壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法,通過向噴墨頭的壓電元件施加預(yù)設(shè)頻率的驅(qū)動(dòng)電壓,振動(dòng)板變形使各壓力腔室的墨水噴出,每個(gè)噴墨周期至少包括:第一時(shí)間段內(nèi),向壓電元件施加不斷上升的驅(qū)動(dòng)電壓,振動(dòng)板變形,壓力腔室的容積增大;第二時(shí)間段內(nèi),保持壓電元件上的驅(qū)動(dòng)電壓不變,振動(dòng)板不動(dòng),各壓力腔室容積不變;第三時(shí)間段內(nèi),壓電元件上的驅(qū)動(dòng)電壓不斷降低,振動(dòng)板產(chǎn)生與第一時(shí)間段中反方向的變形,壓力腔室容積減??;第三時(shí)間段內(nèi),振動(dòng)板的振動(dòng)頻率與壓力腔室的固有頻率一致,且第一時(shí)間段小于或者等于第三時(shí)間段。本發(fā)明提供的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法,能使壓力腔室內(nèi)的聲壓波與所在的腔室形成共振,增大噴墨能量,提高噴墨速度。
【專利說明】壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及打印技術(shù),尤其涉及一種壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中,壓電式噴墨打印機(jī)的打印過程是通過將特定的驅(qū)動(dòng)電壓施加到壓電元件上,致使壓電元件產(chǎn)生應(yīng)力作用在振動(dòng)板上,使振動(dòng)板產(chǎn)生形變,進(jìn)而導(dǎo)致壓力腔室壓縮或者膨脹,壓力腔室的膨脹和收縮導(dǎo)致墨水在壓力腔室內(nèi)的波動(dòng),當(dāng)壓力腔室的形變達(dá)到特定值時(shí),墨水被從噴墨口噴出,噴射到打印介質(zhì)上形成打印圖像,如此重復(fù),振動(dòng)板產(chǎn)生周期性的振動(dòng)變形,壓力腔室內(nèi)的墨水在壓力腔室內(nèi)周期性的波動(dòng)并從噴墨口噴出。
[0003]隨著打印效果需求的提高,打印分辨率也大大提高,對(duì)于打印機(jī)而言,提高打印分辨率最為可行的方法是提高打印頭噴嘴密度。
[0004]但現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是,打印頭尺寸往往不能太大,因此在一定尺寸的打印頭上增加噴嘴密度,就導(dǎo)致了單個(gè)噴嘴對(duì)應(yīng)腔室尺寸減小,所以每個(gè)單元上所采用的壓電材料尺寸也相對(duì)減小,這也導(dǎo)致了打印能量不足,單次打印不能噴射足夠的墨水,所以打印速度也會(huì)大大降低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明提供一種壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法,能使壓力腔室內(nèi)有較大的能量噴射墨水,利于提聞打印速度。
[0006]本發(fā)明提供一種壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法,通過向噴墨頭的壓電元件施加預(yù)設(shè)頻率的驅(qū)動(dòng)電壓,以便所述噴墨頭的振動(dòng)板振動(dòng)變形使各壓力腔室的墨水噴出,每個(gè)噴墨周期至少包括連續(xù)的如下步驟:
[0007]第一時(shí)間段內(nèi),向所述壓電元件施加不斷上升的驅(qū)動(dòng)電壓,以便所述振動(dòng)板變形,各所述壓力腔室的容積增大;
[0008]第二時(shí)間段內(nèi),保持所述壓電元件上的驅(qū)動(dòng)電壓不變,所述振動(dòng)板保持不動(dòng),各所述壓力腔室的容積不變;
[0009]第三時(shí)間段內(nèi),使施加在所述壓電元件上的驅(qū)動(dòng)電壓不斷降低,以便所述振動(dòng)板產(chǎn)生與所述第一時(shí)間段中反方向的變形,各所述壓力腔室的容積減??;
[0010]其中,所述第三時(shí)間段內(nèi),所述振動(dòng)板的振動(dòng)頻率與所述壓力腔室的固有頻率一致,且所述第一時(shí)間段小于或者等于所述第三時(shí)間段。
