CN1618612A - 使用微机电装置的液体喷射装置 - Google Patents

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Abstract

一种液体喷射装置，包括一个喷嘴腔，一个在喷嘴腔里的液体喷射孔，一个位于喷嘴腔中用于通过喷射孔移动液体的可移动元件，和一个用于使该可移动元件在腔内从静止的第一位置移动到喷射液体的第二位置的致动器。可移动元件包括一个叶片，当其从第一位置移动到第二位置时，露出一个开口，液体由其通过，并且随后从所述孔喷出。

Description

使用微机电装置的液体喷射装置
本申请是申请人于2000年4月20日提交的名称为“微机电液体喷射装置中的致动器控制”的第00806404.0号专利申请的分案申请。
发明领域
本发明涉及一种微机电装置中致动器的控制方法。本发明在此被描述为一种喷墨打印机，但本发明也适合应用在其它微机电装置上，如微机电泵。
发明背景
微机电装置越来越变得广为人知，并且，通常使用半导体制造技术制造。有关微机电装置的述评，可参考刊登在1998年12月出版的IEEE Spectrum第24页至第33页的S.Tom Picraux和Paul.J.McWhorter所写的文章“The Broad Sweep of Integrated MicroSystems”。
微机电装置的一种类型是喷墨打印装置，墨水通过墨水喷射喷嘴腔从其喷出。已知有许多形式的喷墨打印装置。有关该领域的概况，请参考J.Moore的文章“Non-Impact Printing：Introduction andHistorical Perspective”Output Hard Copy Devices，编辑R.Dubeck和S.Sherr，第207-220页(1988)。
本发明的申请人最近开发了一种新型喷墨打印机，被称为微机电喷墨(Micro Electro Mechanical Inkjet)(MEMJET)技术。在MEMJET技术的一个实施例中，墨水由叶片或活塞从喷射喷嘴腔中喷出，而机电致动器使叶片或活塞向喷射喷嘴腔方向移动，从而使墨滴从喷墨喷嘴腔喷出。
本发明涉及一种使用在MEMJET技术和其它微机电装置中的致动器的控制方法。
发明概述
本发明可概括地定义为提供了一种控制液体从液体喷射装置流入及流出的方法，该液体喷射装置有一个喷嘴腔、一个在喷嘴腔里的液体喷射孔、和一个位于喷嘴腔中用于通过喷射孔移动液体的可移动元件。该方法包括，启动可移动元件，以使其以第一平均速度从静止的第一位置移动到喷射液体的第二位置，和使其以低于第一平均速度的第二平均速度从第二位置返回到第一位置。
可移动元件最好通过施加主激励脉冲从第一位置被移动到第二位置，而可移动元件从第二位置到第一位置的移动，最好通过施加宽度小于第一激励脉冲宽度的至少一个辅助激励脉冲来延迟。
本发明可进一步定义为提供一种液体喷射装置，它包括一个喷嘴腔、一个在喷嘴腔里的液体喷射孔、一个位于喷嘴腔中用于通过喷射孔移动液体的可移动元件、一个用于使可移动元件在腔内从静止的第一位置移动到喷射液体的第二位置的致动器。此外，还提供了用于控制致动器启动的方法，采用将可移动元件以第一平均速度从第一位置移动到第二位置，并控制可移动元件以低于第一平均速度的第二平均速度从第二位置返回到第一位置的方式。
液体喷射装置中的可移动元件最好包括一个叶片，当其从第一位置移动到第二位置时，露出一个开口，液体由其通过并随后从孔喷出。此外，液体喷射装置最好包括一组邻近开口的挡板，以在叶片从第二位置移动到第一位置期间防止液体通过开口的回流。
附图的简要说明
现仅通过实例，并参考附图，描述本发明的优选实施方案，虽然其他方案可能属于本发明的范围。
图1示出了喷墨打印机的喷墨喷嘴腔部分的剖面图；
图1A是图1喷嘴腔的一部分，示出了喷嘴腔叶片在静止第一位置；
图2是图1喷嘴腔的一部分，示出了喷嘴腔叶片在喷墨第二位置；
图3是图1喷嘴腔的一部分，示出了喷嘴腔叶片返回到静止的第一位置；
图4是驱动电压图，可用于应用在喷嘴腔叶片致动器的电压驱动；
图5示出使用图4所示的驱动电压所得到的叶片致动器的位移量对于时间的曲线。
