專利名稱：噴墨記錄設(shè)備以及在該設(shè)備中確定控制條件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種噴墨記錄設(shè)備，特別地，使用用于噴墨的所謂的噴墨前填充的(fill-before-fire)方法。
背景技術(shù)：
通過噴墨系統(tǒng)噴墨的噴墨記錄設(shè)備具有如下結(jié)構(gòu)。該噴墨記錄設(shè)備在其中包括噴墨頭，其上形成有用于噴墨的噴嘴。從噴墨頭中形成的公用墨室中將墨提供給各個噴嘴。為了這個目的，在噴墨頭中形成從公用墨室到各個噴嘴的單獨的墨通路。對于每個單獨的墨通路，在噴墨頭中提供了致動器，用于在各個墨通路中向墨施加壓力。由于致動器的變形而將壓力加在部分墨上，這部分墨就從相應(yīng)的噴嘴中噴出。
這時，通過將該壓力加在壓力室中的墨上而產(chǎn)生壓力波，并且結(jié)果，由于該壓力波而在各個墨通路中產(chǎn)生固有振蕩。日本專利未審公開No.2003-305852公開了一種噴墨頭，其能夠通過使用該固有振蕩的峰值而有效地噴射墨。該公開的噴墨頭采用了一種所謂的噴墨前填充方法，其中一次增加每個壓力室的體積，并接著在經(jīng)過一預(yù)定時間之后，該壓力室恢復(fù)至它的原始體積，從而將壓力加在壓力室中的墨上。
該致動器的變形涉及各種類型的變化，例如制造變化。例如，將對下面一種情況進行討論，所述情況是其中通過給致動器加上電壓信號來使得該致動器發(fā)生變形。在這種情況下，當(dāng)提供了其中具有電壓差的電壓信號時，所有的致動器并沒有精確地如被設(shè)計為與電壓差相對應(yīng)那樣地發(fā)生變形。結(jié)果，致動器的變形程度可能與設(shè)計值相比有少許偏差。這就導(dǎo)致了當(dāng)通過制動器的變形從相應(yīng)的噴嘴噴射墨時，墨的噴射速度與設(shè)計噴射速度之間的偏差。
當(dāng)使用如上面公開中披露的噴墨前填充方法來從噴墨頭中噴射墨時，各個墨通路的某些形狀可能會導(dǎo)致更大的噴墨速度的偏差，該噴墨速度的偏差相對于相應(yīng)的致動器變形程度的偏差來說太大了。當(dāng)噴墨速度相對于各個致動器的偏差而發(fā)生很大的偏差時，該噴墨速度在各個致動器或各個噴墨之間會有很大的變化。當(dāng)噴墨速度偏差很大時，相對于致動器變形程度的變化來說，該噴墨速度的變化也是很廣的。這將導(dǎo)致在打印紙上形成的圖像的可再現(xiàn)性的降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的就是提供一種噴墨記錄設(shè)備，其中相對于致動器變形程度的變化來說，噴墨速度的變化已經(jīng)得到了抑制，以及在該設(shè)備中確定控制條件的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種噴墨記錄設(shè)備包括通路單元，包括公用墨室以及單獨的墨路徑，其中該路徑通過壓力室從公用墨室的出口通向噴墨端口；致動器，其能夠有選擇地處于第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，其中在第一狀態(tài)下，壓力室的體積為V1，在第二狀態(tài)下，壓力室的體積為V2，V2大于V1；以及控制器，用于控制該致動器從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)，并接著變回第一狀態(tài)，以從噴射端口噴墨。形成該單獨的墨通路，以便于同時滿足如下的條件(a)當(dāng)致動器從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)并接著變回第一狀態(tài)以從噴射端口噴墨時，相對于從致動器開始從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)的時間點到致動器開始從第二狀態(tài)變?yōu)榈谝粻顟B(tài)的時間點的時間段To的變化，表示從噴射端口噴出的墨的噴射速度的變化的曲線具有在噴射速度增加的方向上凸起的一般形狀；以及(b)該噴墨速度在To大于填充各個墨路徑的墨的固有振蕩周期Tc的1/2倍的區(qū)域中的曲線上具有至少一個最大值。該控制器控制該致動器，使得To/Tc的值落在0.51至0.54的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，對該致動器進行控制，使得To/Tc的值落在0.51至0.54的范圍內(nèi)。因此，如將從后面描述的分析中可以理解的是，可以防止噴墨速度的變化相對于致動器變形程度的變化變得太大。這就防止要打印的圖像的可再現(xiàn)性超出允許的范圍。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種噴墨記錄設(shè)備中確定控制條件的方法。該設(shè)備包括通路單元，包括公用墨室以及單獨的墨路徑，其中該路徑通過壓力室從公用墨室的出口通向噴墨端口；致動器，其能夠有選擇地處于第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，其中在第一狀態(tài)下，壓力室的體積為V1，在第二狀態(tài)下，壓力室的體積為V2，V2大于V1；以及控制器，用于控制該致動器從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)，并接著變回第一狀態(tài)，以從噴射端口噴墨。形成該單獨的墨通路，以便于同時滿足如下的條件(a)當(dāng)致動器從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)并接著變回第一狀態(tài)以從噴射端口噴墨時，相對于從致動器開始從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)的時間點到致動器開始從第二狀態(tài)變?yōu)榈谝粻顟B(tài)的時間點的時間段To的變化，表示從噴射端口噴出的墨的噴射速度的變化的曲線具有在噴射速度增加的方向上凸起的一般形狀；以及(b)該噴墨速度在To大于填充各個墨路徑的墨的固有振蕩周期Tc的1/2倍的區(qū)域中的曲線上具有至少一個最大值。該方法包括用于確定控制條件的條件確定步驟，用于控制器來控制致動器，使得To大于填充各個墨路徑的墨的固有振蕩周期Tc的1/2倍，并使得該噴墨速度在曲線上沒有達到該最大值。
根據(jù)本發(fā)明，確定致動器的控制條件，使得噴墨速度的變化相對于致動器變形程度的變化不會變得太大。


本發(fā)明的其他以及進一步的目的，特征和優(yōu)點將通過下面參照附圖的說明而變得更充分，其中圖1顯示了作為根據(jù)本發(fā)明實施例的噴墨記錄設(shè)備的打印機的一般結(jié)構(gòu)；
