CN117621655A - 喷墨头 - Google Patents

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楠竜太郎
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Abstract

一种喷墨头，能够有效地生成彼此不同的多个驱动波形。根据实施方式，喷墨头具备压电部件、电极、开关、以及控制机构。压电部件驱动压力室。电极对所述压电部件施加电压。共通波形输出机构输出以预定的周期交替具有第一输出波形的要素与第二输出波形的要素的共通波形。开关连接所述共通波形与所述电极。控制机构以所述预定的周期开启所述开关。

Description

喷墨头
技术领域
本发明的实施方式涉及喷墨头。
背景技术
喷墨头中，有对驱动压力室的致动器施加驱动波形并从压力室喷出油墨滴的喷墨头。喷墨头中存在以下情况：为了形成不同灰度的点，生成所喷出的油墨滴的体积不同的多个驱动波形。
以往，喷墨头存在由于需要与驱动波形的种类相应的模拟开关，导致驱动电路大型化的技术问题。
发明内容
为了解决上述的技术问题，提供一种能够有效地生成彼此不同的多个驱动波形的喷墨头。
根据实施方式，喷墨头具备压电部件、电极、开关、以及控制机构。压电部件驱动压力室。电极对所述压电部件施加电压。共通波形输出机构输出以预定的周期交替具有第一输出波形的要素与第二输出波形的要素的共通波形。开关连接所述共通波形与所述电极。控制机构以所述预定的周期开启所述开关。
附图说明
图1是示意性地示出实施方式所涉及的喷墨式打印机的构成例的图。
图2是示出实施方式所涉及的喷墨头的构成例的立体图。
图3是实施方式所涉及的致动器的剖视图。
图4是示出实施方式所涉及的喷墨头驱动电路的构成例的框图。
图5是示出实施方式所涉及的喷墨头的等效电路的图。
图6是示出实施方式所涉及的喷墨头驱动电路的动作例的时序图。
图7是示出实施方式所涉及的输出波形的例子的曲线图。
图8是示出实施方式所涉及的弯液面的位移的例子的曲线图。
附图标记说明
1…灰度；2…喷嘴头部；3…柔性印刷电路板；4…印刷基板；5…致动器；6…喷墨头驱动电路；7…开关；10…喷墨式打印机；11…壳体；12…盒；13…上游输送路；14…输送带；15…下游输送路；16…排出托盘；17…控制基板；18…操作部；21…喷嘴板；22…致动器基板；23…密封部件；24…油墨供给口；25…喷嘴；26…压电部件；27…压电部件；31…驱动IC；51…压力室；52…空气室；53…电极；54…独立布线；55…电极；56…共通布线；61…共通波形生成部；62…定时生成部；63…选择信号生成部；64…选择驱动电路；91…区间；92…区间；93…区间；94…区间；95…区间；96…区间；97…区间；98…区间；100…喷墨头；101…喷墨头；102…喷墨头；103…喷墨头；104…箭头；105…箭头；106…箭头；107…箭头；111…曲线；112…曲线；121…曲线；122…曲线；131…辊对；132…辊对；133…片材引导板；134…片材引导板；141…驱动辊；142…从动辊；143…从动辊；151…辊对；152…辊对；153…辊对；154…辊对；155…片材引导板；156…片材引导板；157…排出口；200…计算机；201…线缆；202…连接器；203…连接器；204…拾取辊；205…电机；206…负压容器；207…风扇；311…油墨流路；312…油墨流路；313…油墨流路；314…油墨流路；315…油墨罐；316…油墨罐；317…油墨罐；318…油墨罐；321…油墨供给压力调整装置；322…油墨供给压力调整装置；323…油墨供给压力调整装置；324…油墨供给压力调整装置。
具体实施方式
以下，针对实施方式，参照附图进行说明。
作为搭载了实施方式的液体喷头的图像形成装置的一例，说明对记录介质印刷图像的喷墨式打印机10。图1示出喷墨式打印机10的简要结构。喷墨式打印机10在壳体11的内部配置：容纳作为记录介质的一例的片材S的盒12、片材S的上游输送路13、输送从盒12内取出的片材S的输送带14、向输送带14上的片材S喷出油墨的液滴的多个喷墨头100至103、片材S的下游输送路15、排出托盘16、以及控制基板17。作为用户接口的操作部18配置在壳体11的上部侧。
