CN1839048A - 各个喷嘴电压调整电路系统 - Google Patents

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Abstract

一种装置包括：多个墨滴喷射器件，电源，以及控制器。每个墨滴喷射器件包括：具有喷射嘴的液体腔；与该腔相关联的电致动位移器件，以及开关，所述开关具有连接到电源的输入、连接到所述电致动位移器件的输出、以及控制信号输入，其由控制器控制以便控制所述输入(因此电源)是否连接到所述输出(因此电致动器件)。当与电致动位移器件相关联的电容在被致动的条件和未被致动的条件之间电荷变化时，所述电致动位移器件改变所述腔的体积。

Description

各个喷嘴电压调整电路系统
技术领域
本发明涉及墨滴喷射器件。
背景技术
喷墨打印机是一种采用墨滴喷射器件的装置。在一种类型的喷墨打印机中，从与正在打印的衬底的行进方向垂直定向的多个线性喷墨打印头器件传递墨滴。每个打印头器件包括在上表面定义了多个泵浦腔(对每个单个墨滴喷射器件一个)的单片电路主体中形成的多个墨滴喷射器件，并且具有覆盖每个泵浦腔的平的压电致动器。每个单个的墨滴喷射器件由电压脉冲致动到压电致动器，其扭曲压电致动器的形状，并且与衬底移过打印头器件同步，在期望的时间射出墨滴。
每个单个的墨滴喷射器件可独立地寻址，并且可以与其他的墨滴喷射器件的适当时序按需启动，以便生成图像。打印发生在打印周期。在每个打印周期，将点火脉冲(例如，150伏)同时施加到所有的墨滴喷射器件，并且使能信号只被发送到将要在该打印周期喷墨的各个墨滴喷射器件。
发明内容
本发明总的来说描述了一种装置，包括：多个墨滴喷射器件，电源，以及控制器。每个墨滴喷射器件包括：具有喷射嘴的液体腔；与该腔相关联的电致动位移器件，以及开关，所述开关具有连接到电源的输入、连接到所述电致动位移器件的输出、以及控制信号输入，其由控制器控制以便控制所述输入(因此电源)是否连接到所述输出(因此电致动器件)。所述电致动位移器件在被移位的位置和未被移位的位置之间移动，以便当与电致动位移器件相关联的电容在被致动的条件和未被致动的条件之间电荷变化时，改变所述腔的所述体积。所述控制器提供各自的充电控制信号到各自的控制信号输入，以便在不迟于各自第一开关连接所述电信号到各自电致动位移器件的时间，控制在各自电容上的电荷变化范围。
本发明的特定实施例可包括下面的特征的一个或者多个。
电致动位移器件的被致动条件对应充电的条件，而未致动的条件对应未充电的条件。所述控制器在不迟于各自所述开关连接所述电信号到各自电致动位移器件的时间，控制在各自电容上放置的电荷的范围。每个墨滴喷射器件还包括第二开关，其具有连接到放电电端子的第二输入、连接到电致动位移器件的第二输出和第二控制信号输入，用于确定第二输入是连接至第二输出或者从第二输出断开，并且控制器可提供各自放电控制信号到各自第二控制信号输入，以控制各自电容上的电荷的放电。
每个墨滴喷射器件可包括在电源和电致动移位器件之间的第一电阻。每个墨滴喷射器件可包括在放电电子端和电致动移位器件之间的第二电阻。
第一电阻可在电源和电致动移位器件之间，并且可在从电致动位移器件到第二开关的电路径的外部，而且第二电阻还可包括在从电致动器件到放电电端子的电路径中。或者，单个电阻可被用于对各自电容充电和放电。多个电阻、电压和开关可被连接到每个电致动位移器件，并且由控制器控制以便改变在电容上的电荷。放电电端子可位于地。电信号可以是被控制的电压信号、被控制的电流信号、或恒定电流。
当第一控制信号是恒定电压时，当在电致动位移器件上的电荷位于小于恒定电压的预定值时，第一控制信号可终止恒定电压到电致动位移器件的连接。电致动移位器件可以是压电致动器。
控制信号可被控制来从多个墨滴喷射器件提供均匀的墨滴体积或速度。控制信号可被控制来从不同墨滴喷射器件提供预定的不同墨滴体积或速度，以便提供灰阶控制。第一和第二控制信号可被控制来连接电信号到各自电致动移位器件各自预定时间。控制信号可被控制来连接电信号到各自电致动移位器件，直到各自电致动移位器件达到各自预定充电电压。控制信号可被控制来提供一电压，其对喷射墨滴是不充足的，但是足以移动在所述墨滴喷射器件的喷射嘴处的液体的弯月面。控制信号可被控制来注入噪音到正在打印的图像中，以便中断可能的打印图案和条带。控制信号可被控制来对来自墨滴喷射器件的第一墨滴变化在所述电致动移位器件上充电的幅度以及充电时间长度，以便匹配后继的墨滴。