圖2示出了圖1中所示的頭部主體的上視圖；圖3示出了用圖2中的交錯長短虛線圈起來的區(qū)域的放大圖；圖4示出了從沿著圖3中的IV-IV線的垂直截面圖；圖5示出了圖4中所示的壓電致動器附近的部分放大圖；圖6示出了包括在圖1中所示的打印機中的控制器的方框圖；圖7示出了單獨電極的電位變化的例子圖，其中電壓脈沖信號被提供給了該單獨電極；圖8A、8B和8C示出了通過提供電壓脈沖信號當(dāng)各個電極的電位如圖7所示地變化時的壓電致動器的驅(qū)動方式；圖9示出了當(dāng)對應(yīng)于圖7的電壓脈沖被提供給各個電極時從噴嘴噴出的墨滴的噴射速度與To/Tc的關(guān)系的圖，其中To表示脈沖寬度；圖10A顯示了通過對圖4中所示的單獨墨通路進行建模而得到的等效電路圖，其中該電路圖在本發(fā)明的發(fā)明者進行分析時被使用；圖10B顯示了圖10A中所示的流體分析單元中的第一部分通路的結(jié)構(gòu)；圖10C顯示了圖10B中所示的第一部分通路中的噴嘴的結(jié)構(gòu)；圖11A和11B示出了通過使用圖10A至10C所示的模型進行的數(shù)字分析的結(jié)果圖；以及圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明者的分析，用于確定該實施例的噴墨頭的控制條件的一系列步驟的流程圖。
具體實施例方式
下文中，將參照附圖來說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例以及本發(fā)明的發(fā)明者的分析結(jié)果。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的彩色噴墨打印機的一般結(jié)構(gòu)。該打印機1包括其中的四個噴墨頭2。該噴墨頭2被固定在打印機1上，處于沿著打印紙P的傳送方向被排列的狀態(tài)。每個噴墨頭2都具有與圖1垂直延伸的細長外形。
該打印機1其中包括按照沿著打印紙P的傳送路徑的順序提供的送紙單元114，傳送單元120，以及接紙單元116。該打印機1其中進一步包括控制器100，用于控制包括噴墨頭2和送紙單元114的打印機的各部件和單元的操作。
該送紙單元114包括紙盒115和送紙輥145。該紙盒115中能夠容納一堆打印紙P。該送紙輥145能夠逐個地送出包含在紙盒115中的打印紙P的最上面的一張。
在送紙單元114和傳送單元120之間，沿著打印紙P的傳送路徑布置了兩對送紙輥118a和118b；以及119a和119b。由該送紙輥對從送紙單元114送出的每張打印紙P進行引導(dǎo)，使其被發(fā)送給傳送單元120。
該傳送單元120包括環(huán)狀傳送帶111和兩個皮帶輥106和107。該傳送帶111纏繞在皮帶輥106和107上。調(diào)整該傳送帶111的長度，使得在皮帶輥之間拉緊該傳動帶111時，能夠得到預(yù)定的張力。這樣，傳送帶在皮帶輥之間沿著相互平行的兩個平面被拉緊而沒有松弛，其每個都包括該皮帶輥的公切線。這兩個平面中，比較靠近噴墨頭2的平面包括傳送帶111的傳送表面127，其中打印紙P在該傳送帶111的傳送表面127上被傳送。
如圖1所示，一個皮帶輥106與傳送馬達174相連。該傳送馬達174能夠使得皮帶輥朝著箭頭A的方向旋轉(zhuǎn)。另一個皮帶輥107可以跟著該傳送帶111旋轉(zhuǎn)。這樣，通過驅(qū)動該傳送馬達174使得該皮帶輥106旋轉(zhuǎn)，該傳送帶111沿著箭頭A的方向移動。
在該皮帶輥107附近，布置了夾輥138和接收夾輥139，以便于夾住該傳送帶111。通過未顯示的彈力向該夾輥138施以向下的偏壓。布置在該夾輥138下面的接收夾輥139通過傳送帶111來接收被向下壓下的夾輥138的力。該夾輥138和接收夾輥139都可以自由旋轉(zhuǎn)，并隨著傳送帶111進行旋轉(zhuǎn)。
從送紙單元114發(fā)送給傳送單元120的每張打印紙P被插入在夾輥138和傳送帶111之間。因此，該打印紙P被壓在傳送帶111的傳送表面127上，以附在該傳送表面127上。接著，通過傳送帶111的旋轉(zhuǎn)將該打印紙P朝著噴墨頭2的方向傳送。該傳送帶111的外圓周表面113已經(jīng)經(jīng)過了附著硅橡膠的處理。在這種情況下，可以確保該打印紙P附著在傳送帶111的傳送表面127上。
將四個噴墨頭2沿著傳送帶111傳送的方向彼此接近地排列。每個噴墨頭2在其低端具有頭部主體13。如圖3所示，在每個頭部主體的下表面都形成有多個噴嘴8，用于從該噴嘴噴射墨。從一個噴墨頭2上形成的噴嘴8中噴射相同顏色的墨。四個噴墨頭2分別噴射洋紅(M)，黃(Y)，青(C)和黑(K)色的墨。布置每個噴射頭2，使得在其頭部主體13和傳送帶111的傳送表面127之間形成狹窄的空間。
被傳送帶111傳送到每張打印紙P穿過每個噴墨頭2和傳送帶111之間的空間。這時，從噴墨頭2的頭部主體13朝著打印紙P的上表面的方向噴射墨。這樣，就根據(jù)存儲在控制器100中的圖像數(shù)據(jù)在打印紙P的上表面形成了彩色圖像。
在該傳送單元120與接紙單元116之間提供了剝離板140和兩對送紙輥121a和121b；以及122a和122b。其上已經(jīng)打印了彩色圖像的每張打印紙P由傳送帶111朝著剝離板140傳送。接著通過該剝離板140的右邊緣將該打印紙P從傳送帶111的傳送表面127剝離下來。接著由該送紙輥121a至122b將該打印紙P發(fā)送給接紙單元116。這樣，打印后的打印紙就被依次發(fā)送給接紙單元116，并接著堆在該接紙單元116上。
在夾輥138和布置在打印紙P的傳送方向的最上游位置上的噴墨頭2之間提供了紙張檢測器133。該紙張檢測器133由發(fā)光元件和收光元件構(gòu)成，以便于能夠檢測傳送路徑上每張打印紙P的前沿。該紙張檢測器133的檢測結(jié)果被發(fā)送給控制器100。根據(jù)從紙張檢測器133發(fā)出的檢測結(jié)果，該控制器100能夠控制每個噴墨頭2，傳送馬達174等，使得對于每張打印紙P的傳送操作和對于圖像的打印操作能夠彼此同步。
下面將描述每個噴墨頭2的頭部主體13。圖2為圖1中所示的頭部主體13的頂視圖。
該頭部主體13包括通路單元4和四個致動器單元21，其中每個致動器單元都粘合在通路單元4上。每個致動器單元21大體上為梯形。每個致動器單元21都被布置在通路單元4的上表面上，使得致動器單元21的梯形的一對平行相對邊沿著通路單元4的縱向延伸。兩個致動器單元21被排列在兩個直線的每一個上，其中這兩條直線沿著通道單元4的縱向方向相互平行地延伸。也就是說，從整體上看，四個致動器單元21在通路單元4上呈鋸齒狀排列。通路單元4上的致動器單元21的每個相鄰斜邊在通路單元4的橫向上部分地相互重疊。
在通路單元4中形成歧管通道5，其中每個歧管通道5都是墨通路的一部分。每個歧管通道5的開口5b形成在通路單元4的上表面。5個開口5b排列在兩個直線的每一個上，如虛線，其沿著通路單元4的縱向相互平行地延伸。也就是說，總共形成10個開口5b。形成該開口5b，以便于避開排列有4個致動器單元21的區(qū)域。通過每個歧管通道5的開口5b將墨從未示出的墨罐中提供給每個歧管通道5。
圖3為用圖2中的交錯長短虛線圈起來的區(qū)域的放大頂視圖。在圖3中，為了便于說明，每個致動器單元21都用交替一長兩條短的虛線來顯示。另外，雖然孔12，噴嘴8等應(yīng)該用虛線來顯示，但是因為它們形成在通路單元4中或者通路單元4的下表面上，因此它們用實線顯示。
通路單元4中形成的每個歧管通道5分為多個子歧管通道5a。該歧管通道5沿著致動器單元21的斜邊，從而與通路單元4的縱軸交叉。在兩個致動器單元21之間的區(qū)域中，一個歧管通道5被相鄰的致動器單元21共享。子歧管通道5a從歧管通道5的兩側(cè)分支。在通路單元4中形成子歧管通道5a，以便于在與每個致動器單元21相對的區(qū)域中彼此相鄰。
