CN1266783A - 压电弯曲换能器按需落下式打印头及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明有关一种压电弯曲换能器按需落下式打印头及其控制方法。根据该方法,对一种压电弯曲换能器按需落下式打印头的压电弯曲换能器的每一个施加一对应于所希望的打印图的、由各产生一液滴喷射运动的触发脉冲组成的序列,且对应于每个触发脉冲对被触发脉冲所触发的压电弯曲换能器所邻接的压电弯曲换能器施加一偏转它的补偿脉冲。压电弯曲换能器按需落下式打印头具有一带有成列配置的喷嘴(11)的喷嘴板(1),喷嘴各对应于一压电弯曲换能器(2),该换能器(2)在从各喷嘴(11)喷射出一液滴的情况下被施加一触发脉冲,且该打印头还具有一控制装置(3),由该控制装置(3)根据如本发明所述的方法对压电弯曲换能器(2)施加触发脉冲和补偿脉冲。

Description

压电弯曲换能器按需 落下式打印头及其控制方法

本发明有关一种液滴产生器，它具有配置成列的喷嘴，为喷射系列液滴，这些喷嘴各自被对应有一压电式弯曲换能器(压电弯曲换能器按需落下式打印头)，本发明还有关一种用于控制一种压电弯曲换能器按需落下式打印头的方法。

从DE 25 27 647 C3中已知有一种普通的压电弯曲换能器按需落下式打印头。在一块喷嘴板上提供有一系列垂直于板面的喷嘴。与该喷嘴板平行的则配置有一列相互平行的、形状为一种单侧夹紧纵向伸开的簧片的压电弯曲换能器，其配置的形式为：它们的未被夹紧的自由端各与喷嘴中的一个相对立。这些压电弯曲换能器的每一个均被设计成双压电片形式，它具有一平行于该喷嘴板的、或垂直于喷嘴的弯曲轴。为喷出一液滴，该压电簧片经施加一电压而被弯曲，这样该所对应的喷嘴的自由端则运动开。电压于是被切断，而该自由端朝喷嘴快速跳回并将一定量的液体压穿过该喷嘴，这样一个液滴便被喷射出来。

如果要用这样一种结构来产生一种具有高分辨率的、亦即单位长度之上大数量点数的打印的话，则必须将喷嘴相互间很紧密地配置。为能得到一种干净的液滴喷射，压电弯曲换能器必须尽可能地以其宽度覆盖整个被分配到的喷嘴。在紧密的喷嘴配置情况下，相互相邻的压电弯曲换能器因此也同样地如该所被对应的喷嘴那样相互换得十分紧密。因此对一个压电弯曲换能器的起动其结果则导致一液流通过多个所对应相邻的压电弯曲换能器的喷嘴(串扰)。这样，一部分所产生的流体能量便不能到达要压出的液滴。此外，还能导致从相邻喷嘴喷射出一液滴的结果，最终导致对所要求打印图形的歪曲。

为消除该串扰问题，根据DE 31 14 259 A1则建议采用一种专门的喷嘴造型。喷嘴在喷嘴板背离压电弯曲换能器的一侧具有圆截面，圆截面具有一取决于所希望的液滴形状的直径。朝向面向压电弯曲换能器的一侧，喷嘴成漏斗形地、但却不是旋转对称地，而仅仅是在平行于压电弯曲换能器的方向上成漏斗形地扩张。在垂直于压电弯曲换能器的方向上，喷嘴具有一恒宽度，这样喷嘴可被紧密相挨地加以配置。

然而加工这种喷嘴则要求很高的费用。此外，这种喷嘴的串扰程度尽管已得到明显的降低，但对具有高分辨率的打印头来说还未得到足够的降低。

根据EP 0 713 773(Heinzl，Schullerus)，因此则建议：在各压电弯曲换能器之间提供分离壁。这样尽管导致可完全消除串扰，但在加工和安装上却要求十分昂贵的费用。由于为提高打印分辨率始终努力达到相邻喷嘴间或相邻压电弯曲换能器间的十分小的间距，因此必须在保持极高的公差条件下加工和安装分离壁。此外，在压电弯曲换能器和分离壁之间狭窄的间隙中的液体摩擦也导致在换能器运动速度和喷出液滴能量方面的巨大损失。

本发明的任务是：提供一种高分辨率的压电弯曲换能器按需落下式打印头，它可以很小的加工和安装费用来加以制造并可无串扰地工作。

根据本发明，该任务是用一种控制一种压电弯曲换能器按需落下式打印头的方法来解决的，该打印头具有一块有着成列配置喷嘴的喷嘴板，这些喷嘴各自对应有一压电弯曲换能器，其中压电弯曲换能器的每个均被施加一对应于所希望的打印图形的、能各自产生一液滴喷射运动的触发脉冲序列。与每一触发脉冲相对应，则对与为该触发脉冲所触发的压电弯曲换能器相邻的压电弯曲换能器施加一使其偏转的补偿脉冲。