[0011]本發(fā)明提供的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法,第三時(shí)間段內(nèi),通過控制振動(dòng)板的振動(dòng)頻率與壓力腔室的固有頻率一致,使壓力腔室內(nèi)的聲壓波與所在的腔室形成共振,能夠增大噴墨能量,提高噴墨速度,從而提高打印速度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法的流程示意圖;[0013]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的壓電噴墨頭的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0014]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法中施加在壓電噴墨頭上的驅(qū)動(dòng)電壓的示意圖(V表示的是驅(qū)動(dòng)電壓的波形,X表示的是振動(dòng)板隨驅(qū)動(dòng)電壓的變形);
[0015]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法中各階段的壓力腔室的聲壓波示意圖;
[0016]圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法的流程示意圖;
[0017]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法中施加在壓電噴墨頭上的驅(qū)動(dòng)電壓的示意圖(V表示的是驅(qū)動(dòng)電壓的波形,X表示的是振動(dòng)板隨驅(qū)動(dòng)電壓的變形);
[0018]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法中各階段的壓力腔室的聲壓波示意圖;
[0019]圖8?圖13為各種試驗(yàn)條件下,Tl和T3的差值與噴孔內(nèi)墨滴速度之間的關(guān)系曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明實(shí)施例提供一種壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法,通過向噴墨頭的壓電元件施加預(yù)設(shè)頻率的驅(qū)動(dòng)電壓,以便所述噴墨頭的振動(dòng)板變形使各壓力腔室的墨水能夠噴出,其中,如圖1所示,每個(gè)噴墨周期至少包括連續(xù)的如下步驟:
[0021]101、第一時(shí)間段內(nèi),向壓電元件施加不斷上升的驅(qū)動(dòng)電壓,以便振動(dòng)板變形,各壓力腔室的容積增大;
[0022]102、第二時(shí)間段內(nèi),保持壓電元件上的驅(qū)動(dòng)電壓不變,振動(dòng)板保持不動(dòng),各壓力腔室的容積不變;
[0023]103、第三時(shí)間段內(nèi),使施加在壓電元件上的驅(qū)動(dòng)電壓不斷降低,以便振動(dòng)板產(chǎn)生與第一時(shí)間段中反方向的變形,各壓力腔室的容積減小;
[0024]其中,第三時(shí)間段內(nèi)振動(dòng)板的振動(dòng)頻率與壓力腔室的頻率一致,且第一時(shí)間段小于或者等于第三時(shí)間段。
[0025]本實(shí)施例中,因振動(dòng)板振動(dòng)變形,壓力腔室的容積壓縮或者膨脹,因此壓力腔室內(nèi)產(chǎn)生聲壓波,聲壓推動(dòng)墨水介質(zhì)在壓力腔室內(nèi)不斷運(yùn)動(dòng),在聲壓到達(dá)一定程度時(shí),可將墨水從噴孔中頂出,其中,在聲壓波的頻率與壓力腔室的固有頻率一致時(shí),本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解,壓力腔室的聲壓波與所在的壓力腔室產(chǎn)生共振時(shí),聲壓波的波幅最大,可使墨水噴出噴孔的能量最大,能夠提聞噴墨速度。
[0026]下面以圖2所示的壓電噴墨頭為例,對(duì)用本實(shí)施例提供的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法控制噴墨頭進(jìn)行噴墨的過程及能夠達(dá)到的效果進(jìn)行具體說明。