該通路單元4其中包括壓力室組9，其中每個壓力室組9都是由排列為矩陣的大量壓力室10構(gòu)成的。每個壓力室10都形成在一個凹陷區(qū)域中，其中該凹陷區(qū)域大體上為平面圖中的菱形，并且該菱形的每個角都是圓的。每個壓力室10在通路單元4的上表面開口。壓力室10大體上被排列在與每個致動器單元21相對的通路單元4的上表面的區(qū)域上。這樣，由壓力室10構(gòu)成的每個壓力室組9占據(jù)了與一個致動器單元21的大小和形狀大體上相同的區(qū)域。每個壓力室10的開口都被粘貼在通路單元4的上表面上的相應(yīng)的致動器單元21所覆蓋。在該實施例中，如圖3所示，在通路單元4的縱向以規(guī)則間隔排列了16行壓力室10，并且這16行壓力室在通路單元4的橫向彼此平行排列。提供該壓力室10，使得屬于每行的壓力室10的數(shù)量從相應(yīng)的壓電致動器50的外形的長邊向著短邊逐步減少。也按照類似的方式提供噴嘴8。這就在整體上實現(xiàn)了分辨率為600dpi的圖像形成。
如將在后面描述的，在每個致動器單元21的上表面上形成單獨的電極35，以使得與每個壓力室10相對。該單獨電極35的形狀稍微小于或者大體上類似于壓力室10的形狀。該單獨電極35被布置在與壓力室10相對的致動器單元21的上表面的區(qū)域中。
該壓力室10以及單獨電極35中的任何一個在圖3的垂直方向上是長的。該壓力室10以及單獨電極35中的任何一個從它的垂直中心向上和向下呈錐形。這就實現(xiàn)了在各個平面中密集地排列大量壓力室10以及大量的單獨電極35。
在通路單元4上形成大量的噴嘴8，作為噴射口。對該噴嘴8進行布置，以便于避開與子歧管通道5a相對的通路單元4的下表面區(qū)域。該噴嘴8被排列在與各個致動器單元21相對的通路單元4的下表面區(qū)域中。每個區(qū)域中的噴嘴8按照規(guī)則間隔被排列在多條直線上，其中每條直線都沿著通路單元4的縱向延伸。
對該噴嘴8進行布置，使得投影點以對應(yīng)于打印分辨率的規(guī)則間隔不間斷地排列，其中所述投影點是通過如下方式獲得的，所述方式是對在沿著通路單元4的縱向延伸的假想直線，與該直線垂直，上形成的各個噴嘴8的位置進行投影而得到的。因此，該噴墨頭2能夠以對應(yīng)于打印分辨率的間隔不間斷地在形成噴嘴8的通路單元4的區(qū)域的整個縱向區(qū)域上進行打印。
在通路單元4中形成大量的孔12。該孔12被布置在與各個壓力室組9相對的區(qū)域中。在該實施例中，該孔12水平地相互平行地延伸。
在該通路單元4中，形成連接孔，以便于將每個相應(yīng)的孔12、壓力室10以及噴嘴8相互連接在一起。如圖4所示，該連接孔彼此相連，以形成單獨的墨通路32。每個單獨的墨通路32都與相應(yīng)的子歧管通道5a相連。提供給每個歧管通道5的墨通過相應(yīng)的子歧管通道5a被提供給每個單獨的墨通路32，并接著被從相應(yīng)的噴嘴8噴出。
下面將描述頭部主體13的剖面結(jié)構(gòu)。圖4為從沿著圖3中的IV-IV線的垂直截面圖。
頭部主體13的通路單元4具有分層結(jié)構(gòu)，其中在這些層中放置有多個板。也就是說，從通路單元4的上表面開始依次排列有空腔板22，基板23，窗孔板24，電源板25，歧管板26，27和28，蓋板29，以及噴嘴板30。在每個板中都形成有大量的連接孔。對這些板進行定位后，將其置于各層中，使得通過各個板形成的連接孔彼此相連，以形成每個單獨的墨通路32以及每個子歧管通道5a。如圖4中所示，在該頭部主體13中，構(gòu)成每個單獨的墨通路32的部分被排列在不同位置并且彼此接近，也就是說，壓力室10形成在通路單元4的上表面附近，子歧管通道5a形成在通路單元4的中間部分的內(nèi)部，以及噴嘴8形成在通路單元4的下表面上。連接孔通過壓力室10將該子歧管通道5a與噴嘴8相連。
下面將描述穿過各個板的連接孔。第一個就是穿過該空腔板22形成的壓力室10。第二個就是作為第二部分通路提供的連接孔A，其從壓力室10的一端通向子歧管通道5a。穿過如下所述的各板形成連接孔A，所述的各個板是從作為壓力室10的入口的基板23到作為子歧管通道5a的出口的電源板25。該連接孔A包括穿過窗孔板24形成的窗孔12。
第三個就是作為第一部分通路提供的連接孔B，其從壓力室10的另一端通向噴嘴8。通過如下所述的各板形成連接孔B，所述的各個板是從作為壓力室10的出口的基板23到蓋板29。下面，該連接孔B將被稱為下降部33。第四個就是穿過噴嘴板30形成的噴嘴8。該噴嘴8與連接孔B配合，以形成下降部33作為第一部分通路。第五個就是連接孔C，用于形成子歧管通道5a。穿過該歧管板26至28而形成連接孔C。
上述連接孔彼此相連，以形成單獨的墨通路32，其從子歧管通道5a的墨入口端口(即子歧管通道5a的出口)通向噴嘴8。提供給子歧管通道5a的墨在以下通路中流向噴嘴8。首先，墨向上從子歧管通道5a流向孔12的一端。接著，墨水平地沿著孔12的縱向流向孔12的另一端。接著，墨向上從孔12的另一端流向壓力室10的一端。接著，墨水平地沿著壓力室10的縱向流向壓力室10的另一端。接著，墨斜向下并穿過三個板流向連接孔C下面的噴嘴8。
包括下降部33與壓力室10之間的邊界23b的連接孔23a，以及噴嘴8比下降部33的其他部分更窄些。也就是說，在與下降部33的縱軸相垂直的部分，即圖4中顯示單獨墨通路的雙箭頭的相應(yīng)部分中，連接孔23a和噴嘴8的橫截面積小于下降部33的其他部分的橫截面積。在固有振蕩的兩端都與噴嘴8和連接孔23a接近的結(jié)構(gòu)中，相對來說更易于在填滿該下降部33的墨中產(chǎn)生固有振蕩。
與孔12的縱軸垂直的孔12的橫截面積，即圖4中顯示單獨墨通路的雙箭頭的相應(yīng)部分小于如下面積的任意一個，所述面積是位于與壓力室10連接的邊界23c處的連接孔A的面積以及子歧管通道5a的出口25a的面積。這樣，該孔12就起到了限流通路的作用，并且實現(xiàn)了適于采用噴墨前填充方法進行噴墨的結(jié)構(gòu)。
如圖5所示，每個致動器單元21都具有分層結(jié)構(gòu)，其中四個壓電層41、42、43和44被置于這些層中。每個壓電層41-44的厚度為約15微米。致動器單元21的整個厚度為約60微米。如圖3所示，壓電層41-44中的任何一個都被布置在大量壓力室10之上。每個壓電層41-44都由具有鐵電現(xiàn)象的基于鋯鈦酸鉛(PZT)的陶瓷材料制成。
該致動器單元21包括單獨電極35和公用電極34，它們都由例如基于銀鉛的陶瓷材料制成。如上所述，每個單獨的電極35都布置在致動器單元21的上表面上，以便于與相應(yīng)的壓力室10相對。單獨電極35的一端延伸出與壓力室10相對的區(qū)域，并在該延伸上形成焊盤36。該焊盤36由例如含有玻璃料的金制成。該焊盤36的厚度為約15微米并且被凸起地形成。該焊盤36與未示出的柔性印刷電路板(FPC)上提供的觸點電連接。如將在后面所述，控制器100通過該FPC將電壓脈沖提供給每個單獨電極35。
公用電極34被插入在壓電層41和42之間，以便于大體上伸展在兩層之間分界面的整個面積上。也就是說，該公用電極34伸展在與致動器單元21相對的區(qū)域中的所有壓力室10上。該公用電極34的厚度為約2微米。該公用電極34在未示出的區(qū)域中接地，以保持地電位。在該實施例中，在壓電層41上形成不同于單獨電極35的未示出的表面電極，以便避開單獨電極35的組。該表面電極通過壓電層41中形成的通孔與公用電極34電連接。與大量的單獨電極35一樣，該表面電極與FPC 50上的另一個觸點以及配線相連。
如圖5所示，對每個單獨電極35和公用電極34進行布置，以便于只將最上面的壓電層41夾在中間。被單獨電極35和公用電極34夾在中間的壓電層的區(qū)域被稱作有源部分。在該實施例的每個致動器單元21中，只有最上面的壓電層41中才包括這種有源部分，而其余的壓電層42-44中都不包括有源部分。也就是說，該致動器單元21具有所謂的單壓電晶片結(jié)構(gòu)。
