CN1196587C - 液滴析出装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液滴沉积装置，该装置包括：一个用于喷射墨滴的墨汁促动器(100)；一个用于控制墨滴形成的控制器(130)；以及用于向控制器(130)提供驱动电压的电源装置。驱动电压具有电压振幅(V100)；控制器(130)具有多个驱动信号源(320)，它们用于限定上述电信号的波形。该装置还包括：用于检测至少一个性能影响数值的装置(470)，以及用于产生响应性能影响数值的振幅控制信号的装置(490)，且该装置的特征在于：电源装置(330)包括用于调节响应振幅控制信号的驱动电压的振幅的装置(350)，上述电源装置与上述控制器是分开的。

Description

液滴析出装置
技术领域
本发明涉及液滴析出装置。
背景技术
喷墨打印机包括按指令喷射墨汁液滴的墨汁促动器。美国专利第5016 028号公开了一个此种墨汁促动器。该促动器包括多条通道，这些通道具有响应电驱动信号而可位移的一些侧壁。当电驱动信号施于壁的一个区段时，壁会移动，从而使相应通道的容量增大或减小。
美国专利第5 631 675号描述了一种用于驱动喷墨记录头的装置，该记录头有一些当被施以电场而受控制就会扩张与收缩的压电元件。电容器的电压被放大，以便提供电压来驱动压电元件。
发明内容
本发明要解决的问题是，改进打印效果并延长促动器的使用寿命。
这个问题，是通过提供一种液滴析出装置来解决的，该装置包括：
一个墨汁促动器，它有多个限定着通道的有间隔的壁，上述壁具有相反的两侧，该相反的两侧配置有一些适宜接受电信号的电极，以便使上述壁变形从而使上述通道中的墨汁喷射出来；
一个控制器，它包括多个用于限定上述电信号的波形的电流源；
一个温度传感器，它用于产生与所感受的促动器温度对应的振幅控制信号；
一个电源，它用于向控制器提供驱动电压，该驱动电压具有电压振幅；
电源具有用于调节响应振幅控制信号的驱动电压振幅的装置；其特征在于：
上述电源与上述控制器及与上述促动器分隔开，且特征还在于上述电信号包括受控电流。
此种解决方案，有利地使得促动器的运行温度降低，并使所喷射墨汁的质量得以改善。由于高运行温度导致在促动器中及附近的墨汁老化过程加速，这又导致打印质量退化，因此此种解决方案就使打印质量得以改善。当液滴析出装置启动并长时间能运行但只少量地真正打印时，在这种打印条件下，此种解决方案就特别改善了打印质量。在此类情况下，在墨汁析出之前，会有一些墨汁长时间残留在促动器里。采用上述液滴析出装置，就防止电源装置所产生的热被传送给促动器。尽管现有技术装置的促动器中的一批墨汁会长时间持续保持温暖，但在符合本发明上述实施例的液滴析出装置中，则避免这种保暖。
附图说明
图1是一个打印头装置透视图，该装置包括一个促动器，以及经由一条电缆连接着电源及数据接口的控制器；
图2是图1所示促动器一部分的部分分解透视略图；
图3是一块促动器板的剖视图；
图4是图3所示促动器板的截面透视图；
图5A是图1与图2所示促动器的一部分在松弛状态下的横截图；
图5B是图1与图2所示促动器的一部分有一些通道处于扩张状态下的横截图；
图5C是图1与图2所示促动器的一部分有一些通道处于收缩状态下的横截图；
图6的部分略视图，显示与图中一个电接触点连接的一些电极连接件；
图7显示当最大数量的墨汁液滴被喷射出来时电极连接件处的电信号波形的例子；
图8显示与具有带电极的两个相反侧面的一个壁有关的电信号波形的例子；
图9是符合本发明一个实施例的打印机装置的方框图，该装置包括一个连接着促动器及电源电路的控制器；
图10是符合本发明又一实施例的打印机装置的方框图，该装置包括一个连接着电源电路并用于连接促动器的控制器；
图11是符合本发明一个实施例的可控驱动信号源的方框图；
图12是符合本发明又一实施例的可控驱动信号源的方框图；
图13是可控驱动信号源的一个实施例的略示图。
具体实施方式
图1是打印头装置90的透视图，该装置包括一个安装在底板110上的墨汁促动器100。底板可以安置在喷墨打印机(未显示)的闸门上。
一块电路板120也安装在底板110上。该电路板120包括一个控制器130和一个连接件140。