[0027]如圖2所示,該噴墨頭中設(shè)置有多個(gè)壓力腔室1,設(shè)置在壓力腔室I下方的噴嘴板2,該噴嘴板2上設(shè)置有噴墨用的噴孔3,每個(gè)壓力腔室I對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)噴孔3,且與對(duì)應(yīng)的噴孔3連通(由于圖為剖視圖,圖中僅示出一個(gè)壓力腔室I及一個(gè)噴孔3),與各壓力腔室I共同連通設(shè)置有進(jìn)墨通道4,各壓力腔室I上方設(shè)置有振動(dòng)板5及振動(dòng)板5上面的壓電元件6,當(dāng)對(duì)壓電元件6施加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí),振動(dòng)板5振動(dòng)變形,壓力腔室的容積發(fā)生變化,從而墨滴噴出。用本發(fā)明提供的驅(qū)動(dòng)控制方法對(duì)壓電元件6施加如圖3所示的驅(qū)動(dòng)電壓,噴墨頭的驅(qū)動(dòng)過程為:[0028]第一時(shí)間段Tl內(nèi),向壓電元件6施加不斷增加的電壓,壓電元件6產(chǎn)生持續(xù)增加的應(yīng)力作用到振動(dòng)板5上,使振動(dòng)板5發(fā)生形變,在Tl時(shí)間段內(nèi),驅(qū)動(dòng)電壓的值上升到VI,這時(shí),振動(dòng)板5發(fā)生的最大形變?yōu)閄I,且振動(dòng)板5向遠(yuǎn)離噴孔3的方向移動(dòng),壓力腔室I內(nèi)的容積不斷增大,此時(shí),如圖4所示,壓力腔室I內(nèi)產(chǎn)生一定的聲壓波,該聲壓波包括沿壓力腔室I的內(nèi)壁向供墨通道4傳播的聲壓波Pl及向噴孔3方向傳播的聲壓波P2。
[0029]第二時(shí)間段T2,保持壓電元件6上的驅(qū)動(dòng)電壓固定不變,在時(shí)間段T2內(nèi),持續(xù)對(duì)壓電兀件6施加電壓值為Vl的電壓,壓電兀件6產(chǎn)生的應(yīng)力持續(xù)作用在振動(dòng)板5上,振動(dòng)板5靜止不動(dòng),保持形變Xl的形變,此時(shí),如圖4所示,壓力腔室I內(nèi)不產(chǎn)生新的聲壓波,在第一時(shí)間段Tl內(nèi)產(chǎn)生的聲壓波Pl繼續(xù)向供墨通道4方向傳播,當(dāng)聲壓波Pl到達(dá)供墨通道4位置發(fā)生反射后,聲壓波Pl反方向傳播,并且振動(dòng)方向與原方向也相反,而向噴孔3方向傳播的聲壓波P2,由于聲壓波P2的聲壓強(qiáng)度有限,因此聲壓波P2不能使墨水從噴孔3噴出。
[0030]第三時(shí)間段T3,施加在壓電元件6上的電壓不斷下降,在T3時(shí)間段內(nèi),驅(qū)動(dòng)電壓從Vl逐漸降低,本實(shí)施例中的驅(qū)動(dòng)電壓逐漸降低包括電壓降低到零再繼續(xù)降低到負(fù)向電壓的情形,振動(dòng)板5產(chǎn)生與第一時(shí)間段Tl內(nèi)反方向的變形,即振動(dòng)板5向噴孔3的方向移動(dòng),使壓力腔室I的容積減小。此時(shí),如圖4所示,在壓力腔室I內(nèi)產(chǎn)生新的聲壓波,該聲壓波包括向噴孔3傳播的聲壓波P3及向供墨腔室4傳播的聲壓波P4,由于振動(dòng)板5向靠近噴孔3的方向移動(dòng),壓力腔室I的容積減小,因此,聲壓波P3及聲壓波P4的振動(dòng)方向與第一時(shí)間段Tl內(nèi)產(chǎn)生的聲壓波相反,此時(shí),反射后的聲壓波Pl與聲壓波P3的傳播方向相同,兩者疊加形成新的聲壓波P5,當(dāng)聲壓波P5傳播到噴孔3時(shí),聲壓波P5將壓力腔室I內(nèi)的墨水從噴孔3中頂出。
[0031]本實(shí)施例中,在第三時(shí)間段內(nèi)控制振動(dòng)板5的振動(dòng)頻率與壓力腔室I的固有頻率一致,同時(shí)使第一時(shí)間段小于或者等于第三時(shí)間段,這樣,壓力腔室內(nèi)產(chǎn)生較大的波能將墨水從噴孔中噴出,具體理由是:
[0032]如圖4所示,在第三時(shí)間段T3內(nèi),聲壓波P3與反射回來的聲壓波Pl傳播方向相同,均是朝向噴孔3的方向傳播,此時(shí),聲壓波P3與聲壓波Pl疊加形成新的聲壓波P5,聲壓波P5到達(dá)噴孔3時(shí),可推動(dòng)墨水從噴孔3中噴出。為使聲壓波P5的能量增大,可使聲壓波P5與壓力腔室I的固有頻率達(dá)到一致,形成共振,因此,需要使聲壓波P5的頻率與聲壓波P3的頻率一致,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解,多個(gè)波的疊加所生成的新波頻率與該多個(gè)波中頻率低的波一致,因此,要使聲壓波P5的頻率與聲壓波P3的頻率一致(即與壓力腔室I的共振頻率一致,形成共振),則要使聲壓波P3的頻率小于或者等于聲壓波Pl的頻率,那么疊加形成的聲壓波P5與壓力腔室I產(chǎn)生共振,聲壓波P5的波幅增大,當(dāng)聲壓波P5傳播到噴孔3時(shí),聲壓波P5有足夠的能量將壓力腔室I內(nèi)的墨水從噴孔噴出,噴孔內(nèi)墨水的速度較大,可提高打印速度。