如將在后面描述的，當(dāng)預(yù)定的電壓脈沖被有選擇地提供給每個單獨電極35時，壓力就會被施加給對應(yīng)于該單獨電極35的壓力室10中的墨。因此，墨穿過相應(yīng)的單獨墨通路32從相應(yīng)的噴嘴8中噴出。也就是說，致動器單元21與每個壓力室10相對的部分起到與該壓力室10以及相應(yīng)的噴嘴8相對應(yīng)的單獨壓電致動器50的作用。在由4個壓電層構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)中，為每個壓力室10都形成一個這樣的致動器，作為如圖5所示的單元結(jié)構(gòu)。每個致動器單元21都是如此構(gòu)成的。在該實施例中，一個噴射操作從噴嘴8中噴出的墨量為約5-7pl(皮升)。
接下來，將對致動器單元21的控制進行描述。為了控制致動器單元21，該打印機1中包括控制器100和驅(qū)動器IC 80。該打印機1中包括中央處理單元(CPU)，其作為運算處理單元；只讀存儲器(ROM)，用于在其中存儲將由CPU執(zhí)行的計算機程序以及程序中使用的數(shù)據(jù)；以及隨機存取存儲器(RAM)，用于臨時存儲計算機程序執(zhí)行中的數(shù)據(jù)。這些部件構(gòu)成了控制器100，其具有如下面所述的功能。
如圖6所示，該控制器100中包括打印控制單元101以及操作控制單元105。該打印控制單元101中包括圖像數(shù)據(jù)存儲部分102，波形存儲部分103，以及打印信號生成部分104。該圖像數(shù)據(jù)存儲部分102中存儲例如從個人計算機(PC)133傳輸來的用于打印的圖像數(shù)據(jù)。
該波形存儲部分103中存儲有對應(yīng)于多個噴射脈沖隊列波形的波形數(shù)據(jù)。每個噴射脈沖隊列波形都相當(dāng)于根據(jù)圖像的色調(diào)等的基本波形。通過相應(yīng)的驅(qū)動器IC 80將對應(yīng)于該波形的電壓脈沖信號提供給單獨電極35，并且由此從每個噴墨頭2噴出對應(yīng)于每個色調(diào)的墨量。
該打印信號生成部分104根據(jù)存儲在圖像數(shù)據(jù)存儲部分102中的圖像數(shù)據(jù)生成串行打印數(shù)據(jù)。該打印數(shù)據(jù)對應(yīng)于與存儲在波形存儲部分103中的各個噴射脈沖隊列波形相對應(yīng)的數(shù)據(jù)項之一。該打印數(shù)據(jù)用于指示在預(yù)定的時間將噴射脈沖隊列波形提供給每個單獨電極35。根據(jù)存儲在圖像數(shù)據(jù)存儲部分102中的圖像數(shù)據(jù)，該打印信號生成部分104根據(jù)時間、波形以及單獨電極來生成對應(yīng)于圖像數(shù)據(jù)的打印數(shù)據(jù)。該打印信號生成部分104接著將生成的打印數(shù)據(jù)輸出給每個驅(qū)動器IC 80。
為每個致動器單元21提供驅(qū)動器IC 80。該驅(qū)動器IC 80包括移位寄存器，多路復(fù)用器，以及驅(qū)動器緩存器，雖然它們都沒有示出。
該移位寄存器將從打印信號生成部分104輸出的串行打印數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)。也就是說，在該打印數(shù)據(jù)的指令之后，該移位寄存器將單獨數(shù)據(jù)項輸出給對應(yīng)于每個壓力室1以及相應(yīng)的噴嘴8的壓電致動器50。
根據(jù)從移位寄存器輸出的每個數(shù)據(jù)項，該多路復(fù)用器從存儲在波形存儲部分103中的波形數(shù)據(jù)項中選擇一個適當(dāng)?shù)牟ㄐ螖?shù)據(jù)項。該多路復(fù)用器接著將選中的數(shù)據(jù)項輸出給驅(qū)動器緩存器。
根據(jù)從該多路復(fù)用器輸出的波形數(shù)據(jù)項，該驅(qū)動器緩存器生成具有預(yù)定電平的噴射電壓脈沖隊列信號。該驅(qū)動器緩存器接著通過FPC將該噴射電壓脈沖隊列信號提供給對應(yīng)于每個壓電致動器50的單獨電極35。
接下來將對噴射電壓脈沖隊列信號以及已經(jīng)接收了該信號的單獨電極35的電位變化進行說明。
下面將對在每個時間包含在噴射電壓脈沖隊列信號中的電壓進行描述。圖7顯示了單獨電極35的電位變化的例子，其中噴射電壓脈沖隊列信號被提供給該單獨電極35。圖7中所示的噴射電壓脈沖隊列信號的波形61是從噴嘴8伸出一滴墨的波形的例子。
在時間t1，該噴射電壓脈沖隊列信號開始被提供給單獨電極35。根據(jù)從對應(yīng)于單獨電極35的噴嘴8噴出墨的時間來控制該時間t1。在噴射電壓脈沖隊列信號的波形61中，在截至?xí)r間t1之前的期間以及時間t4之后的期間，電壓保持為U0，其中該U0不等于0。在從時間t2到時間t3期間，電壓保持為接地電位。從時間t1到時間t2的時段Tv1為過渡時段，其中單獨電極35的電位從U0變?yōu)榻拥仉娢?。從時間t3到時間t4的時段Tv2為過渡時段，其中單獨電極35的電位從接地電位變?yōu)閁0。已經(jīng)將時段Tv1和Tv2設(shè)置為長度相同。如圖5所示，每個壓電致動器50具有與電容器相同的結(jié)構(gòu)。這樣，當(dāng)單獨電極35的電位變化時，根據(jù)電荷的積累和釋放出現(xiàn)上述過渡時段。
已經(jīng)通過將在后面描述的控制條件確定步驟確定了從時間t1到時間t3的時段的長度To。該波形存儲部分103中存儲了事先由此根據(jù)To確定的波形61。更具體的，該波形存儲部分103中存儲了波形61，對該波形61進行控制使得To/Tc的值落在0.51-0.54的范圍內(nèi)，其中Tc表示填滿整個單獨墨通路32的墨的固有振蕩周期。
下面將描述當(dāng)上述噴射電壓脈沖隊列信號被提供給單獨電極35時如何驅(qū)動該壓電致動器50。
在該實施例的每個致動器單元21中，只有最上面的壓電層41已經(jīng)在從每個單獨電極35向著公用電極34的方向上被極化。這樣，當(dāng)單獨電極35被設(shè)置為與公用電極34不同的電位，從而在與極化方向相同的方向上將電場施加在壓電層41上時，被施加了電場的部分即有源部分，試圖在厚度(即與層垂直)的方向上伸長，其中所述的極化方向更具體地就是從單獨電極35朝著公用電極34的方向。這時，該有源部分試圖與該層，即該層的平面，平行地接觸。另一方面，剩余的三個壓電層42-44還沒有被極化，并且即使給它們加上電場時，它們也不會自己發(fā)生變形。
這樣就會在壓電層41和壓電層42-44之間產(chǎn)生變形差異。因此，每個壓電致動器50整體上就會發(fā)生變形，朝著相應(yīng)于壓力室10即向壓電層42-44一側(cè)凸起，這就是所謂的單壓電晶片變形。
接下來將描述當(dāng)對應(yīng)于該波形61的電壓脈沖信號被提供給相應(yīng)的單獨電極35時壓電致動器50的驅(qū)動。圖8A-8C顯示了壓電致動器50隨著時間的變化。
圖8A顯示了在截止圖7中所示的時間t1期間該壓電致動器50的狀態(tài)。這時，單獨電極35的電位為U0。通過上述的單壓電晶片變形，該壓電致動器50突出到相應(yīng)的壓力室10中。這時該壓力室10的體積為V1。壓力室10的這個狀態(tài)將被稱為第一狀態(tài)。