在特定的实施例中，当移位器件和相邻器件在被调用同时点火时，控制器向用于移位器件的点火脉冲增加延迟。在未被延迟的移位器件的点火脉冲的前沿之后，对被延迟的器件的点火脉冲的前沿延迟延迟量。
所述装置可以是喷墨打印头。所述控制器可以包括其中形成所述泵浦腔的单块电路主体上安装的电路板上的现场可编程门阵列。所述控制器可以按照墨滴喷射的频率的函数控制所述第一开关，以便减少作为频率的函数的墨滴体积的变化。
本发明的特定实施例可包括下面的优点的一个或者多个。致动器充电到所期望的电荷接着断开电源，导致在驱动一器件到一电压并维持该电压上节电。一个实施例还可以单独控制器件上的电荷、电荷变化的斜率以及放电的定时和斜率，以达到如均匀的墨滴体积或者速度和灰阶控制的各种效果。
本发明的一个或者多个实施例的细节将在下面的附图以及描述中提出。本发明的其他的特征、目的和优点根据所述描述、附图和权利要求将会清楚。
附图说明
图1是喷墨打印机的组件的概略视图。
图2是在图1的2-2处取得的垂直截面，有关图1喷墨打印机的打印头的部分，示出了半导体本体和相关联的压电致动器，定义了打印头的各个墨滴喷射器件的泵浦腔。
图3是示出与各个墨滴喷射器件相关联的电子组件的示意图。
图4是图3电子组件的操作的时序图。
图5是图1打印机的打印头的电路系统的框图。
图6是示出与各个墨滴喷射器件相关联的电子组件的替代实施例的示意图。
图7是示出用于图6电子组件的操作的致动器的电容的充电电压的时序图。
具体实施方式
如图1所示，打印头12的128个各个墨滴喷射器件10(在图1上仅仅示出了一个)由在电源线14和15上提供的恒压驱动，并且由板上控制电路系统19分配以控制各个墨滴喷射器件10的点火。外部控制器20供应在线14和15上的电压，并且提供在附加线16上的控制数据和逻辑电源以及定时给板上控制电路系统19。由各个喷射器件10所喷射的墨可以被传递以在衬底18上形成打印线17，该衬底18在打印头12下面移动。当衬底18被示出以单通过模式移过固定打印头12时，可替换地，打印头12也可以扫描模式移过衬底18移动。
参照图2，每个墨滴喷射器件10包括：在打印头12的半导体块21的上面延迟的泵浦腔30。泵浦腔30在下降部通道36从入口32(，沿着该侧从墨的源34)延伸到喷嘴流路径，该下降部通道36，从块21的上表面22下降到在低层29中的喷嘴开口28。覆盖每个泵浦腔30的平压电致动器38由从线14提供的电压启动，并且通过来自板上电路系统19的控制信号接通和关断，以扭曲压电致动器形状从而在腔30中的体积，并且与衬底18通过打印头器件12的相对运动同步，在所期望的时刻射出墨滴。在入口32处提供流限制40给每个泵浦腔30。
图3示出了与每个单个墨滴喷射器件10相关联的电子组件。用于每个器件10的电路系统包括：连接在来自线14的DC充电电压Vvdc和压电致动器38(充当一个电容器平板)的电极之间的充电电阻52和充电控制开关50，该压电致动器38的电极也与连接到地或不同电位的电极(充当另外的电容器平板)的附近部分相互作用。形成电容器的两个电极可位于压电材料的相对侧或可以是在压电材料的相同表面上的平行迹线(trace)。用于每个器件10的电路系统还包括连接在来自线15的DC放电电压Ydc(其可以是地)和压电致动器38的相同侧之间的放电电阻56和放电控制开关54。开关50响应于在控制线60上的开关控制充电信号被接通或者关断，而开关54响应于在控制线62上的开关控制放电信号被接通或者关断。