由补偿脉冲来偏转相邻的压电弯曲换能器则在该地点上在所对应于该相邻压电弯曲换能器的喷嘴上造成一液体运动。该液体运动对下面的液体运动起一种反作用，这种液体运动由于触发脉冲和被触发压电弯曲换能器的运动而调整到与相邻压电弯曲换能器相对应的喷嘴上。这两种液体运动全部或部分地相互相对进行补偿。这样便不会发生液滴喷射到对应于相邻压电弯曲换能器的喷嘴(相邻喷嘴)上的情形。由此可阻止打印图形被歪曲情况的发生。串扰的负面作用也因此而被消除。

要相互邻接的压电弯曲换能器或专门的喷嘴形状之间不要求有任何的分离壁。喷嘴板和打印机室的四壁也可做成简单的形状，由此也降低了加工和安装费用。

此外，只要喷嘴宽度允许，可将相互邻接的压电弯曲换能器配置得尽量紧密靠近。因此便可得到一种具有很高分辨率的打印头。

压电弯曲换能器和普通所提供的分离壁之间的狭窄间隙也就可以省却。在压电弯曲换能器的一恢复或复位运动期间，打印液因此也可更快地侧向回流至压电弯曲换能器上。第二次的液滴喷射因而可在更短的时间中跟上前面的。打印频率因此可得到提高。

根据本发明可对压电弯曲换能器施加触发脉冲，该触发脉冲将压电弯曲换能器偏转至所对应的喷嘴。然而优选地也可对压电弯曲换能器施加这样的触发脉冲，它们使压电弯曲换能器偏离开所对应的喷嘴。压电弯曲换能器的真正的液滴喷射运动于是便成为压电机构根据在触发脉冲作用以及因此所产生的偏转运动期间所建立起来的机械应力快速回跳。这样一种回跳运动一般要快于偏转运动。

优选地对相邻压电弯曲换能器的每一个均施加一具有与触发脉冲相比较小幅值的补偿脉冲。由此可做到：并不单单根据补偿脉冲，要么在相邻压电弯曲换能器的偏转运动时或是在其回跳运动时将一液滴喷射对准到相邻喷嘴上。此外还可阻止从液体运动中取走太多的能量，以致于在对应于所触发的压电弯曲转换器的喷嘴上不再能形成一个液滴喷射。优选地施加一幅值为触发脉冲的10～40％的补偿脉冲，更优选地施加一幅值为触发脉冲的1/3的补偿脉冲。

优选地对相邻压电弯曲换能器施加一具有与触发脉冲相比较小持续时间的补偿脉冲。用一较小的脉冲持续时间可象用所加电压的一较小的幅值一样同样可做到：压电弯曲换能器的偏转幅值在补偿脉冲情况下要小于在触发脉冲情况下。这样也可由此来避免产生不希望的来自相邻喷嘴的液滴喷射以及不希望的较高的流体机械能量排出。与较小的幅值相比，较小的脉冲持续时间所具有的优点在于：压电弯曲换能器不仅在触发脉冲情况下，而且也在补偿脉冲情况下均可用一个同样的电压来驱动，压电弯曲换能器被布置在该电压上。另外，一个较小的脉冲持续时间在控制技术上也可以很容易地实现。

优选地可对相邻的压电弯曲换能器各自在时间上滞后于所对应的触发脉冲来施加补偿脉冲。由此可得到：由触发脉冲产生的液体运动和由补偿脉冲所产生的液体运动在时间上进一步相交且相互间很好地补偿。一个时间滞后优选地为60～100微秒，尤其优选地为80微秒。

根据一个实施形式则可施加一补偿脉冲，由该脉冲将相邻压电弯曲换能器如同被触发的压电弯曲换能器那样在相反方向上加以偏转。为此既可施加一具有与触发脉冲相反极性的补偿脉冲。或者对一双压电片或三压电片各施加另一活动状态。被触发的压电弯曲换能器若首先由该所对应的喷嘴移动开且然后回跳，这意味着：相邻的压电弯曲换能器首先被偏转到该所对应的喷嘴。真正的补偿液体运动则由相邻压电弯曲换能器的回跳所触发。

根据另一实施形式，对相邻压电弯曲换能器施加一补偿脉冲，由该脉冲使该相邻压电弯曲换能器在与被触发的压电弯曲换能器相同的方向上偏转。通过对相邻压电弯曲换能器施加一具有与触发脉冲相同极性的补偿脉冲则可实施上面的步骤。被触发的压电弯曲换能器若首先被该对应于它的喷嘴移动开并然后再回跳，则该相邻的压电弯曲换能器亦将首先由该对应于它的喷嘴所偏转开。

根据本发明也可以不根据有多少压电弯曲换能器同时被触发以及它们如何被配置的情况而仅仅提供一种类型的补偿脉冲。然而优选地则对与被触发的压电弯曲换能器相邻的压电弯曲换能器在当它们被邻接有两个被触发的压电弯曲换能器时施加有一个较之当它们仅为一个被触发的压电弯曲换能器所邻接时更高幅值的补偿脉冲。由此则可保证：在每个触发状态下均能对由触发脉冲所产生的液体运动作足够的补偿。