例如，对片材S印刷的图像数据由作为外部连接机器的计算机200生成。由计算机200生成的图像数据通过线缆201、连接器202、以及连接器203被发送至喷墨式打印机10的控制基板17。
拾取辊204从盒12将片材S一张一张向上游输送路13供给。上游输送路13由运送辊对131及运送辊对132、以及片材引导板133及片材引导板134构成。片材S经由上游输送路13被发往输送带14的上表面。图中的箭头104示出片材S从盒12向输送带14的输送路径。
输送带14是在表面形成了多个贯穿孔的网状的环形带。驱动辊141、从动辊142、以及从动辊143的3根辊以旋转自如的方式支承输送带14。电机205通过使驱动辊141旋转，来使输送带14旋转。电机205是驱动装置的一例。图中的箭头105示出输送带14的旋转方向。在输送带14的内表面侧配置负压容器206。负压容器206与减压用的风扇207连结。风扇207通过形成的气流对负压容器206内施加负压，在输送带14的上表面使其吸附保持片材S。图中的箭头106示出气流的流向。
作为液体喷头的一例的喷墨头100至103相对于在输送带14上吸附保持的片材S，例如，配置为隔着1mm的微小的间隙对置。喷墨头100至103向片材S分别喷出油墨滴。喷墨头100至103在片材S穿过下方时，印刷图像。各喷墨头100至103除了所喷出的油墨的颜色不同以外，是相同的构造。例如，油墨的颜色为青色、品红色、黄色、以及黑色。
喷墨头100至103分别经由油墨流路311至314，与油墨罐315至318以及油墨供给压力调整装置321至324连结。各油墨罐315至318配置在各喷墨头100至103的上方。待机时，为了使得油墨不从喷墨头100至103的喷嘴25(参照图2)漏出，各油墨供给压力调整装置321至324将各喷墨头100至103内调整为相对于大气压为负压，例如，调整为-1.2kPa。图像形成时，通过油墨供给压力调整装置321至324向各喷墨头100至103供给各油墨罐315至318的油墨。
图像形成后，从输送带14向下游输送路15输送片材S。下游输送路15由运送辊对151至154、以及划定片材S的输送路径的片材引导板155及片材引导板156构成。片材S经由下游输送路15，被从排出口157发向排出托盘16。图中的箭头107示出片材S的输送路径。
接下来，针对喷墨头100至103的结构，进行说明。以下，参照图2以及图3，对喷墨头100进行说明，但喷墨头101至103也与喷墨头100是相同的构造。
如图2所示，喷墨头100具备：作为液体喷出部的一例的喷嘴头部2、以及作为印刷电路基板的一例的柔性印刷电路板3。喷嘴头部2具备：喷嘴板21、致动器基板22、形成于致动器基板22的压力室51以及将空气室52的开口部密封的密封部件23、以及形成于密封部件23的油墨供给口24。油墨供给口24经由油墨流路311与图1的油墨供给压力调整装置321连接。
柔性印刷电路板3与喷嘴头部2的致动器基板22、以及作为中继基板的印刷基板4连接。柔性印刷电路板3搭载着作为驱动芯片的驱动用的IC(Integrated Circuit，集成电路)31(以下，称为驱动IC)。驱动IC31暂时性地保存经由印刷基板4发来的来自喷墨式打印机10的控制基板17的打印数据，以在预定的定时喷出油墨的方式，将驱动信号赋予各通道。
例如，喷嘴板21是由聚酰亚胺等的树脂或不锈钢等的金属形成的矩形状的板。喷出油墨的喷嘴25在喷嘴板21的表面形成有多个。例如，喷嘴密度设定在150～1200dpi的范围内。
例如，致动器基板22是由绝缘性的陶瓷形成的矩形状的基板。如图3所示，在致动器基板22上沿第一方向例如X方向交替形成多个油墨的压力室51与空气室52。压力室51与喷嘴25连通。例如，压力室51经由形成于致动器基板22或者密封部件23的共通油墨室(未图示)与油墨供给口24连通。即，喷嘴头部2通过油墨供给口24对各通道的压力室51供给油墨。即是说，喷嘴头部2兼作为液体喷出部与液体供给部。另一方面，将与压力室51相邻而配置的空气室52设为不与喷嘴25以及共通油墨室(未图示)连通的密闭空间。压力室51以及空气室52是在致动器基板22上，例如，将极化方向为相反的方向(作为一例，为相对方向)而层叠的2片的压电部件26以及压电部件27，在第二方向例如Z方向上切口为例如矩形的槽状而形成。即，压力室51与空气室52之间将在第三方向例如Y方向上层叠的压电部件26以及压电部件27作为侧壁而分隔。