圖8B顯示了圖7所示的從時間t2到時間t3期間該壓電致動器50的狀態(tài)。這時，該單獨電極35為接地電位。因此，加給該壓電層41的有源部分的電場消失，并且該壓電致動器50被從它的單壓電晶片變形中釋放出來。這時壓力室10的容量V2大于圖8A中所示壓力室10的體積V1。壓力室10的這個狀態(tài)將被稱為第二狀態(tài)。由于該壓力室10的容量的增加，墨被從相應(yīng)的子歧管通道5a吸入到壓力室10中。
圖8C顯示了圖7中所示時間t4之后期間該壓電致動器50的狀態(tài)。這時，該單獨電極35的電位為U0。因此，該壓電致動器50被再一次恢復(fù)到第一狀態(tài)。這樣，通過壓電致動器50將壓力室10從第二狀態(tài)改變?yōu)榈谝粻顟B(tài)，壓力被加到壓力室10中的墨上。從而，從相應(yīng)的噴嘴8中噴出墨滴。該墨滴沖擊打印紙P的印刷面從而形成點。
如上所述，在該實施例的壓電致動器50的驅(qū)動中，首先，如圖8A-8B所示，壓力室10的體積增加一次，從而在壓力室10的墨中產(chǎn)生負壓力波。該壓力波被通路單元4中墨通路的末端反射，并被返回作為朝著噴嘴8傳播的正壓力波。如圖8B-8C所示，通過估算正壓力波達到壓力室10內(nèi)部的時間，可以再一次降低壓力室10的體積。這就是所謂的噴墨前填充方法。
為了通過上述的噴墨前填充方法來實現(xiàn)噴墨，如圖7中所示，具有用于噴墨的波形61的電壓脈沖的脈沖寬度To被調(diào)整為聲波長(AL)。在該實施例中，每個壓力室10都位于相應(yīng)單獨噴墨通路32的整個長度的中間附近，并且AL為在壓力室10中生成的壓力波從相應(yīng)的孔12傳播到相應(yīng)的噴嘴8的時間長度。在該結(jié)構(gòu)中，如上所述被反射的正壓力波被疊加在由于相應(yīng)壓電致動器50的變形而產(chǎn)生的正壓力波上，使得更高的壓力被加在墨上。因此，與壓力室10的體積僅僅被降低一次以推擠出墨的情況相比，當(dāng)噴出相同量的墨時，用于壓電致動器50的驅(qū)動電壓被降低了。這樣該噴墨前填充方法的優(yōu)點就是壓力室10的高度集成、噴墨頭2的緊湊化以及驅(qū)動該噴墨頭2的運行成本。
下面將描述一系列步驟，所述步驟用于根據(jù)被加給該實施例的單獨電極35的電壓脈沖信號的波形來確定控制條件。圖12顯示了例如用于確定控制條件的流程圖。將該用于確定控制條件的步驟應(yīng)用于如下的情況，即，其中當(dāng)從噴墨頭2中噴出墨時，墨噴射速度與To之間的關(guān)系就是圖9中所示的曲線70。也就是說，采用該步驟的情況就是其中該噴射速度的曲線在噴射速度增加的方向上具有通常凸出的形狀。
首先，在步驟S1，U0和To被各自設(shè)置為任意值，并接著獲得當(dāng)圖7的波形61的電壓脈沖信號被提供給相應(yīng)的單獨電極35時噴嘴8的墨噴射速度。通過使用如上所述的數(shù)值分析獲得該墨噴射的速度。通過不同地改變To的數(shù)值來重復(fù)地獲得該墨噴射速度，而不改變U0的值，這就是步驟S2中的是。
在完成了通過不同地改變To的值而獲得墨噴射速度之后，也就是說，步驟S2中的否，通過不同地改變U0的值來重復(fù)步驟S1和S2，這是步驟S3中的是。這樣就獲得了墨噴射速度與各種To和U0的值。在一個修改中，可以不通過數(shù)值分析而是通過當(dāng)提供To和U0的不同的各種電壓脈沖信號時實際測量墨噴射速度來獲得墨噴射速度與To。
在完成了通過不同地改變To和U0的值來獲得墨噴射速度之后，即步驟S3中的否，流程進行至步驟S4，其中繪制出了墨噴射速度與To/Tc曲線。在步驟S5，判斷在To/Tc＞1/2的區(qū)域中噴射速度的曲線上是否出現(xiàn)了最大值。在一個修改中，可以獲得噴射速度與To/Tc的函數(shù)，使得可以通過該函數(shù)的導(dǎo)數(shù)來判斷在上述區(qū)域中是否出現(xiàn)了最大值。
當(dāng)確定在To/Tc＞1/2的區(qū)域中出現(xiàn)了最大值時，即步驟S5中的是，則流程進行至步驟S6，其中獲得了電壓靈敏度與每個To/Tc的值。該電壓靈敏度表示當(dāng)在如上所述的xy坐標(biāo)系統(tǒng)上繪制噴射速度與各個U0值時的回歸線的梯度。在步驟S7，根據(jù)表4來確定To的值，使得該獲得的電壓靈敏度并不會導(dǎo)致要打印圖像的可再現(xiàn)性超過實際允許的范圍。如果To/Tc＞1/2并且噴射速度沒有取最大值，則通過使用除了表4以外的另一個參考來確定To的值。
當(dāng)在步驟S5中確定在To/Tc＞1/2的區(qū)域中沒有出現(xiàn)最大值時，即步驟S5中的否，流程進行至步驟S8，其中該To的值被確定為1/2Tc。
通過如上所述確定To的值，當(dāng)在To/Tc＞1/2的區(qū)域中在噴射速度曲線上出現(xiàn)最大值時，設(shè)置該To的值，使得電壓靈敏度不會超過實際允許的范圍。對該實施例的每個噴墨頭2進行調(diào)整，使得To/Tc落在0.51-0.54的范圍內(nèi)。因此，從將在后面描述的分析中可以理解的是，如圖8A中的G所示，防止了該噴墨速度的變化相對于相應(yīng)的壓電致動器50的變形程度的變化而變得太寬。這就防止了要打印的圖像的可再現(xiàn)性超過允許的范圍。另一方面，當(dāng)在To/Tc＞1/2的區(qū)域中在噴射速度的曲線上沒有出現(xiàn)最大值時，該To的值被確定為1/2Tc。在這種情況下，進行控制以便于改進噴墨能量的效率。
接下來將描述由本發(fā)明的發(fā)明者進行的分析。
本發(fā)明的發(fā)明者證實，傳統(tǒng)的噴墨頭具有如下的問題。圖9為顯示當(dāng)通過噴墨前填充方法從與噴墨頭2具有結(jié)構(gòu)相同的噴墨頭中噴射墨時的一般噴射的特性圖。在圖9中，橫坐標(biāo)軸表示To/Tc的值，而縱坐標(biāo)軸表示噴墨速度。Tc表示填滿整個單獨墨通路32的墨的固有振蕩周期，其中如圖4所示，該單獨墨通路32通過壓力室10從子歧管通道5a通向噴嘴8。如圖9中的曲線70所示，當(dāng)To/Tc＝1/2時該噴墨速度獲得最大值。因此，當(dāng)滿足條件To＝AL＝1/2Tc的波形61的電壓脈沖信號被提供給相應(yīng)的單獨電極35時，在噴墨速度方面最有效地噴射了墨。
但是，能夠想到的是，向壓電致動器50施加壓力不僅可以導(dǎo)致單獨墨路徑32的墨中的前進波，而且還可以導(dǎo)致單獨墨通路32的區(qū)域中的墨中的局部固有振蕩。本發(fā)明的發(fā)明者認為，如上所述，相對于致動器變形程度的變化，該局部固有振蕩導(dǎo)致增加了噴墨速度的變化。也就是說，因為由局部固有振蕩而生成的壓力波的波峰與噴嘴8中上述前進波的峰波相重疊，因此，與沒有局部固有震蕩的情況相比，墨的噴射速度增加了。結(jié)果，從墨滴的主體上分離出墨滴的尖端部分，從而生成了高速的小墨滴。
上述現(xiàn)象的細節(jié)如下。在噴墨中，當(dāng)由于相應(yīng)的壓電致動器50的變形而在充滿壓力室10的墨中生成壓力波時，該壓力波在壓力室10中向上游和下游傳播。在噴墨前填充方法中，增加該壓力室10的體積一次，并接著在經(jīng)過了對應(yīng)于脈沖寬度To的時間之后，該壓力室10再次恢復(fù)至它的初始體積，從而從相應(yīng)的噴嘴中噴出墨。首先，當(dāng)壓力室10的體積增加時，在壓力室10的墨中生成負壓力波，其將被稱為第一壓力波。接著，當(dāng)壓力室10的體積降低時，生成正壓力波，其將被稱為第二壓力波。