根据本发明可将压电弯曲换能器分成三组时间上错开地施加触发脉冲，其中在一列压电弯曲换能器中的各自每个第三个压电弯曲换能器都属于同一个组。

根据一优选实施形式可对压电弯曲换能器分成两组时间上错开地施加触发脉冲，其中相互邻接的压电弯曲换能器各属于不同组。

用这种方式来提高打印速度。采用提供两种不同的补偿脉冲强度的方法，则可在这种实施形式中保证有一最佳的补偿。

根据另一优选实施形式，压电弯曲换能器成单一的一个组被施加有触发脉冲且被触发的压电弯曲换能器被施加有不同的触发脉冲，其情况取决于相邻压电弯曲换能器的两个、一个或者一个也没有是否也同样被触发。以这种方式还可进一步提高打印速度。不同强度的触发脉冲还用于在同时触发相互邻接的压电弯曲换能器时从所有的喷嘴中得到一种均匀的液滴喷射。

比如，在这种实施形式中，对压电弯曲换能器在当它的各相邻的压电弯曲换能器中的一个同样被触发时则被施加有一个具有较之在当它的各相邻的压电弯曲换能器中没有被触发时的较小幅值的触发脉冲，且当它的两个各自相邻的压电弯曲换能器同样被触发时则被施加有更小幅值的一触发脉冲。

根据本发明则可将补偿脉冲提供为矩形脉冲信号。优选地却是对相邻压电弯曲换能器施加具有缓慢下降沿的补偿脉冲。由此可达到；根据相邻压电弯曲换能器朝向相邻喷嘴的运动，亦即根据在由补偿脉冲产生的偏转或在补偿脉冲作用之后的回跳时的极性，在相邻喷嘴上不发生任何液滴喷射，而是能获得流体运动的一种缓慢衰减。

根据本发明的一个替换性的实施形式，则建议有一种方法，用来控制一种具有一成列配置的喷嘴的喷嘴板的压电弯曲换能器按需落下式打印头，这些喷嘴各自被分配有一压电弯曲换能器，其中对压电弯曲换能器的每一个均施加有一对应于所希望的打印图形的、各自为产生一液滴喷射运动的触发脉冲所组成的脉冲序列，且对分配对应于每个触发脉冲的、与为此而被施加有触发脉冲的压电弯曲换能器相邻的压电弯曲换能器施加有一闭合控制脉冲，由该脉冲将该压电弯曲换能器偏转至与之对应的喷嘴且在那里在液滴喷射过程中保持一定的持续时间。

对相邻压电弯曲换能器的偏转以及将其保持在与之对应的喷嘴上的动作用于将喷嘴对着被充以打印液的打印头室在流体技术方向被全部或部分地阻断。其结果使得从该喷嘴无液滴流出。这样可阻止打印图形的歪曲。

优选地对相邻压电弯曲换能器时间上超前于所对应的触发脉冲或与之同时地施加有闭合控制脉冲。以这种方式来保证阻断在被施加有触发脉冲的压电弯曲换能器的液滴喷射运动加入时业已出现。

根据本发明可对相邻压电弯曲换能器施加一闭合控制脉冲，其幅值接近于一触发脉冲的幅值。优选地对相邻压电弯曲换能器施加一个其幅值最高为触发脉冲幅值的1/6的闭合控制脉冲。这一点能使我们应用双极结构型式的压电弯曲换能器，亦即具有被动层的双压电片或单压电片。由于触发脉冲通常将压电弯曲换能器从喷嘴上偏转开，因此触发脉冲和闭合控制脉冲相互方向相反。双极型压电弯曲换能器却基本上可以只在一个方向上，亦即只在其优选方向上被偏转。在较小幅值时，对双极型压电弯曲换能器来说却也可以与优选方向相反地进行偏转。

不仅在根据本发明的采用补偿脉冲的方法的实施形式中而且也在采用闭合控制脉冲的替换实施形式中均优选：在压电弯曲换能器按需落下式打印头的运行前或运行中来实施一种修整方法。亦即：对压电弯曲换能器的每一个在其运行之前用一种修整方法来获取补偿脉冲或闭合控制脉冲的幅值、持续时间和/或时间滞后量，用该法对所提供的触发脉冲的状态来改变各施加的补偿脉冲或闭合控制脉冲的幅值、持续时间和/或时间滞后量，并在测量液滴喷射特征或串扰特性的基础之上对上两脉冲进行优化。用这种方式可考虑压电陶瓷的制造精度和非均匀性。补偿脉冲被各别地匹配到单个压电弯曲换能器上。以这种方式也可在现有的制造精度情况下保证在所有喷嘴或压电弯曲换能器上得到一种均匀的液滴喷射。当修整方法不仅采用单个的触发脉冲来执行，而且也采用脉冲组合，亦即在不同状态中同时触发多个压电弯曲换能器来执行时，其中也可考虑多个压电弯曲换能器的制造或材料不精确度的相互作用。