电极53在压力室51的底面以及两侧面形成为一体。压力室51的电极53与作为布线部件的独立布线54连接。电极55在空气室52的底面以及两侧面形成为一体。空气室52的电极55与作为布线部件的共通布线56连接。即，压力室51的电极53与独立布线54的连接点为致动器5的一方的端子。空气室52的电极55与共通布线56的连接点为致动器5的另一方的端子。例如，电极53以及电极55、独立布线54以及共通布线56由镍薄膜形成。独立布线54与驱动IC31(即，各通道的驱动电路)连接。驱动IC31对各通道的致动器5分别赋予驱动电压作为驱动信号。共通布线56与电压V0(例如接地(GND))连接。根据该结构，赋予了驱动电压的致动器5在与压电部件26以及压电部件27的极化轴相交(期望为正交)的方向上被施加电场，成为致动器5的X方向的侧壁的压电部件26以及压电部件27在剪力模式下以关于X方向对称的方式变形。
即，油墨的压力室51夹在使用了压电部件26以及压电部件27的柱状的一对的致动器5之间而形成。对该柱状的致动器5的两壁，即压力室51的内侧的壁与外侧的壁赋予电位差，对使用了压电部件26以及压电部件27的静电电容性的致动器5充电/放电，从而使致动器5变形。即，压电部件26以及压电部件27驱动压力室51。由此，压力室51的容积变化，其结果是，压力室51内的油墨压变化。调整该变化的大小与定时，从而，油墨滴从喷嘴25喷出。
图4是驱动IC31内的喷墨头驱动电路6的方框结构图。喷墨头驱动电路6具备：共通波形生成部61、定时生成部62、选择信号生成部63、以及选择驱动电路64。共通波形生成部61也可以设置在喷墨头驱动电路6之外。
共通波形生成部61(共通波形生成机构)生成详细内容将在后文叙述的反复波形来作为共通波形。共通波形向选择驱动电路64发出。定时生成部62(控制机构)使得共通波形生成部61以及选择信号生成部63的动作的定时同步。选择信号生成部63根据每条通道的影像数据生成选择信号，并向选择驱动电路64发出。每条通道的影像数据包括是否从该通道喷出油墨、以及在喷出油墨的情况下形成的点的灰度信息。
接下来，针对致动器5以及选择驱动电路64的等效电路，进行说明。
图5是示出致动器5以及选择驱动电路64的等效电路的电路图。如图5所示，选择驱动电路64具备与致动器5连接的开关7。开关7由各个选择信号控制为开启或关闭。
开关7与共通波形生成部61以并联的方式连接。开关7分别与致动器5连接。
开关7连接共通波形生成部61以及致动器5。即，开关7连接共通波形生成部61与电极53。在开关7为开启的情况下，致动器5被施加有共通波形。另外，在开关7为关闭的情况下，开关7成为高阻抗，致动器5维持原本的位移。
各个开关7根据来自选择信号生成部63的选择信号，被控制开启关闭。
另外，致动器5相当于电容器。
接下来，针对喷墨头驱动电路6生成驱动波形的动作例，进行说明。
图6是用于对喷墨头驱动电路6生成驱动波形的动作例进行说明的时序图。
此处，喷墨头驱动电路6生成用于形成第一灰度的点的灰度1输出波形与用于形成第二灰度的点的灰度2输出波形。
另外，灰度1输出波形(第一输出波形)是按照时序变化为电压V11、电压V12、以及电压V13的脉冲波形。电压V11、电压V12、以及电压V13的区间(包括电压变化的期间)分别为UL的长度。UL为压力室51的主声学谐振周期的1/2。
同样地，灰度2输出波形(第二输出波形)是按照时序变化为电压V21、电压V22、以及电压V23的脉冲波形。电压V21、电压V22、以及电压V23的区间(包括电压变化的期间)分别为UL的长度。
另外，对油墨滴的喷出速度做贡献的电压通过以下的式子被赋予。
对喷出速度做贡献的电压＝V0-V1+V2-V1＝V0+V2-V1×2
此处，V1为电压V11或电压V21。另外，V2为电压V12或电压V22。
另外，在灰度1输出波形中对喷出速度做贡献的电压＝在灰度2输出波形中对喷出速度做贡献的电压。即，以下的式子成立。
V0+V12-V11×2＝V0+V22-V21×2
据此，灰度1输出波形使油墨滴从压力室51喷出的喷出速度与灰度2输出波形的一致。
另外，对压力振动的抑制(取消)做贡献的电压通过以下的式子被赋予。