参照图3和4，压电致动器38用作电容器，因此，在开关50响应于在线60上的开关充电脉冲64而被闭合之后，在压电致动器两端的电压从Vpzt_start斜线上升。在脉冲64结束时，开关50打开，并且电压斜线上升在Vpzt_finish(小于Xvdc的电压)处结束。压电致动器38(充当电容器)接着通常维持其电压Vpzt_finish(它可以如图4所示那样稍微衰减)，直到它通过利用响应于在线62上的开关放电脉冲66被闭合的放电控制开关54连接到低电压Ydc放电。斜线上升和下降的速度由在线14和15上的电压以及由压电致动器38的电容和电阻器52和56的电阻产生的时间常数确定。在图4上示出了打印周期68的开始和结束。脉冲64和66因此相对彼此定时，以便维持压电致动器38上的电压期望的时间长度，并且相对于打印周期68定时，以便在相对于衬底18的运动和从其他喷射器件10喷射墨滴的期望的时间喷射墨滴。设置脉冲64的长度来控制Vpzt的幅度，其和在脉冲64，66之间的PZT电压的宽度一起控制墨滴(drop)的体积或速度。如果其被放电到Yvdc，则脉冲66的长度应该足够长，以便使得输出电压像所期望接近的那样达到Yvdc；如果其被放电到中间电压，则应该设置脉冲66的长度以便在设置为达到中间电压的时刻结束。
参照图5，板上控制电路系统19包括：分别用于在线14、15上的恒定电压Xvdc和Ydc的输入；D0-D7数据输入70；逻辑电平点火脉冲触发器72(以与衬底18和打印头12的相对运动同步墨滴喷射)；逻辑电源74和可选的编程端口76。电路系统19还包括：接收机78；现场可编程门阵列(FPGA)80；晶体管开关阵列82；电阻器阵列84；晶体86；以及存储器88。
晶体管开关阵列82每个包括用于64个墨滴喷射器件10的充电和放电开关50、54。
FPGA 80每个包括在期望的时间为各压电致动器38提供脉冲64、66的逻辑。D0-D7数据输入70被用于在FPGA 80中设立用于各开关50、54的定时，使得所述脉冲在打印周期68内以期望的时间开始和结束。在相同大小的墨滴将在整个运行中从喷射器件喷射的情形，该定时信息仅仅需要在开始运行之前在D0-D7上被输入一次。如果墨滴大小将被逐滴地改变，例如，为了提供灰阶控制，则定时信息将需要被通过D0-D7，并且在每个打印周期的开始在FPGA中更新。在打印期间，单独使用输入D0以串行比特流提供点火信息，以便识别在打印周期期间操作哪些墨滴喷射器件10。代替FPGA，可以使用其他的逻辑器件，例如离散逻辑或微处理器。
电阻器阵列84包括用于各自墨滴喷射器件10的电阻器52、56。对于由阵列84控制的64个喷射器件的每个，存在两个输入和一个输出。
可以使用编程端口76代替D0-D7数据输入70以便输入数据来设置FPGA 80。存储器88可以被使用来缓存或者预存用于FPGA 80的定时信息。
在正常打印模式下的操作中，各个墨滴喷射器件10可以被校准以便对每个器件10确定适合的用于脉冲64、66的定时，使得每个器件将按所期望的体积和所期望的速度喷射墨滴，并且将该信息用来编程FPGA 80。只要适当的定时已经被确定，该操作也可以在不校准的情况下采用。接着指定打印任务的数据在数据输入72的D0端被串行发送，并被用来控制在FPGA中的逻辑，以便在每个打印周期触发脉冲64、66，在该打印周期，特定器件被指定在打印任务中打印。
在灰阶打印模式中，或者在采用逐滴变化的操作中，设置用于每个器件10的定时的信息在每个打印周期的开始在数据输入70的全部8个端子D0-D7上传递，使得每个器件在该打印周期期间将具有所期望的墨滴体积。
FPGA 80还可以接收定时信息并且被控制来提供电压的所谓初始器(tickler)脉冲，其对喷射墨滴是不充足的，但是足以移动弯月面(meniscus)并且防止它在不经常被点火的各个喷射器件上干燥。
FPGA 80还可以接收定时信息并且被控制来喷射噪音(noise)到墨滴喷射信息中，以便中断(break up)可能的打印图案(pattern)和条带(banding)。
FPGA 80还可以接收定时信息并且被控制来变化所述幅度(即，Vpzt_finish)以及宽度(在充电和放电脉冲64、66之间的时间)以便在工作期间相对于后继的墨滴达到例如对来自喷射器件10的第一墨滴的速度和体积。
