專利名稱：從噴墨打印機噴射滴尺寸可變的滴的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及噴墨打印機，具體說，涉及能夠噴射滴尺寸可變的滴的噴 墨打印機。
背景技術：
在壓電噴墨打印機中，打印頭包括多個墨室，各墨室與噴孔和墨貯存 器流體連通。墨室的至少一個壁與壓電材料接合。當被致動時，該壓電材 料發(fā)生變形。該變形導致壁的變形，進而產(chǎn)生壓力波，該壓力波在從墨貯 存器汲取出另外的墨的同時，最終將墨推出噴孔外。
為了在打印圖像上提供更大的密度變化，通常有利的是從墨室噴射尺 寸不同的墨微滴。這樣做的一種方法是依次致動壓電材料。對壓電材料的 每次致動會泵送一團墨到噴孔外。如果以高于墨室的共振頻率的頻率進行 致動，則在第一團開始飛向基材前，后續(xù)團將到達噴孔板。因此，所有團 合并在一起而形成一個微滴。這個微滴的尺寸取決于該4鼓滴從噴孔飛向基
材前發(fā)生的致動次數(shù)。2004年3月15日提交的共同待審申請10/800467中 公開了這種噴墨打印機，其內(nèi)容通過引用并入本文。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明涉及一種使墨從噴墨打印機的墨室噴出的方法。這種 方法包括使第一團墨從墨室排出；并且在經(jīng)過選定間隔后，使第二團墨 從墨室排出。所述間隔選定為大于所述室的基本共振頻率的倒數(shù)，并且選 定為使所述第 一團在所述第二團被排出時與所述墨室中的墨保持接觸。
一些實施例包括使第二團噴出包括向所述第二團施加大于第一團的 速度的速度。
其它實施例包括在經(jīng)過選定間隔后，使第三團墨>匸人墨室排出。在部 分這些實施例中，使第三團墨排出包括向所述第三團施加大于所述第二團 的速度的速度。在這些實施例中，有些還包括使所述第一團、第二團和第一動量、第二動量和第三動量，所述第一動量、第二 動量和第三動量選定為使包含所述第 一 團、第二團和第三團的墨滴的滴壽 命等于由兩團墨形成的墨滴的滴壽命。
其它實施例包括這樣的實施例，其中將所述間隔選定為約15微秒到 16樣i秒之間。
還有其它實施例包括使所述第一團和第二團具有第一動量和第二動 量，所述第一動量和第二動量選定為使包含所述第一團和第二團的墨滴的 滴壽命等于由單團墨形成的墨滴的滴壽命。
另外的實施例包括這樣的實施例，其中使第一團墨和第二團墨排出 包括從預定的噴射脈沖模板(palette)中選擇噴射脈沖的組合。
另 一方面，本發(fā)明還涉及一種使墨從噴墨打印機頭的墨室噴出的方法。 這種方法包括確定生成具有選定滴尺寸的墨滴所需的墨團的第 一數(shù)量； 排出墨以形成長度隨時間而增加的自由表面流體引導部，所述自由表面流 體引導部在所述墨室中的墨與移動遠離噴孔的領先墨團之間延伸；以及使 一組跟隨墨團沿所述自由表面流體引導部朝所述領先團前進。這組跟隨團 中的團的數(shù)量比所述第一數(shù)量少一個。這些團被大于所述墨室的基本共振 頻率的倒數(shù)的間隔暫時分開。
在一些實施例中，使一組跟隨墨團沿自由表面流體引導部前進的步驟 包括使所述跟隨團以大于領先團的速度的速度前進。
本發(fā)明的其它方面包括一種機器可讀介質(zhì)(machine-readable media), 在該介質(zhì)上編碼有使任意上述方法得以執(zhí)行的軟件。