如上所述，部分壓力波向下游傳播進入下降部33。例如，已經(jīng)傳播進入該下降部33的第一壓力波被下降部33的兩端，即壓力室10與下降部33之間的邊界以及噴嘴8附近的部分反射。該反射波在填充該下降部33的墨中引發(fā)固有震蕩。在下降部33中產(chǎn)生的固有震蕩的例子就是上述的局部固有振蕩。
另一方面，部分第一壓力波在壓力室10中向上游朝著相應(yīng)的子歧管通道5a傳播。該第一壓力波被該通路中間的孔12反射，從而變成壓力符號已被反轉(zhuǎn)的壓力波。壓力的符號已被反轉(zhuǎn)的壓力波穿過壓力室10和下降部33朝著噴嘴8傳播。也就是說，當(dāng)?shù)谝粔毫Σū豢?2反射時，壓力的符號被反轉(zhuǎn)，并且反射后的壓力波返回至壓力室10作為正壓力波，其將被稱為第三壓力波。該壓電致動器50接著在壓力室10的墨中生成第二壓力波。當(dāng)其中該第二壓力波與第三壓力波重疊從而形成前進波的合成波到達噴嘴8時，從該噴嘴8中噴出墨。
進一步，部分第二和第三壓力波被疊加在由于第一壓力波而在下降部33中生成的固有震蕩上。也就是說，第一至第三壓力波中的任何一個都會對下降部33中的固有振蕩產(chǎn)生作用。這樣，當(dāng)由第二和第三壓力波構(gòu)成的前進波到達噴嘴8時，在噴嘴8中可以觀察到該振蕩，其中(1)該前進波本身的作用；(2)第一壓力波對下降部33中的固有振蕩的作用；以及(3)部分第二和第三壓力波對下降部33中的固有振蕩的作用，上述三個作用已經(jīng)彼此疊加在一塊。
在該振蕩中上述作用已經(jīng)在噴嘴8中彼此疊加，該振蕩導(dǎo)致加到噴嘴8附近的墨上的壓力增加。在這種情況下，當(dāng)存在壓電致動器50的變形程度的變化時，該變化會影響所有的上述作用(1)-(3)。這樣，可以認為，施加到噴嘴8附近的墨上的壓力也會受到疊加形式的影響?？梢哉J為，相對于致動器變形程度的變化來說，該噴墨速度的變化由此增加了。
為了證實上述內(nèi)容，本發(fā)明的發(fā)明者進行了下面的數(shù)值分析。圖10A-10C顯示了與在數(shù)值分析中使用的單獨墨通路32相對應(yīng)的模型。
在數(shù)值分析中，通過對如圖4中所示的單獨墨通路32(即從來自子歧管通道5a的墨入口端口通向噴嘴8的通路)進行聲學(xué)等效變換來構(gòu)建電路。對該等效電路進行聲學(xué)分析。圖10A示出了該等效電路。
將在下面描述的等效電路相當(dāng)于例如圖4和5中所示的墨通路以及致動器。因此，在下面的說明中，將使用例如圖4和5中所示的術(shù)語下降部33、壓電致動器50等。但是，數(shù)值分析所需的關(guān)于例如圖5中所示致動器的信息是一致的。因此，在一致將壓力加給壓力室中的墨的任何致動器中，得到了相同的數(shù)值分析結(jié)果。也就是說，通過將在下面描述的數(shù)值分析而得到的結(jié)果不僅可以被用于例如圖4和5中所示的通路單元4和壓電致動器4，還可以被用于滿足數(shù)值分析中使用的條件的任何噴墨頭。
構(gòu)成單獨墨通路32的孔12相當(dāng)于圖10A的電路中的線圈212a和電阻器212b。該壓電致動器50和壓力室10分別相當(dāng)于圖10A的電路中的電容器250和電容器210。該下降部33和噴嘴8相當(dāng)于圖10A的電路中的流體分析單元233。該流體分析單元233不僅僅被認為是電路中的電容器，電阻器等。通過將在后面描述的流體分析來單獨地對流體分析單元233進行數(shù)值分析。
在數(shù)值分析的聲學(xué)分析中，使用了壓電致動器50的厚度；壓力室10的面積和深度，其中該深度與壓電層垂直；孔12的寬度，長度和深度，其中該深度與壓電層垂直；等等。事先通過來自壓電致動器50等的上述數(shù)據(jù)的有限元方法來獲得壓電致動器50以及由壓電致動器50生成的壓力常數(shù)的一致性，其中該壓電致動器50為對應(yīng)于等效電路中的電容器250的電容值的聲容。已經(jīng)通過使用諧振法來獲得該壓電常數(shù)，其中在該諧振法中對該壓電元件的阻抗進行測量。
如上所述，該流體分析單元233相當(dāng)于下降部33。圖10B以流體分析單元233的流體分析中使用的形式顯示了如圖4中所示的下降部33的整個結(jié)構(gòu)。圖10C顯示了與通過噴嘴板30形成的噴嘴8相對應(yīng)的部分下降部33的結(jié)構(gòu)。圖10B的左端為與壓力室10相連的部分，右端相當(dāng)于噴嘴8。
在流體分析單元233中使用的部分下降部33從左端到噴嘴8被分為4個區(qū)域。按照從左端開始的順序用D1，D2，D3和D4來表示該區(qū)域的內(nèi)徑。這些區(qū)域在圖10B中是垂直同心的。圖10B中這些區(qū)域的水平長度按照從左端開始的順序用L1，L2，L3和L4表示。
對應(yīng)于噴嘴8的下降部33的一部分被分為2個區(qū)域。從右側(cè)開始的第一區(qū)域用D5表示它的內(nèi)徑并用L6表示它的水平長度。從右側(cè)開始的第二區(qū)域為錐形結(jié)構(gòu)，錐尖朝右。第一區(qū)域的左端與第二區(qū)域的右端相符合。圖10C中，第二和第一區(qū)域的內(nèi)表面形成角θ。用L5來表示對應(yīng)于噴嘴8的區(qū)域的整個水平長度。在本發(fā)明的分析中，下面的表1和2中的數(shù)值被用于D1-D5，L1-L6，以及θ。D1-D5以及L1-L6的單位為微米，θ的單位為度。
表1


表2


通過使用下降部33的上述結(jié)構(gòu)，利用類似的可壓縮性方法作為流體分析方法在流體分析單元233中進行流體分析，其中該流體分析方法用類似的可壓縮性表示。該類似的可壓縮性方法這樣的方法，其通過使得Navier-Stokes方程與連續(xù)性方程聯(lián)立來獲得速度和壓力，其中已經(jīng)在連續(xù)性方程中增加了表示密度的類似時間變化的項。通過該流體分析單元233中的流體分析，可以獲得流經(jīng)該流體分析單元233的墨的體積速度。
通過關(guān)系表達式C＝W/Ev來獲得壓力室10的一致性，其為對應(yīng)于等效電路中電容器210的電容值的聲容，其中W表示壓力室10的體積并且Ev表示墨的體積彈性。
通過關(guān)系表達式m＝rho×l/A來獲得孔12的聲質(zhì)量，其對應(yīng)于等效電路中線圈212a的電感，其中rho表示墨密度；A表示孔12與該孔的縱軸垂直的面積，即圖4中的水平方向；以及l(fā)表示圖4中孔12水平上的長度。
按照如下方式獲得孔12的通路電阻，其對應(yīng)于電阻器212b的電阻值R。在上述實施例中，在從與孔的縱軸垂直的截面圖中，即圖4的水平方向上，每個孔12都為矩形，并且其側(cè)邊的長度為2a和2b。在這種情況下，可以通過下面的表達式1來獲得在孔12中流動的墨量。加在孔12上的壓力Δp與孔12中流動的墨量Q之間的關(guān)系為Q＝Δp/R，其中壓力Δp對應(yīng)于壓力波的振幅。根據(jù)該關(guān)系和表達式1計算電阻R。在表達式1中，如上所述，l表示孔12的長度。