打印机或传真机中的中央数据处理器，可连接着连接件140，并可向连接件140提供打印指令。因此而向打印头装置90提供的打印指令，被输送给控制器130。控制器130把打印指令转换成电脉冲，这些电脉冲适合于使促动器组件100按照打印指令喷射墨滴。
墨汁是由墨盒(未显示)向促动器组件100上的墨汁入口150输送的。墨汁入口150可包括一个过滤头160。墨汁入口150还包括一个密封件170。该密封件170可以包括一条橡胶带，此橡胶带如图1所示在促动器组件100的表面160上方伸出少量长1毫米的齿牙，以便当密封件被压向相应的墨斗连接件时紧紧密封。
促动器100包括一块促动器板200及一块盖板210。促动器板200由极化了的压电材料制成。盖板，它包括墨汁入口150，则由未极化的压电材料制成。
图2是促动器100一部分的部分分解透视略图。
促动器200包括一些形成通道220的矩形横截面槽子。各条通道220被侧壁230分开。整块促动器板，被顺着与图2中Z轴平行的方向极化。极化方向在图2中也以箭头240表示。
图3是顺着X轴的方向看去的促动器板200的剖视图。
按照促动器组件的一个实施例，它有66条通道220。为了便于参照，这些通道分别被称为C1、C2、C3……C66。如下文要详述的那样，这66条通道中，有64条是活跃的，而C1与C66这两条通道则是不活跃的且不被用来喷出墨滴。这两条不活跃的通道C1与C66，就是顺图2或图3中Y轴方向看去的第一条与最后一条通道。
当顺着与壁230的极化方向240垂直的方向起作用的电场激活壁230时，壁230的某些路径就被以相对于墨汁通道220的剪切方式而移动。这些侧壁230相对于通道轴线可横向位移，以便引起通道中墨汁的压力变化，从而达到使液滴从喷嘴板265上的喷嘴F2至F65喷射。该喷嘴板265位于通道220各敞开末端的前方，且带有供墨滴喷射之用的喷嘴口。
用于激活通道侧壁230的电连接件D1、D2、D3……D66，如图1、2及图4所示，被一些捆束导线形成为控制器。
图4是促动器板200一部分的横截透视图。捆束导线D1连接着安置在促动器板200一个表面上的一个薄金属层270(以点划线所示)。该金属层也覆盖着壁230面向壁230的通道C1的那个表面的一部分，该部分显示为图4中的阴影区域E1。另一根捆束导线D2以同样方式连接着通道C2中的金属层E2。金属层E2在面对壁230的通道C2的那些表面上形成电极。盖板210被粘接在促动器板220上，以便与壁230一起，限定带有喷嘴F2、F3……F65的各条通道220。
图5A是从喷嘴板265看去的促动器组件100一部分的横截图。为了简化理解，在图2、3、4及图5中均显示了3根轴X、Y及Z。标号275表示接头，在这些接头处，盖板210被粘接在促动器板200中所包括的每个壁230上。因此，每个壁230均牢牢地连接着盖板。通道C2、C3……C65能如上述那样被各自分别激活。如上所述，从图2上看最左边的通道C1，是一条不活跃的通道。最右边的通道C66也是一条不活跃的通道，即它不用来喷射墨汁。
图5B显示处于扩张状态下的通道C2。这种扩张是由于使电流从电极E2流向电极E1与E3而达到的。由于电极E2与电极E1之间阻抗的缘故，在电极E2与电极E1之间会有一个电位U21。
因此，在顺基本上与极化方向240垂直的方向上的电极E2与电极E1之间的壁230中一个部分300中，会产生一个电场。这会使壁的该部分300以剪切方式向图5B所示位置挠曲。当壁的这部分300挠曲时，它也迫使壁的互补部分310顺同样方向弯曲。
当通道C2扩张时，它通过墨汁入口150吸入较多墨汁(图2中显示得最清楚)。
图6是部分略视图，显示与图中一个电接触点连接的一些电极连接件。
通道C1中的那些电极E1如图6所示连接着控制器130。
控制器包括用于每条通道的电流源320。因此，就有用于每条通道C1至C66的电流源320。每个电流源320如图6所示连接着相应通道中的电极E。
每个壁230都依据该壁上各个电极之间的电流而各自分别可位移。例如，通道C2与通道C3之间的那个壁，可依据电极E2与电极E3之间的电流I23而位移。
图7显示当最大数量的墨滴被喷射时，发送给电极E1至E6的电脉冲I1至I6的几个例。
图8显示与通道C2和通道C3之间的壁上的两个相反电极E2和E3有关的电信号波形的一个例子。