另一方面，本發(fā)明涉及用于噴墨打印機的壓電打印頭。這種打印頭包 括限定出墨室的壁；與所述墨室機械連通的壓電致動器；和用于控制所 述壓電致動器的控制器。所述控制器配置成使所述壓電致動器完成以下動 作使第一團墨從所述墨室排出，并且在經(jīng)過選定間隔后，使第二團墨從 所述墨室排出。所述間隔選定為大于所述室的基本共振頻率的倒數(shù)。另夕卜， 所述間隔選定為使所述第 一團在所述第二團被排出時，與所述墨室中的墨 保持接觸。
除非另有說明，否則本文所使用的全部技術和科學術語的意思與本發(fā) 明所屬領域的技術人員通常了解的相同。下面將描述適當?shù)姆椒ê筒牧希?^旦在本發(fā)明的實施和測試中也可^f吏用與本文所述方法和材料相似或相等的方法和材料。本文所提及的所有出版物、專利申請、專利和其它參考文獻 通過引用而整體并入本文。在有沖突的情況下，將以本說明書(包括定義) 為準。另外，所述材料、方法和實例只起示例作用，并非旨在用于限制。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在以下詳細描述以及權利要求書中變得清 楚明了。


圖1示出來自噴墨打印頭的墨室； 圖2示出噴射脈沖； 圖3示出具有三個噴射脈沖的模板； 圖4示出前往基材途中的獨立墨微滴； 圖5示出前往基材途中的單個大墨滴； 圖6示出結(jié)合而形成墨滴的墨團； 圖7示出由圖3的激勵波形生成的墨團； 圖8示出滴壽命和脈沖延遲期。
具體實施例方式
圖1示出墨室IO，該墨室IO與噴墨打印機的壓電打印頭中的多個噴墨 器之一相關聯(lián)。墨室IO具有與壓電材料接合的主動壁(active wall) 12，所 述壓電材料連接至受控制器16控制的電源14。位于墨室IO的一端的通道 18提供與墨貯存器20的流體連通，該墨貯存器20被打印頭的多個其它墨 室(未示出)共享。在墨室10的另一端，由噴孔板24形成的噴孔22實現(xiàn) 與墨室IO外部的空氣的流體連通。
操作中，控制器16接收指示待噴出的滴的尺寸的指令?；谒璧某?寸，控制器16向主動壁12施加激勵波形(excitation waveform )。
該激勵波形包括從預定噴射脈沖的模板中選擇一個或多個噴射脈沖。 每個噴射脈沖經(jīng)由噴孔22排出墨團。從模板中選出的且組成特定激勵波形 的噴射脈沖的數(shù)量取決于所需滴的尺寸?？傊?，需求的滴(dr叩)越大，所 需用來形成滴的團(bolus)的數(shù)量就越多，因此激勵波形將包含更多的噴 射脈沖。
圖2示出來自一噴射脈沖模板的一個這種預定的噴射脈沖。該噴射脈沖以汲取相位(draw phase)開始，其中壓電材料發(fā)生變形以使墨室10的 體積擴大。這使得墨被從貯存器20中汲取出來，并進入墨室10中。
在汲取相位期間發(fā)生的變形產(chǎn)生第 一壓力波，該第 一壓力波源于擾動 源，即主動壁12。該第一壓力波沿兩個方向遠離其源頭前進，直到到達該 第一壓力波發(fā)生聲音阻抗變化的位置。在該位置，第一壓力波中的至少一 部分能量被反射回源頭。
在經(jīng)過汲取時間td后，開始等待相位(waiting phase )。等待相位的持 續(xù)時間，稱為"等待時間tw"，被選擇為允許上述壓力波從源頭向外傳播、 在阻抗驟變點發(fā)生反射、并返回起點。因此，該持續(xù)時間取決于墨室10內(nèi) 的波傳播速度以及波源與阻抗驟變點之間的距離。