两个电阻器52、56的使用，一个用于充电，一个用于放电，允许一个独立地控制压电致动器38上的电压的斜线上升和下降的斜率。或者，开关50、54的输出可结合在一起并且连接到连接于压电致动器38的公共电阻器，或者被连接在一起的输出可被直接连接到致动器38本身，在其他情形与致动器38串联提供电阻。
通过充电达到期望的电压(Vpzt_finish)并且通过断开源电压Xvdc和依赖于致动器的电容维持压电致动器38上的电压，与在点火脉冲的长度期间如果致动器被保持在所述电压(其会是Xvdc)则会使用的相比，打印头使用更少电力。
本发明的其它实施例在权利要求的范围内。例如开关和电阻器可以用被接通和断开的电流源替代。而且，公共电路系统(例如，开关和电阻器)可被用来驱动多个墨滴喷射器件。而且，驱动脉冲参数可作为墨滴喷射的频率的函数变化，以便减少作为频率的函数的墨滴体积的变化。而且，第三开关可与每个泵浦腔相关联并且被控制来连接压电致动器38的电极到地，例如，当不被点火时，而第二开关被用来连接压电致动器38的电极到低于地的电压，以便加速放电。
创建更复杂的波形也是可能的。例如，开关50可被闭合以便将电压升到V1，接着在一时间段被打开，以便保持该电压，接着又闭合以便升高到电压V2。复杂的波形可由开关50和开关54的适当的闭合来创建。
多个电阻器、电压和开关可以按墨滴喷射器件来使用，以便得到如图6和7所示的不同的转换速率(slew rate)。图6示出了用于注入器件的替代的控制电路100，其中，多个(这里是两个)充电控制开关102、104和相关联的充电电阻器106、108被用来对压电致动器的电容110充电，并且多个(这里是两个)放电控制开关112、114和相关联的放电电阻器116、118被用来对所述电容放电。图7示出了在所述电容上充电得到的电压。通过让开关102闭合而让其它开关断开使得以120斜线上升。通过让开关104闭合而让其它开关断开使得以122斜线上升。通过让开关112闭合而让其它开关断开使得以124斜线下降。通过让开关114闭合而让其它开关断开使得以126斜线下降。

Claims (29)

1.一种装置，包括：
多个墨滴喷射器件，每个所述墨滴喷射器件包括：
具有体积和喷射嘴的液体腔，
电致动位移器件，其在被移位的位置和未被移位的位置之间移动，以便当与电致动位移器件相关联的电容在被致动的条件和未被致动的条件之间电荷变化时，改变所述腔的所述体积，以及
第一开关，其具有连接到电源端的第一输入、连接到所述电致动位移器件的第一输出、以及第一控制信号输入，用于确定所述第一输入是连接至所述第一输出还是从所述第一输出断开；以及
电源，其被连接来分配电信号给所述多个墨滴喷射器件的所述第一输入；以及
控制器，其提供各自的充电控制信号到各自的所述第一控制信号输入，以便在不迟于各自所述第一开关连接所述电信号到各自所述电致动位移器件的时间，控制在各自所述电容上的电荷变化范围。
2.如权利要求1所述的装置，其中当与电致动位移器件相关联的电容在充电的被致动的条件和未充电的未被致动的条件之间变化时，所述电致动位移器件在被移位的位置和未被移位的位置之间移动，以及
其中，所述控制器提供各自充电控制信号给各自所述第一控制信号输入，以便在不迟于各自所述第一开关连接所述电信号到各自所述电致动位移器件的时间，控制在各自所述电容上放置的电荷的范围。
3.如权利要求2所述的装置，
其中，每个所述墨滴喷射器件还包括第二开关，其具有连接到放电电端子的第二输入、连接到所述电致动位移器件的第二输出和第二控制信号输入，用于确定所述第二输入是连接至所述第二输出还是从所述第二输出断开，以及
其中所述控制器提供各自放电控制信号到各自所述第二控制信号输入，以控制在所述各自电容上的电荷的放电。
4.如权利要求1所述的装置，其中每个所述墨滴喷射器件包括在所述电源和所述电致动移位器件之间的第一电阻。
5.如权利要求3所述的装置，其中每个所述墨滴喷射器件包括在所述放电电端子和所述电致动移位器件之间的第二电阻。
6.如权利要求3所述的装置，其中每个所述墨滴喷射器件具有第一电阻，其在所述电源和所述电致动移位器件之间，并且在从所述电致动位移器件到所述第二开关的电路径的外部，并且还包含第二电阻，其包括在从所述电致动器件到所述放电电端子的电路径中。
7.如权利要求3所述的装置，其中单个电阻被用于对各电容充电和放电。