优选地在修整方法中仅仅改变补偿脉冲或闭合控制脉冲的持续时间和/或时间滞后量。这样做可用较小的费用来执行该修整方法，此外，也可仅仅用电压幅值来驱动压电弯曲换能器，压电弯曲换能器是针对这种电压幅值来设计的。

根据本发明可在该修整方法的范围内用一种独立于压电弯曲换能器的装置来实施测量。优选地在采用该修整方法时将压电弯曲换能器用作为传感器，该法中由于触发一压电弯曲换能器、由于这种触发而引起的液体运动、以及由于相邻压电弯曲换能器的偏转而产生的应力在这些传感器中被感应出来，且被测量并被评价用于优化液滴喷射性能或串扰性能。由此则可不附加任何的装置费用且因此价格便宜地来求得串扰性能。通过被接收到打印头自身的效应则可来特别精确地研究串扰特性。

优选地在连续运行中对邻接于被触发压电弯曲换能器的压电弯曲换能器施加补偿脉冲或闭合控制脉冲，对该脉冲来计算其幅值、持续时间和/或时间滞后量，其中由于一压电弯曲换能器的被触发、由于因此而引起的液体运动、以及由于相邻压电弯曲换能器的偏扭而造成的应力在这些压电弯曲换能器中被感应出、被测量且被处理。因此一相邻压电弯曲换能器在被施加一触发脉冲之后首先被用作为一传感器。所接收的数据被评价且最优补偿脉冲的幅值、持续时间和/或时间滞后量则被计算。该相邻压电弯曲换能器然后被用作为执行器并在触发脉冲之后的经计算的时间滞后之后将相应的补偿脉冲加至相邻压电弯曲换能器上。在评价中可考虑在多个压电弯曲换能器中所接收的数据间的相互作用。同样可考虑该同时对那些压电弯曲换能器施加脉冲。

通过在操作中对脉冲的这样一种平衡，除了因制造和材料的不精确度所引起的液滴喷射非规则性外，还可通过一种脉冲匹配来平衡液滴喷射的其它所限制的非规则性。因此比如可考虑温度条件方面的差别。可以比如在触发脉冲开始时平衡流体力学起始条件方面的非规则性，比如象因前面液滴喷射而造成的残余液流。比如也可补偿抖动现象。结合在运行中的对脉冲的平衡因此导致对打印结果产生很大的改善，尤其导致打印结果对外部影响的一种很大的独立性。

在压电弯曲换能器按需落下式打印头运行时的连续平衡可根据本发明可取代修整或作为修整的补充在起动之前进行。

此外，本任务根据本发明是采用一种压电弯曲换能器按需落下式打印头来解决的，该打印头有一带成列配置的喷嘴的喷嘴板，这些喷嘴各自对应于一压电弯曲换能器，该压电弯曲换能器在从各喷嘴喷出一液滴情况下被施加一触发脉冲，上述打印头还具有一控制装置，由该控制装置对压电弯曲换能器的每一个根据上述按本发明的方法之一施加触发脉冲和补偿脉冲。

根据本发明可采取合适的方式来构造控制装置，比如构造成带相应控制软件的计算机。优选地把控制装置构造成集成电路。

压电弯曲换能器根据本发明可比如构造成夹紧在两端上纵向伸展的压电片(压电桥式转换器)。优选地可将压电弯曲换能器构造成单侧夹紧的纵向伸展的簧片(压电簧片式换能器)。另外优选的将对应于压电簧片式换能器的喷嘴配置在压电簧片式换能器的自由端区域中。

压电弯曲换能器根据本发明可构造成单压电片、各具有一被动层的双压电片、各具有两主动层的双压电片、或者三压电片。另外，还可利用压电陶瓷的纵向效应或横向效应来构造压电弯曲换能器。可将它们构造成单层换能器或多层换能器。

优选地将压电弯曲换能器构造成具有两有源层的双压电片或构造成三压电片，且将控制装置这样来构造：将相邻压电弯曲换能器如被触发的压电弯曲换能器那样在相反方向上偏转，其中压电换能器的各其它的主动层被施加有补偿脉冲。由此可消除压电弯曲换能器受破坏的危险。这一现象发生在，当通过将一相反极性的电压施加在一单压电片的同一层上而可能产生相邻压电弯曲换能器在相反的方向上偏转。与极化方向相反，一压电陶瓷仅仅只能被施加约10％的最大电压。

根据本发明比如可将喷嘴这样来配置：喷嘴轴平行于压电弯曲换能器的纵向，且喷嘴被配置在压电弯曲换能器的延长线上(边缘喷射器)。根据本发明也可比如将喷嘴如下地配置：喷嘴轴线垂直于压电弯曲换能器的纵向且垂直于其弯曲轴，且喷嘴被配置在压电弯曲换能器的自由端的区域中(侧向喷射器)。