对取消做贡献的电压＝V3-V2+V3-V0＝V3×2-V2-V0
此处，V3为电压V13或电压V23。
此处，对喷出速度做贡献的电压＝对取消做贡献的电压。即，在灰度1输出波形以及灰度2输出波形中，以下的式子成立。
V0+V2-V1×2＝V3×2-V2-V0
据此，灰度1输出波形以及灰度2输出波形能够抑制由于喷出而产生的压力振动。
共通波形生成部61所生成的共通波形由灰度1输出波形的要素与灰度2输出波形的要素构成。即，共通波形由灰度1输出波形的电压变化的区间与灰度2输出波形的电压变化的区间构成。
共通波形由按照时序排列的区间91至98构成。区间91至98之间形成有预定的期间。
区间91包括灰度1输出波形的要素。区间91是灰度1输出波形的电压从电压V0变化到电压V11的区间。
区间92包括灰度2输出波形的要素。区间92是灰度2输出波形的电压从电压V0变化到电压V21的区间。
区间93包括灰度1输出波形的要素。区间93是灰度1输出波形的电压从电压V11变化到电压V12的区间。
区间94包括灰度2输出波形的要素。区间94是灰度2输出波形的电压从电压V21变化到电压V22的区间。
区间95包括灰度1输出波形的要素。区间95是灰度1输出波形的电压从电压V12变化到电压V13的区间。
区间96包括灰度2输出波形的要素。区间96是灰度2输出波形的电压从电压V22变化到电压V23的区间。
区间97包括灰度1输出波形的要素。区间97是灰度1输出波形的电压从电压V13变化到电压V0的区间。
区间98包括灰度2输出波形的要素。区间98是灰度2输出波形的电压从电压V23变化到电压V0的区间。
如图6所示，共通波形交替具备灰度1输出波形的要素与灰度2输出波形的要素。另外，灰度1输出波形的要素间的长度(从要素的开头到下一要素的开头为止的长度)为UL。同样地，灰度2输出波形的要素间的长度为UL。
灰度1选择信号是选择信号生成部63所输出的选择信号。灰度1选择信号生成灰度1输出波形。灰度1选择信号在共通波形输出灰度1输出波形的要素的期间内，成为开启。即，灰度1选择信号在区间91、区间93、区间95、以及区间97内，成为开启。另外，灰度1选择信号在其他的期间内，成为关闭。灰度1选择信号在区间92、区间94、区间96、以及区间98内，成为关闭。
选择信号生成部63以预定的相位(第一相位)且以UL的周期将开关7设为开启，作为灰度1选择信号，从而将灰度1输出波形施加于致动器5。
灰度2选择信号是选择信号生成部63所输出的选择信号。灰度2选择信号生成灰度2输出波形。灰度2选择信号在共通波形输出灰度2输出波形的要素的期间内，成为开启。即，灰度2选择信号在区间92、区间94、区间96、以及区间98内，成为开启。另外，灰度2选择信号在其他的期间内，成为关闭。灰度2选择信号在区间91、区间93、区间95、以及区间97内，成为关闭。
选择信号生成部63以与第一相位不同的相位(第二相位)且以UL的周期将开关7设为开启，作为灰度2选择信号，从而将灰度2输出波形施加于致动器5。
图7是示出灰度1输出波形以及灰度2输出波形的曲线图。图7中，横轴示出时间。另外，纵轴示出电压。
图7示出曲线111以及曲线112。
曲线111示出灰度1输出波形。如曲线111所示，开关7成为高阻抗的区间内，施加于致动器5的电压被维持为之前的电压。
曲线112示出灰度2输出波形。如曲线112所示，开关7成为高阻抗的区间内，施加于致动器5的电压被维持为之前的电压。
灰度1输出波形以及灰度2输出波形从V0变化到V1，由此，将压力室51扩张。其后，灰度1输出波形以及灰度2输出波形从V1变化至V2，由此，将压力室51收缩。
若压力室51收缩，则压力室51内的压力振动变大，油墨滴从喷嘴25喷出。油墨滴在施加于致动器5的电压为V2的区间内被喷出。
其后，灰度1输出波形以及灰度2输出波形从V2变化至V3，由此，将压力室51进一步收缩。其结果是，压力室51内的压力振动受到抑制。
接下来，针对形成于喷嘴25的弯液面的位移，进行说明。
图8是示出形成于喷嘴25的弯液面的位移的曲线图。图8中，横轴示出时间。另外，纵轴示出弯液面的位置。
图8示出曲线121以及曲线122。
曲线121示出在灰度1输出波形被施加于致动器5的情况下形成于喷嘴25的弯液面的位置。