表達式1Q=4ab3Δp3μl[1-1926π5aΣn=1,3,...∞1n5tanh(nπa2b)]]]>壓力源299提供等效電路中的壓力。由壓力源299提供的壓力相應(yīng)于壓電致動器50施加在壓力室10中的墨上的壓力。通過壓電致動器50的變形來施加由壓電致動器50加在壓力室10中墨的壓力。壓電致動器50的變形程度取決于單獨電極35和公用電極34之間的電位差。因此，加給墨的壓力根據(jù)加給單獨電極35的電壓脈沖信號的波形而發(fā)生變化，例如圖7中的波形61。在該分析中，假設(shè)在電位U0的值為18V(伏)、19V以及20V的情況下，波形61的電壓脈沖信號被提供給壓電致動器50。另外，脈沖寬度To被設(shè)置為每個長度為5微秒至8.8微秒。在壓電致動器50的實際范圍中，壓電致動器50的變形量與電壓脈沖信號的電位U0成比例。因此，可以假設(shè)由壓力源施加的壓力與電位U0成比例。
在上述條件下，通過基于壓力P，聲容，聲質(zhì)量，以及電阻的數(shù)值分析，以及由單獨的數(shù)值分析獲得的流體分析單元中的分析結(jié)果，獲得了流經(jīng)電路的墨的體積速度。下面的表3顯示了對墨的體積速度進行數(shù)值分析的結(jié)果。
表3

在表3中，左邊第一列顯示了在該分析中設(shè)置的對于各個To值的To/Tc的值。在該分析中，Tc＝14.6微秒。
在表3中，從左邊數(shù)的第二至第四列顯示了當(dāng)U0的值分別為電壓1至3時，對于每個To/Tc值的噴墨速度。也就是說，對于如下情況進行分析其中單獨電極35被提供了波形61的電壓脈沖信號，其中To/Tc具有第一列中所示的各個值并且U0具有電壓1至3的各個值。表3的第二至第四列顯示了通過對各個情況進行分析而獲得的噴墨速度。電壓1至3分別為18V、19V、以及20V。噴墨速度的單位為m/sec(米/秒)。
在表3中，從左邊數(shù)的第五列顯示了對于各個To/Tc值的電壓靈敏度的值。該電壓靈敏度為當(dāng)U0的值在每個To/Tc值處變化時的表示噴射速度的變化程度的指數(shù)。電壓靈敏度的單位為m/sec/V(米/秒/伏)。電壓靈敏度被具體定義如下。U0被用作x值，噴墨速度被用作y值，并且表3的第二至第四列相對于每個To/Tc值的結(jié)果被繪制在xy坐標(biāo)系統(tǒng)中。因此，為每個To/Tc值繪制與電壓1至3的各個噴射速度相對應(yīng)的三個點。該電壓靈敏度相當(dāng)于為這樣繪制的點給出的回歸線的梯度。
圖11A和11B為顯示表3的結(jié)果的圖。在圖11A中，通過根據(jù)表3的第二至第四列的結(jié)果，相對于電壓1-3的各個值而繪制噴墨速度和To/Tc值而得到曲線71-73。在圖11A中，橫坐標(biāo)表示To/Tc的值，并且縱坐標(biāo)表示噴射速度。在圖11B中，通過根據(jù)表3的第五列的結(jié)果，繪制電壓靈敏度的值和To/Tc值而得到曲線74。在圖11B中，橫坐標(biāo)表示To/Tc的值，并且縱坐標(biāo)表示電壓靈敏度。
曲線71-73的任意一個的一般形狀都為向上凸出，在這一特征上與曲線70類似。另一方面，只有當(dāng)在曲線70上出現(xiàn)一個最大值時，才會在曲線71-73中的任何一個上出現(xiàn)某些最大值。例如，曲線73上就出現(xiàn)了峰值73a和73b。還有，在每個曲線71和72上，雖然在一定程度上有所偏差，在與曲線73相對應(yīng)的位置上也出現(xiàn)了峰值?？梢哉J為，噴射速度的曲線在整體上通常向上凸出但獲得多個最大值的原因就在于，在單獨墨通路32的每個部分中生成了固有振蕩周期小于Tc的局部固有振蕩，所述部分例如是下降部33。
如曲線74所示，電壓靈敏度也獲得多個最大值。電壓靈敏度取最大值的峰值74a和74b的位置分別對應(yīng)于曲線73上的峰值73a和73b的位置。這樣，圖11A和11B就顯示出電壓靈敏度增加的位置對應(yīng)于噴射速度取最大值的相應(yīng)位置。例如，當(dāng)最大值出現(xiàn)在To/Tc＝0.58附近的曲線74上時，最大值也出現(xiàn)在To/Tc＝0.56附近的曲線73b上，其接近在曲線74上出現(xiàn)最大值的位置。
另一方面，電壓靈敏度的增加相應(yīng)于與電壓變化相關(guān)的噴射速度的增加變化。由于該電壓值相應(yīng)于被提供給單獨電極35的電壓脈沖信號的電位U0的值，因此電壓的變化相應(yīng)于壓電致動器50的變形程度的變化。因此，電壓靈敏度的增加帶來了噴射速度的增加變化，該事實意味著隨著壓電致動器50的變形程度的增加變化，噴射速度的變化也增加了。
這里，通過如下的表達式2來獲得指數(shù)Dv，單位為m/s，其使得壓電致動器50的變形程度的變化與噴射速度的變化相關(guān)。
表達式2Dv＝Sv·U0·Dd在表達式2中，Dd表示壓電致動器50的變形程度的變化率。當(dāng)圖7的波形61的信號被提供給壓電致動器50時，壓電致動器50的變形程度大體上與U0成正比。因此，值U0×Dd與壓電致動器50的變形程度的變化成正比。這樣，值U0×Dd就起到表示壓電致動器50的變形程度的變化的指數(shù)的作用。在表達式2中，Sv表示電壓靈敏度，用于表示相對于U0的變化，該噴射速度的變化程度。
這樣，Dv＝Sv×U0×Dd的值就起到如下指數(shù)的作用，其中該指數(shù)表示當(dāng)存在壓電致動器50的變形程度的變化時墨噴射速度的變化。該壓電致動器50的變形程度相當(dāng)于當(dāng)在圖8A中壓電致動器50向下變形時該壓電致動器50的最大變形量G。
下面的表4顯示了根據(jù)表達式2計算的Dv和Sv值和Dd值的計算結(jié)果。在表4中，從左邊數(shù)第一列顯示了Sv的值。第二至第五列的最上面的行顯示了Dd的值。最上面行之下的行顯示了對于各個Sv值以及各個Dd值的Dv值。在Dv的計算中，19V的U0被用作平均電壓。
表4


一般地，壓電致動器50的變形程度的變化率平均地大約加或減7％。另一方面，在許多情況下，當(dāng)噴射速度變化的指數(shù)Dv超過1.0米/秒時，要打印的圖像的可再現(xiàn)性就會超出實際允許的范圍。因此，從表4中，可以理解的就是，要打印的圖像沒有問題的范圍就是電壓靈敏度不超過0.8米/秒/伏的范圍，即0米/秒/伏-0.7米/秒/伏的范圍。另一方面，從表3和圖11B中可以理解的是，當(dāng)To/Tc的值落入不小于1/2的范圍內(nèi)時，使得電壓靈敏度落入上述范圍內(nèi)的To/Tc值的范圍為0.51至0.54。因此，為了在To/Tc值落入不小于1/2的范圍內(nèi)噴射墨時保持要打印的圖像的質(zhì)量，To/Tc值必須落入0.51至0.54的范圍內(nèi)。當(dāng)To/Tc值為0.6時，也會使得電壓靈敏度落入上述范圍。但是，當(dāng)To太大時，噴墨實際消耗的能量的效率相對于為噴墨提供的能量來說就降低了。因此，不小于0.6范圍內(nèi)的To/Tc的值并不適于噴墨。
從上面的分析中可以理解的是，當(dāng)對致動器進行控制使得To/Tc的值落入0.51至0.54的范圍內(nèi)時就解決了上述問題。
與上述實施例中一樣，當(dāng)起到公用墨室的作用的子歧管通道5a與壓力室10彼此相對時，并且當(dāng)該子歧管通道5a布置在壓力室10和其上形成了噴射端口的通路單元的下表面之間時，也容易出現(xiàn)上述問題。