在等待相位后，控制器16開始噴射相位(ejection phase),該噴射相位 的持續(xù)時間由噴射時間tj艮定。在噴射相位，壓電材料發(fā)生變形，以使墨 室10恢復為原始體積。這引發(fā)第二壓力波。通過正確地設置等待相位的持 續(xù)時間，可將第一壓力波和第二壓力波設置成同相位，從而使其相長地 (constructively)疊加。因此，組合的第一和第二壓力波協(xié)同經(jīng)由噴孔22 排出墨團。
汲取相位期間壓電材料發(fā)生的變形程度調(diào)控與由噴射脈沖形成的團相 關J[關的動量(momentum )。
圖3示出具有三個噴射脈沖的噴射脈沖模板。在所有屬性中，各個噴 射脈沖的特征是脈沖振幅和脈沖延遲期。脈沖振幅控制由噴射脈沖形成的 團的動量。噴射脈沖的脈沖延遲期是基準時間與特定事件之間的時間間隔， 該特定事件與該噴射脈沖相關聯(lián)?；鶞蕰r間優(yōu)選為打印機控制電路發(fā)送觸 發(fā)脈沖的時間。該時間可被視為激勵波形的開始時間。用于標明脈沖延遲 期的另 一端點的事件優(yōu)選為噴射脈沖的開始時間。
圖3也可看作是使用在激勵模板中可用的全部三個噴射脈沖的激勵波 形。其它激勵波形可包括這三個可用噴射脈沖的子組。例如，兩團式墨滴 可由只具有第 一和第三噴射脈沖、只具有第 一和第二噴射脈沖或只具有第 二和第三噴射脈沖的激勵波形形成。 一 團式墨滴可由只具有三個可用噴射
脈沖中的一個噴射脈沖的激勵波形形成。
在第一操作模式中，連續(xù)脈沖之間的間隔相對較長。當以這種方式操
作時，由第一脈沖排出的團開始從噴孔板24飛行至基材，然后排出第二團。因此，該第一操作模式生成一系列獨立的微滴，這些微滴如圖4所示那樣 飛向基材。這些微滴在飛行中或在基材上彼此結(jié)合，以形成更大的滴。
圖4所示的與微滴連接的長尾狀物在飛行期間破碎成伴隨體 (satellite )。于是，這些尾狀物可以以非受控方式降落在基材上。因此，源 于這些尾狀物的墨的非受控分布在基材上形成雜散標記，從而破壞打印質(zhì)量。
在第二操作模式中，噴射脈沖之間的間隔非常短。當以這種快速噴射 方式操作時，團的排出如此迅速，以致團在仍與噴孔板24上的墨相連時就 彼此結(jié)合。這導致形成單個大的滴(如圖5所示)，然后，該大的滴在完全 形成后離開噴孔板24。該第二操作模式避免了形成多個尾狀物。
在第三操作模式中，噴射脈沖之間的間隔選擇成長到足以避免修整的 擴散(rectified diffusion),而又短到足以使由脈沖序列排出的團在離開噴孔 板24前往基材的途中，通過帶狀部(igament)保持彼此相連。圖6示出 了示例性的一串這種團。
在該第三操作模式中，與團之間的帶狀部相關聯(lián)的表面張力傾向于將 團吸在一起而形成單個滴。這避免了形成多個可能會不可控制地飛濺到基 材上的長尾狀物。
與噴射脈沖相關聯(lián)的確切數(shù)字參數(shù)取決于特定墨室10的詳細情況以及 墨的性質(zhì)。然而，作為一般規(guī)則，噴射脈沖之間的時間間隔對應于這樣一 種頻率，該頻率低于墨室10的基本共振頻率，但又不會低到致使團彼此分 開而形成如圖4所示的離散微滴。因此，噴射脈沖之間的該時間間隔大于 表示為每秒周期數(shù)(cycles per second)的基本(即最低)共振頻率的倒數(shù)。
對于墨在40。C具有l(wèi)lcps的粘性的情況，圖3是一個示例性激勵波形， 該激勵波形用于形成質(zhì)量高達20ng的滴，并通過足以每50微秒就噴出一 個這種滴的速率(即以20kHz的滴噴射頻率)來達成。噴射脈沖彼此間隔 約為15-16孩i秒(即脈沖重復頻率為63.5kHz)。