墨汁的某些基本性能例如粘度，依据墨汁的温度而变化。为了补偿这种对温度的依赖性，就用温度传感器测量温度，并以升高墨汁温度来降低脉冲波形中的电压电平。按照本发明的一个实施例，当促动器温度为20℃时，电压最高值定为35伏。按照本发明的又一个实施例，当促动器的温度为10℃时，电压最高值就定为其最高值。此处的最高电压电平，被认为是100％的电压电平。按照本发明的一个实施例，温度传感器是一个热敏电阻。
图9是本发明一个实施例的方框图，该图中包括促动器控制电路130、电源电路330以及一个促动器100。电源电路330连接着直流电源340。电源340例如可以提供40伏的基本上恒稳的电压。电源电路330包括一个驱动电压控制器350，该控制器具有电源指令信号所用的入口360以及一个用于以受控电压Vcc发送驱动电压的电源出口370。受控电压Vcc例如可以从Vcc(100)的10％能控制到Vcc(100)的100％，其中，Vcc(100)＝35V。
促动器控制器130包括电源入口380，该入口连接看出口370，以便接受受控驱动电压。控制器130包括多个可控电流源320，每个电流源具有一个连接着电源入口380的驱动电压入口400。可以配备N个电流源，N是一个整数。每个电流源320：1、320：2……320：N均具有一个接地及一个促动器驱动信号出口420。每个促动器驱动信号出口，均连接着促动器100中一个对应通道壁的电极E。
每个电流源320还包括一个电流控制信号所用的入口430。电流控制信号入口连接着数据转换器440。数据转换器包括入口450，该入口用于接受要被打印的文字或图像所表示的打印数据。参看图1与图9，配备了多个导电体466，以便使控制器130与数据接口460及电源电路330连接。
数据转换器440响应在入口450上接受的打印数据，将该打印数据转换成每个电流源所用的各自分别的电流控制信号。为此目的，数据转换器440包括与每个电流源320对应的，且因而与促动器中每条通道所用电流控制信号对应的控制信号出口471。
数据转换器与可控电流源320合作运行，在出口420上产生驱动电流，从而让发送给促动器每个壁上的驱动信号的波形，使每个壁做受控移动。
每个出口420上的驱动电流的电压振幅，依电源入口380上的电压而定。
为了达到控制电压电平以便补偿墨汁粘度对温度的依赖性这个目的，促动器包括一个温度传感器470。温度传感器470提供温度信号，该信号指示出以最佳效果驱动促动器的电源指令。电源电路的电源指令信号入口360，适合于接受来自传感器470的信号，即传感器470所发送的指令信号。
根据本发明的一个实施例，发送给入口360的电源指令信号，是由传感器470将其他性能影响参数连同信号一起发送的。图10是喷墨打印装置又一实施例的方框图。图10所示实施例与图9所示实施例不同之处在于，传感器470连接着一条鉴定电路490，该电路运行是便于依据被感爱的温度而产生电压指令信号。鉴定电路490的出口，连接着电源电路350的入口360。
按照本发明的一个实施例，鉴定电路490包括一个入口520，该入口于用接受与性能影响参数有关的其他数据，例如关于促动器效率和/或液体类型的数据。此种数据包括例如限定要被促动器喷射的液体的温度依赖性这样的数据。按照一个推荐实施例，鉴定电路490是控制器130的一个组成部分。
与促动器100的性能有关的其他数据，由一条促动器状态电路530产生。促动器状态电路530也是控制器130的一个组成部分，它包括一个存储器，此存储器用于存储由促动器各个控制器的协同性能的测量结果所发送的数据。
按照本发明的一个推荐实施例，促动器控制电路130及促动器100被安置在打印机的一个活动闸门上，而数据接口460及驱动电压控制器350则是打印机的固定部件。那组电导体466是可弯曲的，以便能使其一端连接着固定安装的电源330，而另一端则连接承载着控制器130及促动器的那块活动闸门。因此，电源330与控制器及促动器100均有一段间隔。在打印操作期间，由于带有控制器及促动器100的闸门移动，就使它们之间的分隔距离变化。空间上的分隔导致促动器100的保暖，由于来自可变电压电源330的热辐射而降减或消除。
另外，由于控制器130中的电压降减为最小，使得从该控制器向促动器的热扩散减少。信号源320被设计得用于电源入口380与出口420之间最小化的电压降。因此，控制器中减少了的电能损耗，就减少了墨汁促动器中最接近处所产生的热的量，从而减小了从控制器到促动器之间的热传导。