此外，还建议一压电弯曲换能器按需落下式打印头，它具有一带有成列配置喷嘴的喷嘴板，这些喷嘴各对应有一压电弯曲换能器，该换能器在从各喷嘴喷出一液滴的条件下被施加有一触发脉冲，该打印头还具有一控制装置，由该控制装置根据本发明替换实施形式的方法之一对压电弯曲换能器的每一个施加触发脉冲和闭合控制脉冲。

同样在这种情况下可应用上述结构类型的压电弯曲换能器或控制装置。

在这种情况下，压电弯曲换能器按需落下式打印头优选地至少具有各有两压电陶瓷层的三极压电弯曲换能器，且由控制装置将触发脉冲施加到压电弯曲换能器的一压电陶瓷层上而将闭合控制脉冲施加到压电弯曲换能器的另一压电陶瓷层上。以这种方式可达到：该闭合控制脉冲也能具有一较大幅值而不会如在一单压电片情况中那样遭受损坏压电弯曲换能器的危险。

根据本发明也可提供脉冲样本，用它们不仅可对直接邻接一被触发的压电弯曲换能器的压电弯曲换能器，而且也可对再一个或再下一个压电弯曲换能器施加补偿脉冲、闭合控制脉冲或修整的触发脉冲。

以下结合附图来叙述本发明的实施形式。附图中：

图1a～1e示出一采用根据本发明的方法所控制的压电弯曲换能器按需落下式打印头或者一根据本发明的压电弯曲换能器按需落下式打印头的工作方式；

图2a～2d示出一采用根据本发明的方法的替换实施形式所控制的压电弯曲换能器按需落下式打印头或者一按该方法工作的、根据本发明的压电弯曲换能器按需落下式打印头的工作方式；

图3示出一根据本发明的压电弯曲换能器按需落下式打印头的构造；

图4a～4d示出根据本发明所述的压电弯曲换能器按需落下式打印头的不同实施形式具有不同层配置的压电弯曲换能器的构造。

图5a和5b示出根据本发明所述的压电弯曲换能器按需落下式打印头的不同实施形式具有不同接触配置的压电弯曲换能器的构造；

图6示出根据本发明所述的压电弯曲换能器按需落下式打印头的一实施形式具有一多层配置的一压电弯曲换能器的构造；

图7以透视图示出三个构造成双压电片的具有三极接触的压电弯曲换能器；

图8示出一构造成双压电片的具有三极接触的压电弯曲换能器的截面；

图9示出在喷射一液滴时一压电弯曲换能器的工作方式以及施加在该压电弯曲换能器上的电压的相应过程；

图10a～10b示出一压电簧片式换能器或一压电桥式换能器的构造和配置。

从图1a～1e可看到根据本发明的方法的原理。每张图均示出一压电弯曲换能器按需落下式打印头的一个断面。在一喷嘴板1中提供有成列的三个垂直于板面的喷嘴11。与喷嘴板1平行地配置有三个相互平行成一列的压电弯曲换能器2，其方式为：它们的未被夹紧的自由端21各自对应于喷嘴11中的一个。压电弯曲换能器中的每一个均绕一平行于喷嘴板1或垂直于喷嘴11的弯轴弯曲。

从图1a～1e的每一张中可看到在另一阶段的运动顺序中三个压电弯曲换能器2的位置，该顺序在当三个压电弯曲换能器2的中间那个被施加一触发脉冲时展开。

在图1a中所有三个压电弯曲换能器均处于静止位置。

在图1b中，中间压电弯曲换能器2由于触发脉冲的作用而处于偏转运动，这样其自由端21从对应喷嘴11运动开(见图中箭头)。

在图1c中，触发脉冲被关闭，偏转应力不再作用，因中间压电弯曲换能器2由于在偏转时在结构中所建立起来的机械应力作用而跳回，这样自由端21向相应的喷嘴运动(见箭头)。

在图1d中，两个外面的压电弯曲换能器2被施加有补偿脉冲，且因此偏转，这样其自由端21离开各对应的喷嘴11(见箭头)，而此时中间压电弯曲换能器因机械应力作用继续跳回，这样其自由端21朝向对应喷嘴11运动(见箭头)。从中间压电弯曲换能器2到对应于外面的压电弯曲换能器2的喷嘴11挤出的液体由于外面的压电弯曲换能器2的偏转运动被从对应喷嘴11吸走并且不从喷嘴11射出。由此便不会造成对打印图形的歪曲。

在图1e中补偿脉冲同样被切断或处于衰减阶段，且外面的压电弯曲换能器2由于机械应力的作用在跳回，这样其自由端21朝对应喷嘴11运动(见箭头)。由于补偿脉冲较小的幅值或一合适的衰减边沿，外面的压电弯曲换能器2的跳回运动并不导致能克服对应喷嘴11上的表面应力且因此不会产生液滴喷射。