8.如权利要求1所述的装置，其中多个电阻、电压和开关被连接到每个所述电致动位移器件，并且由所述控制器控制以便改变在所述电容上的电荷。
9.如权利要求3所述的装置，其中所述放电电端子位于地。
10.如权利要求1所述的装置，其中所述电信号是被控制的电压信号。
11.如权利要求1所述的装置，其中所述电信号是被控制的电流信号。
12.如权利要求1所述的装置，其中所述电信号是恒定电流。
13.一种装置，包括：
多个墨滴喷射器件，每个所述墨滴喷射器件包括：
具有体积和喷射嘴的液体腔，
电致动位移器件，其在被移位的位置和未被移位的位置之间移动，以便当与电致动位移器件相关联的电容在充电的被致动的条件和未充电的未被致动的条件之间变化时，改变所述腔的所述体积，以及
第一开关，其具有连接到电压源端的第一输入、连接到所述电致动位移器件的第一输出、以及第一控制信号输入，用于确定所述第一输入是连接至所述第一输出还是从所述第一输出断开；以及
电压源，其被连接来分配恒定电压电信号给所述多个墨滴喷射器件的所述第一输入；以及
控制器，其提供各自的充电控制信号到各自的所述第一控制信号输入，以便在不迟于各自所述第一开关连接所述电信号到各自所述电致动位移器件的时间，控制在各自所述电容上放置的电荷的范围。
14.如权利要求13所述的装置，其中当在所述电致动位移器件上的电荷位于小于所述恒定电压的预定值时，所述第一控制信号终止所述恒定电压到所述电致动位移器件的所述连接。
15.如权利要求13所述的装置，其中，每个所述墨滴喷射器件还包括第二开关，其具有连接到放电电端子的第二输入、连接到所述电致动位移器件的第二输出和第二控制信号输入，用于确定所述第二输入是连接至所述第二输出还是从所述第二输出断开，并且其中所述控制器提供各自放电控制信号到各自所述第二控制信号输入，以控制在所述各自电容上的电荷的放电。
16.如权利要求1或13所述的装置，其中电致动移位器件是压电致动器。
17.如权利要求1或13所述的装置，其中所述第一控制信号被控制来从所述多个墨滴喷射器件提供均匀的墨滴体积或速度。
18.如权利要求1或13所述的装置，其中所述第一控制信号被控制来从不同墨滴喷射器件提供预定的不同墨滴体积或速度，以便提供灰阶控制。
19.如权利要求3或15所述的装置，其中所述第一和第二控制信号被控制来从不同墨滴喷射器件提供预定的不同墨滴体积或速度，以便提供灰阶控制。
20.如权利要求3或15所述的装置，其中所述第一和第二控制信号被控制来连接所述电信号到各自所述电致动移位器件各自预定时间。
21.如权利要求1或13所述的装置，其中各自所述第一控制信号被控制来连接所述电信号到各自所述电致动移位器件，直到各自所述电致动移位器件达到各自预定充电电压。
22.如权利要求1或13所述的装置，其中所述第一控制信号被控制来提供一电压，其对喷射墨滴是不充足的，但是足以移动在所述墨滴喷射器件的喷射嘴处的液体的弯月面。
23.如权利要求3或15所述的装置，其中所述第一和第二控制信号被控制来提供一电压，其对喷射墨滴是不充足的，但是足以移动在所述墨滴喷射器件的喷射嘴处的液体的弯月面。
24.如权利要求1或13所述的装置，其中所述第一控制信号被控制来注入噪音到正在打印的图像中，以便中断可能的打印图案和条带。
25.如权利要求3或15所述的装置，其中所述第一和第二控制信号被控制来注入噪音到要打印的图像中，以便中断可能的打印图案和条带。
26.如权利要求3或15所述的装置，其中所述第一和第二控制信号被控制来对来自墨滴喷射器件的第一墨滴变化在所述电致动移位器件上充电的幅度以及充电时间长度，以便匹配后继的墨滴。
27.如权利要求1或13所述的装置，其中所述装置是喷墨打印头。
28.如权利要求1或13所述的装置，其中所述控制器包括其中形成所述泵浦腔的单块电路主体上安装的电路板上的现场可编程门阵列。
29.如权利要求1或13所述的装置，其中所述控制器按照墨滴喷射的频率的函数控制所述第一开关，以便减少作为频率的函数的墨滴体积的变化。
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