图11是一幅方框图，它显示符合本发明一个实施例，在图9中所示的两个可控电流信号源320：1与320：2。图11还显示了两个电流源320：1与320：2是如何协同向通道CHk与CHk+1之间的促动器壁，如图8所示那样提供推挽驱动信号的。
因此，通常每个促动器壁，均连接着两个各自分别受控的电流源320：k与320：k+1。如图8、9及图11所示，一个促动器壁被连接得便于接受来自一对电流源320：k与320：k+1的推挽信号，而其他的壁则接受来自其他几对电流源，320：j与320：j+1的推挽信号，其中，k与j均是正载荷子，且j恒不等于k。换言之，第一个促动器壁被连接得接受来自第一对被推挽连接的信号源的驱动信号，而第二个促动器壁则被连接得接受来自第二对被推挽连接的信号源的驱动信号，其中，第一对信号源与第二对信号源不同。
按照本发明，要配备多个电流信号源320，每个此种电流信号源320，均连接着至少一个促动器壁。以此方式，就能使打印质量得到改善。这种有利的效果，是由于对每个壁的偏移的控制，都能通过使输送给该壁的电流受控制来达到的。在图9所示实施例中，为每条促动器通道均配备了一个电流源320，且通过一个壁的电流，是由连接着使该壁扩张的那些通道的电流所决定的。
一个电流信号源320，包括一个电流源500，该电流源接受来自驱动电压入口400的驱动电压，以及来自控制信号入口430的控制信号。电流源500的出口，连接着一个开关515，该开关用于使驱动器出口420与电流源500的出口连接，或与地线410连接。开关515也受来自控制信号入口430的信号控制。图11显示当电流源320：1能经由开关515：1通过通道CH1与CH2之间的壁，以及经由连往地线的开关515：2而驱动电流时，一套开关的设置。
图12是符合本发明又一实施例的一个可控驱动信号源320的方框图。发明者们所做的测试已经表明，电压降的速度，依图8所示驱动信号的转换速率而定。为了控制电压脉冲的转换速率，该驱动信号源被构造得带有4个输出电流源500：A、500：B、500：C、500：D。电流源500：B所供应的电流是电流源500：A所供应的两倍，电流源550：C所供应的电流是电流源500：B所供应的两倍，且电流源500：D所供应的电流是电流源500：C所供应的两倍。因此，就获得1∶2∶4∶8的电流比。一个开关装置514，它具有开关514：A、514：B、514：C及514：D，分别控制着各个电流源500：A、500：B、500：C及500：D的启动。电流源500包括一些输出装置，其中，一个输出装置的几何面积，直接与它所能供应的电流成比例，因而就可使转换速率受控制。按照一个实施例，输出装置500：A、500：B、500：C、500：D均是集成电路金属氧化物硅(MOS)晶体管。
激励板320被推挽连接着。电流源500：A、500：B、500：C、500：D的出口连接着一个开关515，该开关用于将驱动器出口420，与电流源500：A、500：B、500：C、500：D的出口连接，或与地线410连接。根据一个实施例，在开关515与地线410之间配备了多个电流源(未显示)，以便能控制在出口420上发送的脉冲信号的负比降。这些电流源，是对应于牵引电流源500：A、500：B、500：C、500：D的值的牵引电流源，且这些电流源还受开关装置514的控制。根据另一个实施例，配备了一个分离开关，用于控制这些牵引电流源。
图13是一个可控驱动信号源320的实施例略图。N条促动器通道中的每条通道，均连接着一个非转换驱动信号源320。促动器载荷，表现为一个串联于每个相邻的驱动器出口之间的大电容器及并联电阻器。这些电容器的电介质，由壁230中的压电材料(见图2)形成。为了在第K通道中吸入液体，驱动器320：k把出口420：k驱向正轨迹，同时相邻接通道(Ck-1与Ck+1)的出口420：k-1与420：k+1，则固定在负轨迹上。这样就使通道Ck各个壁上的两个电容器负荷。在液滴喷射期间，壁上的电容器被施以反极性接法脉冲，见图5、7及图8，使该电容器的负荷极性逆反。而且，这样就使通道的壁偏移，以便收缩通道(见图5)。最后，在恢复阶段，当壁的电容量被释放到其初始状态时，横跨该壁230的电位就恢复为零。