现在来描述具体的实施形式。

我们采用一种有着由所在地Leder hose的PI Ceramic公司生产的压电陶瓷制成的致动器的打印头。一个压电弯曲换能器具有5mm的长度、0.32mm的高度和0.4mm的宽度。自由长为3.2mm。喷嘴板由硅材料制成且具有400μm的一厚度。喷嘴直径为60μm。喷嘴通道长为380μm。平面片、亦即静止状态时的压电弯曲换能器和喷嘴板之间的距离为20μm。作为打印的试验介质则采用丁二酸二乙酯。

根据一实施形式，控制用如下脉冲进行工作：

触发脉冲：

脉冲宽50μs，矩形脉冲，幅值55V

补偿脉冲：

脉冲宽17μs，矩形脉冲，幅值55V

到触发脉冲的时间滞后：67μs

根据另一实施形式，控制用如下脉冲进行工作：

触发脉冲：

脉冲宽50μs，矩形脉冲，幅值55V

补偿脉冲：

脉冲宽7μs，矩形脉冲，幅值55V

到触发脉冲的时间滞后：64μs

从图2a～2d可看到根据替换实施形式的如本发明所述方法的原理。每张图示出一压电弯曲换能器按需落下式打印头的一断面。在一喷嘴板1中提供有成列的三个垂直于板面的喷嘴11。平行于喷嘴板1配置有三个相互平行成一列的压电弯曲换能器2，其形式为：它们的未被夹紧的自由端21各对应于喷嘴11中的一个。压电弯曲换能器2的每一个绕一平行于喷嘴板1或垂直于喷嘴11的弯轴弯曲。

从图2a～2d中的每一张均可看到在另一阶段运动顺序中三个压电弯曲换能器2的位置，该运动顺序在当三个压电弯曲换能器的中间那个被施加有一触发脉冲时展开。

在图2a中所有三个压电弯曲换能器2均处于静止位置。

在图2b中，中间压电弯曲换能器2由于触发脉冲的作用而处于偏转运动，这样其自由端21从相应喷嘴11偏开(见箭头)。同时，两外面的压电弯曲换能器2被施加闭合控制脉冲，且因此而偏转，这样其自由端21朝各对应的喷嘴11运动(见箭头)。由此，两外面的压电弯曲换能器2则朝该对应喷嘴11运动直至喷嘴11对着被充以打印液的打印头室流体力学上被全部或部分地隔断。

在图2c中触发脉冲被关闭，偏转应力不再作用，且中间压电弯曲换能器2由于在偏转时在结构中建立起来的机械应力的作用而跳回，这样自由端21朝相应喷嘴11运动(见箭头)。由此则在与中间压电弯曲换能器2相对应的喷嘴11中产生液滴喷射。两外面的压电弯曲换能器2继续被闭合控制脉冲所施加。其自由端21则继续被保持在一接近各对应喷嘴11的位置上。由此与两外面的压电弯曲换能器2相对应的喷嘴11继续对着被充以打印液的打印头室流体力学上被全部或部分地隔断。因此中间压电弯曲换能器2的跳回运动尽管导至在与外面的压电弯曲换能器2相对应的喷嘴11的区域中的一液流运动，但由于流体力学的隔断作用却不会在该喷嘴11上产生一液滴喷射。

在图2d中，中间压电弯曲换能器2由于在偏转时在结构中所建立起来的机械应力作用完全跳回至其输出位置。两外面的压电弯曲换能器2将不再被继续施加有闭合控制脉冲，且因此同样由于在偏转时在结构中所建立起来的机械应力作用而完全跳回它们的输出位置。

从图3中可看到一根据本发明的压电弯曲换能器按需落下式打印头的构造。喷嘴板1和有关的压电弯曲换能器2对应于图1a～1e的构造，其中示出多个喷嘴11和压电弯曲换能器2。压电弯曲换能器2的每一个经一信号导线4被连接到一控制装置3上。控制装置3被这样来构造：对应于根据本发明的方法，将滞后于每个触发脉冲的补偿脉冲给出到与被触发压电弯曲换能器2相邻的压电弯曲换能器2上。该情形是用沿信号导线4的箭头来标出的。控制装置3被构造为集成电路。

从图4a～4d、5a和5b以及6中可看到不同类型的压电弯曲换能器，它们被提供在根据本发明的压电弯曲换能器按需落下式打印头的不同实施形式中。所有所示出的压电弯曲换能器2均表示成侧视图，被夹紧端均位于左侧。压电弯曲换能器2所围绕着弯曲的轴则各自垂直于图平面。

从图4a中可看到一具有被动层的双压电片。压电弯曲换能器2由两层压电陶瓷组成，一主动层22和一被动层23。只在主动层22上才被加有电压，这样其长度发生改变。由于被动层23长度保持不变，因此导致压电弯曲换能器2的一个弯曲。