另外，曲线122示出在灰度2输出波形被施加于致动器5的情况下形成于喷嘴25的弯液面的位置。
如曲线121以及曲线122所示，在预定的定时油墨滴从弯液面分离。分离后的油墨滴被朝向片材S喷出。
另外，曲线121以及曲线122的斜率成为油墨滴的喷出速度。
如曲线121以及曲线122所示，两者的斜率大致相同。即，基于灰度1输出波形的油墨滴的喷出速度与基于灰度2输出波形的大致相同。
另外，油墨滴分离之前的弯液面的位置与油墨滴分离之后的弯液面的位置之间的差与油墨滴的体积成比例。
如图8所示，曲线121的差比曲线122的差小。据此，基于灰度1输出波形的油墨滴的体积比基于灰度2输出波形的体积小。
需要说明的是，共通波形也可以是由3个以上的输出波形的要素构成的。该情况下，选择信号生成部63将用于生成各输出波形的选择信号供给至选择驱动电路64。
另外，基于各输出波形的油墨滴的喷出速度也可以彼此不同。
另外，致动器5也可以是如下的致动器：通过切割来对接合于基座部件上的层叠型压电部件做槽加工，将相对于1个压电部件所需数量的压电柱以预定的间隔形成为梳齿状。
按照以上方式构成的喷墨头输出由多个输出波形的要素构成的共通波形。喷墨头将选择波形的选择信号供给至将用于生成共通波形的共通波形生成部与致动器连接的开关。其结果是，喷墨头不需要针对每一个输出波形的模拟开关等，就能够生成多个输出波形。
对本发明的几个实施方式进行了说明，但是，这些的实施方式是作为示例而提出的，意图不在于限定发明的范围。这些新建的实施方式能够通过其他的各种各样的方式实施，在没有超脱发明的主旨的范围内，能够进行各种的省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包括于发明的范围、主旨，并且包括于专利申请的范围所记载的发明以及其均等的范围。

Claims (10)

1.一种喷墨头，其特征在于，具备：
压电部件，驱动压力室；
电极，对所述压电部件施加电压；
共通波形输出机构，输出共通波形，所述共通波形以预定的周期交替具有第一输出波形的要素与第二输出波形的要素；
开关，连接所述共通波形与所述电极；以及
控制机构，以所述预定的周期开启所述开关。
2.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，
所述控制机构通过以第一相位开启所述开关，来对所述电极施加所述第一输出波形，
所述控制机构通过以与所述第一相位不同的第二相位开启所述开关，来对所述电极施加所述第二输出波形。
3.根据权利要求1所述的喷墨头，其特征在于，
所述预定的周期为所述压力室的主声学谐振周期的1/2。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的喷墨头，其特征在于，
在所述第一输出波形中对喷出做贡献的电压与在所述第二输出波形中对喷出做贡献的电压一致。
5.根据权利要求4所述的喷墨头，其特征在于，
在所述第一输出波形以及所述第二输出波形中，对喷出做贡献的电压与对所述压力室的压力振动的抑制做贡献的电压一致。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的喷墨头，其特征在于，
在所述开关为开启的情况下，所述压电部件被施加有所述共通波形，
在所述开关为关闭的情况下，所述开关成为高阻抗，所述压电部件维持原本的位移。
7.根据权利要求4所述的喷墨头，其特征在于，
在所述开关为开启的情况下，所述压电部件被施加有所述共通波形，
在所述开关为关闭的情况下，所述开关成为高阻抗，所述压电部件维持原本的位移。
8.根据权利要求5所述的喷墨头，其特征在于，
在所述开关为开启的情况下，所述压电部件被施加有所述共通波形，
在所述开关为关闭的情况下，所述开关成为高阻抗，所述压电部件维持原本的位移。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的喷墨头，其特征在于，
所述共通波形由按照时序排列的区间构成，所述区间之间形成有预定的期间。
10.根据权利要求4所述的喷墨头，其特征在于，
所述共通波形由按照时序排列的区间构成，所述区间之间形成有预定的期间。
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