可用于組成激勵波形的噴射脈沖的脈沖延遲期和振幅選擇為使激勵波 形的開始時間與由該波形形成的墨滴撞擊基材的時間之間的間隔(本文稱 為"滴壽命(drop lifetime)")獨立于墨滴的尺寸。如本文所使用的，并如 圖8所示，激勵波形的開始時間不必與用于該波形中的第一噴射脈沖的開 始時間一致。例如，如果用于特定滴的激勵波形只使用了三個可用噴射脈間是假設使用第 一噴射脈沖時 第一噴射脈沖開始的時間。以這種方法審慎選擇噴射脈沖的振幅和延遲期 意味著打印頭驅(qū)動電路發(fā)送觸發(fā)信號的時間是獨立于滴尺寸的。更確切地， 根據(jù)滴尺寸而變化的是從噴射脈沖模板中選擇構(gòu)成用于該墨滴的特定激勵 波形的那些噴射脈沖。這大大地簡化了驅(qū)動電路的設計。
雖然圖8示出了朝上延伸的脈沖，但這并非旨在表示任何關于用在驅(qū)
動電路中的電流和電壓的實際信號。圖8的縱軸省略了任何關于極性的基 準就是為了確保該一般原則。
在圖3所示的噴射脈沖的特定模板中，電壓下降隨脈沖延遲而增大。 因此，所形成的第一團的動量最低，而隨后形成的團依次具有更高的動量。 這允許后形成的團更容易追上早形成的團。
雖然圖3所示的噴射脈沖模板只具有三個噴射脈沖，但本文所描述的 原則可輕易地應用于具有任意數(shù)量噴射脈沖的激勵波形。
圖7示出了每隔5微秒所拍攝的照片，這些照片并排放置以示出三個 團結(jié)合而形成單個滴。在30微秒標記時，慢速移動的第一團即將脫離噴孔 板，并開始飛向基材的行程。然而，該第一團通過帶狀部繼續(xù)與墨室10內(nèi) 的墨接觸。
然后，在35微秒處，在第一團仍然與墨室IO內(nèi)的墨接觸的同時，移 動更快的第二團開始趕上第一團。在該過程中，第二團沿使第一團與墨室 10中的墨相連接的帶狀部前進。
在4(M敬秒處，第一團和第二團開始合并，并在45樣i秒時，滴通過第 二團的質(zhì)量而長大。同時，帶狀部繼續(xù)伸展。
在5(M效秒時，快速移動的第三團從噴孔中出現(xiàn)，并迅速地沿帶狀部移 動，以與第一團和第二團形成的滴接合。在以下15微秒內(nèi)，第三團趕上所 述滴，并與之合并。然后，在以下10微秒內(nèi)，此時已經(jīng)聚集了三個團的質(zhì) 量的所述滴終于脫離了噴孔板，并開始了飛向基材的行程。
用于形成較小的滴的激勵波形將排出較少的團。因此，這種激勵波形 將與圖3所示的相同，但噴射脈沖更少。例如，可通過只從圖3的預定噴 射脈沖中選擇一個噴射脈沖來生成小墨滴，或者可從圖3所示的三個預定 噴射脈沖中選擇兩個噴射脈沖來生成稍大的墨滴。在一個實施例中，圖3 的第二噴射脈沖本身生成一團式墨滴，圖3的第一和第三噴射脈沖協(xié)作以生成兩團式墨滴，而圖3所示的全部三個噴射脈沖協(xié)作以生成三團式墨滴。 然而，可根據(jù)噴射脈沖模板中可用的脈沖延遲期和振幅的特定組合，來選 擇噴射脈沖的不同組合。例如，在某些情況下，可使用第一或第三噴射脈 沖來生成一團式滴。在其它情況下，可使第一和第二脈沖協(xié)作或者使第二 和第三脈沖協(xié)作來生成兩團式墨滴。
在一些打印機中，可獲得四種或四種以上的墨滴尺寸，在該情況下， 噴射脈沖的^^莫板將具有四個或四個以上的可用噴射脈沖。
總之，可用于組成激勵波形的全體噴射脈沖包括振幅和延遲期選定為 使不同墨滴尺寸的數(shù)量最大化的噴射脈沖，所述不同墨滴尺寸可在滴壽命 獨立于滴尺寸的限制條件下生成。在某些情況下，這包括提供大滴，該大 滴具有足夠的動量，以使該大滴的速度與較小的滴的速度相同?；蛘?，如 果大的滴和小的滴具有不同的速度，則可為移動較快的滴選擇延遲期較長 的噴射脈沖，從而讓移動較慢的滴先出發(fā)。在這種情況下，移動較快的滴 和移動較慢的滴將同時到達基材。