由图4b可看到一单压电片，其中被动层23则由一不是由压电陶瓷所组成的层24所替代。

从图4c中可看到一双压电片，其中有两个主动层22。它们被相反极化且被施加有相对极化电压，这样一层收缩，另一层则伸长。

从图4d可看到一个三压电片，其中有两个主动层22，它们中间则配置有一不是由压电陶瓷组成的层24。这样一种构造可在相同电压条件下取得更大的偏转量。

从图5a可看到一种构造，其中利用了压电陶瓷的横向效应。压电陶瓷的极化方向沿着垂直于层的方向。沿着该极化方向施加的一正电压产生材料在该极化方向上的一个伸长。由于机械横向收缩的效应，在压电弯曲换能器2的纵向上同时也产生一收缩，使压电弯曲换能器2因其另一刚性层而导致弯曲。

从图5b可看到一种结构，其中利用了压电陶瓷的纵向效应。压电陶瓷的极化方向沿着压电弯曲换能器2的纵向。沿该极化方向施加的一正电压产生材料在极化方向上的一个伸长。由于它的另一刚性层而导致压电弯曲换能器2的弯曲。

从图6可看到一压电陶瓷层的一种多层构造。替代一种单一极化的、且在两相反端具有触点的层，这里则提供多个层，它们各自交替地被提供有相反的极化性。在层与层之间交替地提供有连接到正极或负极上的触点。以此方式可在较小结构尺寸下取得较大的压电陶瓷纵向效应。

根据本发明，从图4a～4d所看到的结构形式的每一个均可采用根据图5a的纵向效应、可能的话采用根据图6的多层构造、或采用根据图5b的横向效应来用于压电弯曲换能器按需落下式打印头的压电弯曲换能器。

从图7和8可看到，如何来形成一构造成双压电片的压电弯曲换能器2的三极接触。从图8可看到一具有三极接触的双压电片式压电弯曲换能器2的截面，它被形成为多层压电弯曲换能器。压电弯曲换能器2具有一上主动层和一下主动层22。

双压电片式压电弯曲换能器2在其整个厚度上由多层电陶瓷层所组成。相邻层各具有相反极性。层与层间各配置有接触箔26。接触箔26的每第二个在压电弯曲换能器2的一端上被连接到一接地桥上。接地桥被连接到接地点27上，该接地点27在压电弯曲换能器2的上侧被配置成与压电弯曲换能器2的另一端有一距离。接地点27经一信号导线4被接至控制装置3(图中未示出)。其余的接触箔26均对应于两主动层22。在上主动层22的区域中，这些接触箔26被连接至一在压电弯曲换能器2的另一端上伸展的接触桥，它被连接到一第一信号触点28，该触点28被配置在靠近压电弯曲换能器2的另一端的压电弯曲换能器2的上侧。第一信号触点27经一信号导线4被接至控制装置3(图中未示出)。在下主动层22的区域中，这些接触箔26被连接到在压电弯曲换能器2的另一端上延伸的另一接触桥上，该桥被接至一第二信号触点29，它被配置在接近压电弯曲换能器2的另一端的压电弯曲换能器的下侧。第二信号触点29经一信号导线4被连接到控制装置3上(图中未示出)。

从图7中以透视图形式可看到接地点27、第一信号触点28和第二信号触点29的空间配置形式。特别可看到，接地点27和第一信号触点28两者均被配置在压电弯曲换能器2的上侧上且相互绝缘。

从图9可看到，对一触发脉冲直接加在压电陶瓷上的电压在偏转阶段、在压电弯曲换能器的跳回阶段以及压电弯曲换能器的接下来的衰减阶段的时间过程。

从图10a可看到一根据本发明的所使用的压电簧片式换能器的构造和配置。

从图10b可看到一根据本发明的所使用的压电桥式换能器的构造和配置。

Claims (21)

1.用于控制一种压电弯曲换能器按需落下式打印头的方法，该打印头具有一带有成列配置喷嘴的喷嘴板，喷嘴各对应于一压电弯曲换能器，其特征在于：压电弯曲换能器的每一个均被施加有一对应于所希望的打印图形的、为各产生一液滴喷射运动的触发脉冲所组成的序列，且对应于每个触发脉冲对每个邻接于为触发脉冲所触发的压电弯曲换能器的压电弯曲换能器施加一偏转它们的补偿脉冲。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：相邻压电弯曲换能器的每一个被施加有一相对于触发脉冲具有一较小幅值的、优选地具有一小2/3幅值的补偿脉冲。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：相邻压电弯曲换能器的每一个被施加有一相对于触发脉冲具有一较小持续时间的补偿脉冲。

4.如权利要求1～3之一所述的方法，其特征在于：相邻压电弯曲换能器的每一个时间上滞后于对应触发脉冲、优选地滞后80μs地被施加有补偿脉冲。

5.如权利要求1～4之一所述的方法，其特征在于：相邻压电弯曲换能器的每一个被施加有一补偿脉冲，由该补偿脉冲使相邻压电弯曲换能器首先如被触发的压电弯曲换能器那样在相反的方向上偏转。