图6是驱动电压图，可用于应用在本发明优选方案中的叶片致动器的电压驱动；
图7示出了用图6所示的驱动电压所得到的叶片致动器的位移量对于时间的曲线。
优选实施例的详细说明
图1示出用于喷射墨水的装置1。装置1包括一个喷嘴腔2，和一个位于喷嘴腔2中用来通过孔4从腔2喷射墨水的叶片60。叶片60被连接到一个热致动器10，该致动器用于向孔4移动叶片60以便喷墨，并使其返回到静止的第一位置。
图1A示出图1装置的细节部分。喷嘴腔2在其壁构件11中形成有一个喷嘴腔挡板3和第二挡板4。所示叶片在第一位置。
在致动器10的启动下，使叶片60向上移动，如图2所示。这导致在叶片60后面的墨水从墨水供应渠道52按箭头6所示方向快速向上流动。当墨滴被从喷墨喷嘴喷出时，相应量的墨水还会流入喷嘴腔，如箭头7所示。墨水再填满喷嘴腔2。
之后，致动器断开，并且，如图3所示，叶片60开始移回其静止位置，如箭头50所示。
因为喷嘴腔的壁构件11包括多组挡板3和4，所以，防止了液体回流进入墨水供应渠道52。这便于液体向前流动进入喷嘴腔，如箭头9所示，以再注满喷射的墨水。此外，为了进一步有助于液体按箭头9的方向向前流动，用下述控制方式移回叶片60。
图4示出可用于驱动通过致动器10的电流的电压脉冲形式。如本申请人2000年2月11日提交的国际专利申请PCT/AU00/00095所公开的，电流引起致动器10发热，并因此弯曲，从而使叶片从第一位置移动到第二位置。图4所示用于驱动致动器10的电压及相应的电流脉冲100通常将会占1.5毫秒的时间段。致动器移动并由此使叶片迅速上升到图5编号12所示的最大水平，而且，此后，随着电压脉冲周期的截止，以基本相同的速率下落，如图5编号13所示。叶片60从第二位置移动到第一位置的移动平均速度基本上等于叶片从第一位置到第二位置移动的平均速度。
在本发明的优选实施例中，致动器10移动的返回速率放慢，因而叶片60的返回速率也放慢，而且这是通过在致动器10上使用周期较短的另一驱动电压(及因此的电流)脉冲16来达到的。这有延长移动时间的效果，或换句话说，有降低叶片60从第二位置到第一位置返回的平均速度的效果，如图7编号17所示。
可以理解，图7所示的位移曲线可以进一步被延长，从而通过在产生相对较长脉冲110后跟着产生一组短周期脉冲来满足特定的要求。
叶片60到其静止的第一位置的慢返回(相对于叶片60朝第二位置较快的移动而言)使得进入喷嘴腔的墨水流量增加，这是由于对从注入渠道52流进腔里的墨水施加了降低了的回压的结果。
尽管上面参考使用有热致动器10的喷墨系统，描述了本发明的实施例，其它类型的致动器也可替换使用。例如，压电致动器或形状记忆合金致动器可被用来替换热致动器。在此情况下，致动器可以用与以上描述不同的、但仍具有在关闭运动中增加位移时间以及从而改变各个方向上的移动速度之目的的方法来控制。
在不偏离权利要求书所定义的本发明范围的情况下，可对上述的本发明进行其它改变和改进。

Claims (4)

1.一种液体喷射装置，包括一个喷嘴腔，一个在所述喷嘴腔里的液体喷射孔，一个位于所述喷嘴腔中用于通过所述喷射孔移动液体的可移动元件，一个用于使所述可移动元件在所述腔内从静止的第一位置移动到喷射液体的第二位置的致动器，其中，所述可移动元件包括一个叶片，当其从所述第一位置移动到所述第二位置时，露出一个开口，液体由其通过，并且随后从所述孔喷出。
2.如权利要求1所述的液体喷射装置，其中，所述致动器包括一个耦合到所述叶片的热致动器，并且通以电流来启动该致动器，以产生所述叶片的移动。
3.如权利要求2所述的液体喷射装置，其中，使所述致动器弯曲，从而以施加第一周期的电流脉冲将所述叶片从所述第一位置移动到所述第二位置，其中，使所述致动器能够随着所述第一周期的截止而复位，并且其中，通过施加周期短于所述第一电流脉冲周期的第二电流脉冲，来延迟所述致动器的复位。
4.如权利要求1所述的液体喷射装置，其中，提供一系列邻近所述开口的挡板，以防液体止在所述叶片从所述第二位置移动到所述第一位置期间，通过所述开口的回流。
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