在多團式墨滴的情況下，與尾狀物相關聯(lián)的墨質(zhì)量由最后一個噴射脈 沖所形成的團的墨質(zhì)量限制(capped)。因此，尾狀物的質(zhì)量與墨滴的質(zhì)量 不成比例。相反，隨著墨滴變大，尾狀物的質(zhì)量與墨滴的質(zhì)量的比率逐漸 變小。
在圖7所示的滴形成過程中，帶狀部實際上為壓力脈沖從墨室10向第 一團的傳播形成了動態(tài)拉長的自由表面流體引導部或傳輸線。這些壓力脈 沖使其余團沿傳輸線朝第 一 團前進。
因為流體引導部的表面也是流體的表面，所以流體引導部是"自由表 面，，流體引導部，因此，流體引導部由形成帶狀部的墨的表面張力保持在 一起。因此，墨的表面張力越大，流體引導部可維持得越長，并且后續(xù)團 沿著引導部前進以與領先的團合并的時間就越多。
以上描述了本發(fā)明及其優(yōu)選實施方式，其新穎性和要求專利保護的內(nèi) 容見權利要求。
權利要求
1、一種使墨從噴墨打印機的墨室噴出的方法，該方法包括使第一團墨從所述墨室排出；在經(jīng)過選定間隔后，使第二團墨從所述墨室排出；其中，所述間隔選定為大于所述室的基本共振頻率的倒數(shù)，并且所述間隔選定為使所述第一團在所述第二團被排出時與所述墨室中的墨保持接觸。
2、 如權利要求l所述的方法，其中，使所述第二團噴出包括向所述第 二團施加大于所述第一團的速度的速度。
3、 如權利要求1所述的方法，其中，還包括在經(jīng)過所述選定間隔后， 使第三團墨從所述墨室排出。
4、 如權利要求3所述的方法，其中，使第三團墨排出包括向所述第三 團施加大于所述第二團的速度的速度。
5、 如權利要求l所述的方法，其中，還包括將所述間隔選定為約15 微秒到16微秒之間。
6、 如權利要求l所述的方法，其中，還包括使所述第一團和第二團具有第一動量和第二動量，所述第一動量和第二動量選定為使包含所述第 一團和第二團的墨滴的滴壽命等于由單團墨形成的墨滴的滴壽命。
7、 如權利要求l所述的方法，其中，使第一團墨和第二團墨排出包括 從預定的噴射脈沖模板中選擇噴射脈沖的組合。
8、 如權利要求4所述的方法，其中,還包括使所述第一團、第二團 和第三團具有相應的第一動量、第二動量和第三動量，所述第一動量、第 二動量和第三動量選定為使包含所述第 一 團、第二團和第三團的墨滴的滴 壽命等于由兩團墨形成的墨滴的滴壽命。
9、 一種使墨從噴墨打印機頭的墨室噴出的方法，該方法包括 確定生成具有選定滴尺寸的墨滴所需的墨團的第 一數(shù)量； 排出墨以形成長度隨時間而增加的自由表面流體引導部，所述自由表面流體引導部在所述墨室中的墨與移動遠離噴孔的領先墨團之間延伸；使一組跟隨墨團沿所迷自由表面流體引導部朝所述領先團前進，所述 一組跟隨團的團數(shù)比所述第一數(shù)量少一個，這些團被大于所述墨室的基本共振頻率的倒數(shù)的間隔暫時分開。
10、 如權利要求9所述的方法，其中，使一組跟隨墨團沿所述自由表面流體引導部前進的步驟包括使所述跟隨團以大于所述領先團的速度的速 度前進。
11、 一種機器可讀介質(zhì)，在該介質(zhì)上編碼有使墨從噴墨打印機的墨室噴出的軟件，所述軟件包括以下指令使第 一 團墨從所述墨室排出；在經(jīng)過選定間隔后，使第二團墨從所述墨室排出；其中，所述間隔選定為大于所述室的基本共振頻率的倒數(shù)，并且所述 間隔選定為使所述第 一 團在所述第二團被排出時與所述墨室中的墨保持接 觸。