参看图13，配置了形成开关515的两个输出二级负极-正极-负极(NPN)晶体管540与550。多个金属氧化物硅(MOS)晶体管，如上所述，形成了电流源500：A、500：B、500：C及500：D，用于把出口420驱向正轨迹。以相似方式，几个NPN晶体管560A、560B、560C及560D起到电流源560的作用，用于把出口420驱向负轨迹。输出二级NPN晶体管540与550的输出驱动容量，由金属氧化物硅晶体管500：A、500：B、500：C、500：D及NPN晶体管560A、560B、560C与560D决定。金属氧化物硅晶体管500和负极-正极-负极晶体管560，限制着用于负极-正极-负极晶体管540与550的可用基极电流，从而当以受控方式开关这些装置时就决定着转换速率。输出状态由控制信号GA、GB、GC、GD、BA、BB、BC及BD决定，这些信号如上文所述与控制信号出口430上的信号有关。参看图13与图12连同其相关说明，一个开关514，即形成为熔性连接存储器的开关，可配置于出口430与终端GA、GB、GC、GD、BA、BB、BC及BD之间。

Claims (9)

1.一种液滴析出装置包括：
一个墨汁促动器(100)，它有多个限定着墨汁通道的有间隔的壁，上述壁具有相反的两侧，该相反的两侧配置有一些适宜接受电信号的电极，以便使上述壁变形从而使上述通道中的墨汁喷射出来；
一个控制器(130)，它包括多个用以限定上述电信号的波形的电流源(320)；
一个温度传感器(470、490)，它产生与所感受的促动器温度对应的振幅控制信号；
一个电源(330)，它用来向控制器(130)提供驱动电压，该驱动电压具有电压振幅(Vcc)；
电源具有用于调节响应振幅控制信号的驱动电压振幅的装置(350)，其特征在于：
上述电源与上述控制器及与上述促动器在空间上是分开的，且特征还在于上述电信号包括受控电流。
2.根据权利要求1所述的液滴析出装置，其特征在于：
第一个促动器壁被连接得接受来自第一对被推挽连接的信号源(320:1、320:2)的驱动信号，而第二个促动器壁则被连接得接受来自第二对被推挽连接的信号源(320:N-1、320:N)的驱动信号，上述第二对信号源与上述第一对信号源不同。
3.根据权利要求1或2所述的液滴析出装置，其特征在于：上述壁是狭长的，以便限定多条基本上平行的且狭长的墨汁通道。
4.根据权利要求1或2所述的液滴析出装置，其特征在于：上述壁的压电材料，被顺着基本上与上述壁的上述两侧平行的且基本上与上述通道的狭长方向垂直的方向被极化。
5.一种液滴析出装置包括：
一个用于响应电信号而喷射墨滴的墨汁促动器(100)；
一个用于控制液滴形成的控制器(130)；以及
用于向控制器(130)提供驱动电压的电源装置，该驱动电压具有电压振幅(Vcc)；
控制器(130)具有：
多个电流源(320)，它们用于限定上述电信号的波形；
一个检测器，它用于产生表示促动器温度的数值；
用于产生与温度数值相应的振幅控制信号的装置(490)；且特征在于：
电源装置(330)包括装置(350)，后者用于调节响应振幅控制信号的驱动电压的振幅，其特征在于：上述电源装置与上述控制器及与上述促动器在空间上是分开的，且特征还在于上述电信号包括受控电流。
6.根据权利要求1，2或5中任一项权利要求所述的液滴析出装置，其特征在于：
促动器(100)安置得更靠近控制器(130)而不是更靠近电源装置(130)。
7.根据权利要求1，2或5中任一项权利要求所述的液滴析出装置，其特征在于：电源装置(330)用于连接电源(340)，上述电源(340)发送具有第一振幅的电压，上述驱动电压的振幅与上述第一振幅偏离从而获得电压差，该电压差大于控制器(130)中电流源(320)的驱动电压入口(400)与出口(420)之间的电压差。
8.根据权利要求1，2或5中任一项权利要求所述的液滴析出装置，其特征在于：
电源装置(330)是固定的；以及
促动器(100)被配置于一个相对于电源装置可移动的承载件上。
9.根据权利要求8所述的液滴析出装置，其包括：
导体装置(466)，它适合于把电源出口(370)处所供的可变电压与活动的促动器控制器(130)相连接，从而使控制器(130)中接近促动器(100)的电压差减至最小。
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