6.如权利要求1～5之一所述的方法，其特征在于：邻接于被触发压电弯曲换能器的压电弯曲换能器，当它们被两个被触发压电弯曲换能器所邻接时，则被施加有一较之当它们仅被一个被触发压电弯曲换能器所邻接时更强幅值的补偿脉冲。

7.如权利要求1～6之一所述的方法，其特征在于：压电弯曲换能器分成两组且时间错开地被施加有触发脉冲，其中相互相邻的压电弯曲换能器各分属不同的组。

8.如权利要求1～6之一所述的方法，其特征在于：压电弯曲换能器成一单一的组被施加有触发脉冲，且被触发的压电弯曲换能器被施加不同的触发脉冲，上述情形取决于是否相邻压电弯曲换能器的两个、一个或一个都没有同样被触发。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：压电弯曲换能器，在各相邻压电弯曲换能器的一个同样被触发时，则被施加有一较之当各相邻压电弯曲换能器没有一个被触发时具有较小幅值的触发脉冲，且被施加有一较之当它两个相邻压电弯曲换能器均同样被触发时具有更小幅值的触发脉冲。

10.如权利要求1～9之一所述的方法，其特征在于：相邻压电弯曲换能器被施加有具有一平缓下降边沿的补偿脉冲。

11.用于控制一种压电弯曲换能器按需落下式打印头的方法，该打印头具有一带有成列配置的喷嘴的喷嘴板，喷嘴各对应于一压电弯曲换能器，其特征在于：压电弯曲换能器的每一个均被施加一对应于所希望的打印图的、由各产生一液滴运动的触发脉冲所组成的序列，且对应于每个触发脉冲每个与被施加有该脉冲的压电弯曲换能器相邻接的压电弯曲换能器被施加有一闭合控制脉冲，由该脉冲使相邻压电弯曲换能器朝该对应喷嘴偏转且被保持在那里一段时间。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：相邻压电弯曲换能器被施加有一具有一定幅值的闭合控制脉冲，该幅值最多为触发脉冲幅值的1/6。

13.如权利要求1～12之一所述的方法，其特征在于：在压电弯曲换能器按需落下式打印头运作之前对压电弯曲换能器的每一个均用一修整方法来求得补偿脉冲或闭合控制脉冲的幅值、持续时间和/或时间滞后，用该方法对所提供的触发脉冲的状态改变其各自施加的补偿脉冲或闭合控制脉冲的幅值、持续时间和/或时间滞后，并在测量液滴喷射或串扰性能的条件下对上述脉冲进行优化。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：用修整方法仅仅改变补偿脉冲或闭合控制脉冲的持续时间和/或时间滞后。

15.如权利要求13或14之一所述的方法，其特征在于：用修整方法把压电弯曲换能器用作为传感器，其中由于一压电弯曲换能器的触发而引起的、且由此产生的液体运动以及相邻压电弯曲换能器所引起的应力则在这些换能器中被诱发、被测量且被评价来用于优化液滴喷射或串扰性能。

16.如权利要求1～15之一所述的方法，其特征在于：邻接于被触发压电弯曲换能器的压电弯曲换能器在连续运行中被施加补偿脉冲或闭合控制脉冲，并针对幅值、持续时间和/或时间滞后而被研究，其中由于触发一压电弯曲换能器、由于因此引起的液体运动以及由于偏转相邻压电弯曲换能器而产生的应力则在这些压电弯曲换能器中被诱发、被测量和处理。

17.一种压电弯曲换能器按需落下式打印头，具有一带有成列配置的喷嘴(11)的喷嘴板(1)，喷嘴(11)各对应于一压电弯曲换能器(2)，它在从各喷嘴(11)喷射出一液滴的条件下被施加有一触发脉冲，该打印头还具有一控制装置(3)，由该控制装置根据如权利要求1～10、13或14之一所述的方法对压电弯曲换能器的每一个施加触发脉冲和补偿脉冲。

18.一种压电弯曲换能器按需落下式打印头，它具有一带有成列配置的喷嘴(11)的喷嘴板(1)，喷嘴(11)各对应于一压电弯曲换能器(2)，该换能器(2)在从各喷嘴(11)喷射出一液滴的条件下被施加一触发脉冲，该打印头还具有一控制装置(3)，从该控制装置(3)根据如权利要求11～14之一所述的方法对压电弯曲换能器的每一个施加触发触冲和闭合控制脉冲。

19.如权利要求18所述的压电弯曲换能器按需落下式打印头，它至少具有各带两个由压电陶瓷组成的主动层(22)的三极式压电弯曲换能器(2)和一控制装置(3)，由该控制装置(3)将触发脉冲施加到其中一主动层(22)并将闭合控制脉冲施加到压电弯曲换能器(2)的另一主动层(22)上。

20.如权利要求17～19之一所述的压电弯曲换能器按需落下式打印头，其特征在于：压电弯曲换能器(2)被构成为压电簧片式换能器。

21.如权利要求17～19之一所述的压电弯曲换能器按需落下式打印头，其特征在于：压电弯曲换能器(2)被构成为压电桥式换能器。

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