12、 如權利要求11所述的機器可讀介質(zhì)，其中，用于使所述第二團噴 出的指令包括以下指令向所述第二團施加大于所述第一團的速度的速度。
13、 如權利要求11所述的機器可讀介質(zhì)，其中，所述軟件還包括以下 指令在經(jīng)過選定間隔后，使第三團墨從所述墨室排出。
14、 如權利要求13所述的機器可讀介質(zhì)，其中，用于使所述第三團墨 排出的指令包括以下指令向所述第三團施加大于所述第二團的速度的速 度。
15、 如權利要求11所述的機器可讀介質(zhì)，其中，所述軟件還包括以下 指令將所述間隔選擇為約15微秒到16微秒之間。
16、 如權利要求11所迷的機器可讀介質(zhì)，其中，所述軟件還包括以下 指令使所述第一團和第二團具有第一動量和第二動量，所述第一動量和 第二動量選定為使包含所述第一團和第二團的墨滴的滴壽命等于由單團墨 形成的墨滴的滴壽命。
17、 如權利要求11所述的機器可讀介質(zhì)，其中，用于使第一墨團和第 二墨團排出的指令包括以下指令從預定的噴射脈沖模板中選擇噴射脈沖 的組合。
18、 如權利要求14所述的機器可讀介質(zhì)，其中，所述軟件還包括以下 指令使所述第一團、第二團和第三團具有相應的第一動量、第二動量和 第三動量，所述第一動量、第二動量和第三動量選定為使包含所述第一團、 第二團和第三團的墨滴的滴壽命等于由兩團墨形成的墨滴的滴壽命。
19、 一種機器可讀介質(zhì)，在該介質(zhì)上編碼有使墨從噴墨打印機頭的墨 室噴出的軟件，所述軟件包括以下指令確定生成具有選定滴尺寸的墨滴所需的墨團的第 一數(shù)量；排出墨以形成長度隨時間而增加的自由表面流體引導部，所述自由表面流體引導部在所述墨室中的墨與移動遠離噴孔的領先墨團之間延伸；使一組跟隨墨團沿所述自由表面流體引導部朝所述領先團前進，所述一組跟隨團的團數(shù)比所述第一數(shù)量少一個，這些團被大于所述墨室的基本共振頻率的倒數(shù)的間隔暫時分開。
20、 如權利要求19所述的機器可讀介質(zhì)，其中，使一組跟隨墨團沿所 述自由表面流體引導部前進的指令包括以下指令使所述跟隨團以大于所 述領先團的速度的速度前進。
21、 一種用于噴墨打印機的壓電打印頭，所述打印頭包括 限定出墨室的壁；與所述墨室機械連通的壓電致動器；用于控制所述壓電致動器的控制器，所述控制器配置成使所述壓電致 動器完成以下動作從所述墨室排出第一團墨，并且在經(jīng)過選定間隔后， 從所述墨室排出第二團墨，其中，所述間隔選定為大于所述室的基本共振頻率的倒數(shù)，并且所述 間隔選定為使所述第 一 團在所述第二團被排出時與所述墨室中的墨保持接
全文摘要
一種使墨從噴墨打印機的墨室噴出的方法，包括使第一團墨從墨室排出；并且在經(jīng)過選定間隔后，使第二團墨從墨室排出。所述間隔選定為大于所述室的基本共振頻率的倒數(shù)，并且選定為使所述第一團在所述第二團被排出時與所述墨室中的墨保持接觸。
文檔編號B41J2/045GK101622133SQ200880006806
公開日2010年1月6日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權日2007年1月11日
發(fā)明者威廉·萊滕德里, 羅伯特·哈森貝因, 迪恩·A·加德納 申請人:富士膠卷迪馬蒂克斯股份有限公司