更具體地，當(dāng)該子歧管通道5a布置在壓力室10與通路單元4的下表面即噴射表面之間時，從壓力室10通向形成在通路單元4下表面上的噴嘴8的下降部33必須延伸出該子歧管通道5a。因此，與該子歧管通道5a沒有位于壓力室10與通路單元4的下表面之間的情況相比，該下降部33必須很長。結(jié)果，當(dāng)在下降部33中產(chǎn)生固有振蕩時，該固有振蕩的影響是很大的。當(dāng)該固有振蕩的影響很大時，也很容易產(chǎn)生如下問題即，相對于致動器變形程度的變化來說，噴墨速度的變化也增加了。也就是說，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的致動器控制被應(yīng)用于與上述實施例具有相同結(jié)構(gòu)的噴墨頭時，與將該控制應(yīng)用于具有如下結(jié)構(gòu)的噴墨頭的情況相比，該效果還是相當(dāng)可觀的，其中在所述噴墨頭的結(jié)構(gòu)中原本很難出現(xiàn)該問題。
另外，與上述實施例中一樣，當(dāng)位于壓力室10邊界附近的部分下降部33比下降部33的縱向中間部分窄時，在該下降部33中很容易產(chǎn)生局部固有振蕩。因此，當(dāng)本發(fā)明被應(yīng)用于這種情況時，與本發(fā)明被應(yīng)用于具有如下結(jié)構(gòu)的噴墨頭的情況相比，其中在該噴墨頭的結(jié)構(gòu)中原本很難產(chǎn)生該局部振蕩，該效果還是相當(dāng)可觀的。
另外，與上述實施例中一樣，當(dāng)從子歧管通道5a的出口通向壓力室10的部分通路的縱向中間部分比壓力室10邊界附近的部分通路以及子歧管通道5a附近的部分通路的部分中的任何一個更窄時，更易于產(chǎn)生固有振蕩，其中該部分通路的位置之一是一反射端。因此，實現(xiàn)了適于利用噴墨前填充方法進行噴墨的噴墨頭。
雖然已經(jīng)通過上面概述的特定實施例對本發(fā)明進行了描述，但是可以確信的是，許多替換，修改以及變化對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說是很顯然的。因此，上面闡述的優(yōu)選實施例只是用于說明，而不是限制。在不脫離由后面權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的精神和范疇的情況下可以進行各改變。
權(quán)利要求
1.一種噴墨記錄設(shè)備，包括通路單元，包括公用墨室以及單獨的墨通路，其中該通路通過壓力室從公用墨室的出口通向噴墨端口；致動器，其能夠有選擇地處于第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，其中在第一狀態(tài)下，壓力室的體積為V1，在第二狀態(tài)下，壓力室的體積為V2，V2大于V1；以及控制器，用于控制該致動器從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)，并接著變回至第一狀態(tài)，以從噴射端口噴墨，形成該單獨的墨通路，以便于同時滿足如下兩個條件(a)當(dāng)致動器從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)并接著變回第一狀態(tài)以從噴射端口噴墨時，相對于從致動器開始從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)的時間點到致動器開始從第二狀態(tài)變?yōu)榈谝粻顟B(tài)的時間點的時間段To的變化，表示從噴射端口噴出的墨的噴射速度的變化的曲線具有在噴射速度增加的方向上凸起的通常形狀；以及(b)該噴墨速度在如下區(qū)域的曲線上具有至少一個最大值，在所述區(qū)域中，To大于填充單獨墨通路的墨的固有振蕩周期Tc的1/2倍，該控制器對致動器進行控制，使得To/Tc的值落在0.51至0.54的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該公用墨室與壓力室彼此相對，并且在通路單元的噴射表面上形成噴射端口，其表面布置在公用墨室的與壓力室相對的一側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中從壓力室的出口通向噴射端口的單獨墨通路的第一部分通路的、與第一部分通路的縱軸垂直的區(qū)域的橫截面積大于第一部分通路與壓力室之間邊界的面積以及噴射端口的面積中的任意一個。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中從公用墨室的出口通向壓力室的單獨墨通路的第二部分通路的、與第二部分通路的縱軸垂直的區(qū)域的橫截面積小于第二部分通路與壓力室之間邊界的面積以及公用墨室的出口的面積中的任意一個。
5.一種噴墨記錄設(shè)備中確定控制條件的方法，該設(shè)備包括通路單元，該通路單元包括公用墨室以及單獨墨通路，其中該通路通過壓力室從公用墨室的出口通向噴墨端口；致動器，其能夠有選擇地處于第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，其中在第一狀態(tài)下，壓力室的體積為V1，在第二狀態(tài)下，壓力室的體積為V2，V2大于V1；以及控制器，用于控制該致動器從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)，并接著變回第一狀態(tài)，以從噴射端口噴墨，形成該單獨的墨通路，以便于同時滿足如下的條件(a)當(dāng)致動器從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)并接著變回第一狀態(tài)以從噴射端口噴墨時，相對于從致動器開始從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)的時間點到致動器開始從第二狀態(tài)變?yōu)榈谝粻顟B(tài)的時間點的時間段To的變化，表示從噴射端口噴出的墨的噴射速度的變化的曲線具有在噴射速度增加的方向上凸起的一般形狀；以及(b)該噴墨速度在如下區(qū)域中的曲線上具有至少一個最大值，在所述區(qū)域中，To大于填充單獨墨路徑的墨的固有振蕩周期Tc的1/2倍，該方法包括用于確定控制條件的條件確定步驟，其中控制器使用該控制條件來控制致動器，使得To大于填充單獨墨路徑的墨的固有振蕩周期Tc的1/2倍，并使得該噴墨速度在所述曲線上不具有最大值。
全文摘要
一種致動器可以有選擇地處于第一狀態(tài)以及第二狀態(tài)，其中在第一狀態(tài)中，壓力室的體積為V1，在第二狀態(tài)中，壓力室的體積為V2，其中V2大于V1。該致動器從第一狀態(tài)改為第二狀態(tài)，并接著返回至第一狀態(tài)，以從噴射端口噴出墨。當(dāng)形成單獨的墨通路以便于滿足下面的條件A和B時，該控制器對致動器進行控制使得To/Tc落在0.51－0.54的范圍內(nèi)。條件A相對于時間To的變化，表示要從噴射端口噴射的墨的噴射速度的變化的曲線具有在噴射速度增加的方向上凸起的一般形狀。條件B該噴墨速度在To大于1/2倍的Tc的區(qū)域中在該曲線上至少有一個最大值。To表示從致動器開始從第一狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)的時間點到該致動器開始從第二狀態(tài)變?yōu)榈谝粻顟B(tài)的時間點之間的時間段。Tc表示充滿該單獨墨通路的固有振蕩周期。
文檔編號B41J2/14GK101054015SQ2007100919
公開日2007年10月17日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者巖尾直人, 日比學(xué), 佐武健一, 石倉慎 申請人:兄弟工業(yè)株式會社, 京瓷株式會社