
即，根据上述实施方式，能够停止供给到电容性致动器的偏置电压的施加，并且能够使下一次喷射液体时的致动器的特性稳定。
接下来，将参考图17描述唤醒的WG寄存器GW和睡眠的WG寄存器GS的设定值的变形例。如图17所示，WG寄存器GW在从电压V0到电压V2的电压波形的上升和从电压V2到电压V1的电压波形的上升中的两个位置处设定使第一～第三晶体管Q1、Q2、Q3全部断开的状态值3。在图中，是用“Hi-Z”示出的位置。具体地，在第三晶体管Q2接通并开始对致动器8进行充电之后，当从电压波形向电压V2上升起经过比完成充电操作所需时间短的预定时间(例如0.1μs)时，将状态3插入预定时间(例如0.1μs)，从而断开第三晶体管Q2。然后如果经过预定时间，则第三晶体管Q2再次接通。此后，接通第二晶体管Q1，如果从电压波形向电压V1上升起经过比完成充电操作所需的时间短的预定时间(例如0.1μs)，则将状态3插入预定时间(例如0.1μs)，从而断开第二晶体管Q1。然后如果经过预定时间，则第二晶体管Q1再次接通。以这种方式插入状态3以延长电压的上升时间。由于电压波形上升的充电和下降的放电需要数百纳秒，因此可以通过在此时间内将状态值更改为3来调节上升时间。通过以此方式调节唤醒电压波形的上升时间，可以难以引起在利用唤醒电压波形驱动时不必要的油墨的喷射。
同样，WG寄存器GS也在从电压V1到电压V2的电压波形的下降和从电压V2到电压V0的电压波形的上升这两个位置设定了使第一～第三晶体管Q1、Q2、Q3全部断开的状态值3。在图中，是用“Hi-Z”示出的位置。具体地，在第三晶体管Q2接通并开始对致动器8进行放电之后，当从电压波形向电压V2下降起经过比完成放电操作所需时间短的预定时间(例如0.1μs)时，将状态3插入预定时间(例如0.1μs)，从而断开第三晶体管Q2。然后如果经过预定时间，则第三晶体管Q2再次接通。此后，接通第一晶体管Q0，当从电压波形向电压V0下降起经过比完成放电操作所需的时间短的预定时间(例如0.1μs)时，将状态3插入预定时间(例如0.1μs)，从而断开第一晶体管Q0。然后如果经过预定时间，则第一晶体管Q0再次接通。以这种方式插入状态3以延长电压的下降时间。通过以此方式调节睡眠电压波形的下降时间，可以难以引起在利用睡眠电压波形驱动时不必要的油墨的喷射。
将参考图18描述唤醒的WG寄存器GW和睡眠的WG寄存器GS的设定值的另一变形例。在该变形例中，供给到致动器8的电压降低到电压V2(>0V)并待机，而不是在如图16所示的印刷期间不喷射油墨的区间持续时将供给到致动器8的电压降低到电压V0(＝0V)，以使其完全睡眠。即，成为低电压唤醒状态(dark wake)。因此，在WG寄存器GW的所有状态S0～S8中设定状态值2。即，电压固定为V2。另一方面，在WG寄存器GS的所有状态S0～S8中设定状态值0。即，电压固定为V0。由于电压是固定的，所以每个计时器t0～t7的设定值可以是任何值。
图19示出了当使用图18所示的WG寄存器GW和GS时的每个灰度值为0～7的WG寄存器GW、GS、G0、G1和G2的分配，以及生成的编码化驱动电压波形WK0～WK7的一个例子。如图19所示，对应于灰度值5的编码化驱动电压波形WK5成为在全时域向致动器8供给电压V2的低电压唤醒状态(dark wake)，对应于灰度值6的编码化驱动电压波形WK6成为在全时域向致动器8供给电压V0(＝0V)的睡眠状态。因此，WG寄存器GW的值(电压V2)被输出到对应于灰度值5的编码化驱动电压波形WK5，并且保持最终值。WG寄存器GS(电压V0)的值被输出到对应于灰度值6的编码化驱动电压波形WK6，并保持最终值。当在不使用灰度值7的情况下维持睡眠时，使用具有灰度值6的编码化驱动电压波形WK6。灰度值0～4与图10所示的例子相同。
图20示出了供给到致动器8以执行一系列打印操作的一系列驱动电压波形。打印周期为20μs。在初始状态下，向致动器8施加电压V0。在打印之前，如果从印刷控制装置100发出唤醒命令(灰度值5)和打印触发1，则波形选择部75选择编码化驱动电压波形WK5，并且施加到所有致动器8的电压从电压V0上升到电压V2。即，成为低电压唤醒状态(dark wake)。此后，例如，如果印刷控制装置100向进行喷射的致动器8发出打印数据(灰度值0)和打印触发2，则波形选择部75选择编码化驱动电压波形WK0，并且施加到致动器8的电压从电压V2上升到电压V1。即，成为供给唤醒电压波形且施加了偏置电压的状态。之后，再次从印刷控制装置100发出打印数据(灰度值0)和打印触发3。结果，喷射前偏置电压的施加时间保持为打印周期的两个周期以上，并且致动器8的特性稳定。
此后，从印刷控制装置100发出打印数据(灰度值4)和打印触发4，并且以灰度值4进行一个点的打印。如果不存在下一次喷射，则从印刷控制装置100发出打印数据(灰度值0)和打印触发5，但之后当确定暂时没有喷射时，印刷控制装置100发出例如唤醒命令(灰度值5)和打印触发7。灰度值5也可以作为打印数据被提供。波形选择部75选择编码化驱动电压波形WK5，并且施加到致动器8的电压从电压V1下降到电压V2，从而成为低电压唤醒状态(dark wake)。印刷控制装置100在重新开始喷射之前的两个打印周期的时间点发出打印数据(灰度值0)和打印触发10。波形选择部75选择编码化驱动电压波形WK0，并且施加到致动器8的电压从电压V2上升到电压V1。即，成为施加偏置电压的状态。之后，再次从印刷控制装置100发出打印数据(灰度值0)和打印触发11。结果，将喷射前偏置电压的施加时间保持两个或更多个打印周期，并且致动器8的特性稳定。
此后，从印刷控制装置100发出打印数据(灰度值1)和打印触发12，并且以灰度值1进行一个点的打印。在下一印刷周期中，从印刷控制装置100发出打印数据(灰度值4)和打印触发13，并且用灰度值4进行一个点的打印。之后，从印刷控制装置100发出打印数据(灰度值0)和打印触发14，并且将电压V1供给到致动器8。此时，如果确定此后暂时没有喷射，则印刷控制装置100发出唤醒命令(灰度值5)和打印触发15，并将供给到致动器8的电压降低到电压V2。此外，在下一个打印周期中发出睡眠命令(灰度值6)和打印触发16，并且将供给到所有致动器8的电压降低到电压V0(＝0V)。即，完全成为睡眠状态。
在上述实施方式中，已经描述了喷墨打印机1的喷墨头1A～1D作为液体喷射装置的例子，但是液体喷射装置也可以是3D打印机的造型材料喷射头和分注装置的样品喷射头。当然，如果致动器8也是电容性负载，则不限于上述实施方式的结构和配置。
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 (8)

1.一种液体喷射装置，其特征在于，具备：
液体喷射部，具备致动器和用于喷射液体的喷嘴；
波形存储器，存储有用于一个打印周期的驱动电压波形和最后供给的电压的设定的多个组；以及
致动器驱动电路，能够从所述多个组中选择要使用的所述驱动电压波形和最后供给的电压的设定的组，确保从唤醒到第一次打印的驱动电压波形的两个所述打印周期以上的时间，以确保喷射前对所述致动器的偏置电压的施加时间，在将用于一次喷射的驱动电压波形供给到所述致动器之后，将最后供给的电压保持为保持电压，直到发生下一个打印触发为止。
2.根据权利要求1所述的液体喷射装置，其特征在于，
所述保持电压是能够设定的。
3.根据权利要求1所述的液体喷射装置，其特征在于，
如果选择了所述多个组中的一个组，则向所述致动器供给不喷射液体的转变为第二保持电压的唤醒波形，如果选择了其他的一个组，则向所述致动器供给不喷射液体的转变为第一保持电压的睡眠波形。
4.根据权利要求1或2所述的液体喷射装置，其特征在于，
所述致动器形成为圆环状，且排列成所述喷嘴位于所述致动器中央。
5.根据权利要求1或2所述的液体喷射装置，其特征在于，
所述致动器与单独电极和公共电极电连接，并且在所述单独电极和所述公共电极之间具有用于防止短路的绝缘层，所述绝缘层由二氧化硅膜形成。
6.根据权利要求5所述的液体喷射装置，其特征在于，
所述致动器构成为层叠有下部电极、压电元件、以及上部电极，所述上部电极与所述单独电极电连接，所述下部电极与所述公共电极电连接。
7.根据权利要求6所述的液体喷射装置，其特征在于，
所述压电元件由厚度小于5μm的锆钛酸铅形成。
8.根据权利要求6所述的液体喷射装置，其特征在于，
所述上部电极和所述下部电极由白金形成，所述单独电极和所述公共电极由金形成。
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