[0033]因此,本實(shí)施中控制第一時(shí)間段Tl小于或者等于第三時(shí)間段T3,使第一時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的聲壓波Pl的頻率大于或者等于第三時(shí)間段T3內(nèi)產(chǎn)生的聲壓波P3的頻率,那么疊加生成的聲壓波P5的頻率與聲壓波P3的頻率相同,同時(shí)控制第三時(shí)間段內(nèi)振動(dòng)板的振動(dòng)頻率(同聲壓波P3的頻率)與壓力腔室I的固有頻率一致,可使壓力腔室內(nèi)有較大的能量使墨水噴出,墨水的噴墨速度較高。
[0034]本實(shí)施例中,為使聲壓波P5與壓力腔室I的固有頻率一致,在向噴墨頭的壓電元件6施加預(yù)設(shè)頻率的驅(qū)動(dòng)電壓之前,還包括:獲取所述壓力腔室I的固有頻率,其中,壓力腔室I固有頻率的獲得可通過計(jì)算或?qū)嶒?yàn)得到。
[0035]本實(shí)施例中,壓電噴墨頭在每個(gè)噴墨周期中,驅(qū)動(dòng)電壓形成的波形為梯形波,即電壓的上升階段為一定斜率的直線上升狀態(tài),而電壓的下降階段為一定負(fù)斜率的直線下降狀態(tài),由此形成梯形波,當(dāng)然,本發(fā)明中的驅(qū)動(dòng)電壓不限于梯形波,也可為正弦波等,只要驅(qū)動(dòng)電壓在上升階段為不斷上升的,下降階段是不斷下降的皆可。
[0036]本發(fā)明另一實(shí)施例還提供一種壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法,該方法中,如圖5所示,每個(gè)噴墨周期中除包括有上述實(shí)施例中的三個(gè)步驟外,還包括:
[0037]104、第四時(shí)間段內(nèi),保持壓電元件上的驅(qū)動(dòng)電壓不變,以便振動(dòng)板保持不動(dòng),各所述壓力腔室的容積不變;
[0038]在經(jīng)過電壓下降的第三時(shí)間段T3后,壓電元件上的電壓值下降為V2,在第四時(shí)間段T4內(nèi),保持壓電元件上的電壓值V2不變,(結(jié)合圖2中的噴墨頭結(jié)構(gòu))振動(dòng)板5靜止不動(dòng),保持第三時(shí)間段T3內(nèi)所產(chǎn)生的變形,即圖6中X2的形變狀態(tài),壓力腔室I的容積不變,此時(shí),如圖7所示,在壓力腔室I內(nèi)沒有產(chǎn)生新的聲壓波,而在T3階段內(nèi)產(chǎn)生的聲壓波P4沿壓力腔室I向供墨通道4傳播,并在供墨通道4處發(fā)生反射向噴孔3的方向傳播,并且改變?cè)械恼駝?dòng)方向,同時(shí),由于振動(dòng)板5靜止不動(dòng),噴孔3處的液面在第四時(shí)間段內(nèi)逐漸趨于穩(wěn)定。
[0039]105、第五時(shí)間段內(nèi),壓電元件上的驅(qū)動(dòng)電壓不斷上升,以便振動(dòng)板產(chǎn)生與上述第一時(shí)間段中相同方向的變形,各壓力腔室的容積增大,以使噴墨用的噴孔處的液面向噴孔內(nèi)收縮。
[0040]如圖6所示,在電壓保持階段(第四時(shí)間段T4)之后,再向壓電元件6施加不斷上升的電壓,振動(dòng)板5發(fā)生上述第一時(shí)間段Tl中相同方向的變形,振動(dòng)板5向遠(yuǎn)離噴孔3的方向移動(dòng),壓力腔室I的容積增大,此時(shí),如圖7所示,在壓力腔室I內(nèi)產(chǎn)生新的向噴孔3方向傳播的聲壓波P6,在時(shí)間段T4內(nèi)反射的聲壓波P4與聲壓波P6的振動(dòng)方向相同,聲壓波P4與聲壓波P6疊加形成新的聲壓波P7,聲壓波P7能使噴孔3中的墨水液面向噴孔3內(nèi)收縮,至此,噴墨頭完成一個(gè)噴墨周期,然后進(jìn)入下一個(gè)噴墨周期,如此循環(huán)完成打印。
[0041]用本發(fā)明實(shí)施例提供的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法來控制噴墨頭進(jìn)行噴墨,由于壓力腔室內(nèi)推動(dòng)墨水噴出的聲壓波與壓力腔室產(chǎn)生共振,從而聲壓波的能量增大,墨水的噴墨速度提聞,從而打印速度提聞。
[0042]下面是在一定條件下通過試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù):
[0043]圖8為第一種試驗(yàn)條件下,Tl和T3的差值與噴孔內(nèi)墨滴的速度之間的關(guān)系曲線圖,其中,所使用的噴墨頭振動(dòng)板5寬度為150微米,長(zhǎng)度為800微米,腔室高速為110微米,壓電元件6中壓電材料層厚度為I微米,其中振動(dòng)板材料為二氧化硅,腔室為su-8環(huán)氧樹月旨,當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓最高值為15伏時(shí),隨著Tl與T3差值的增加噴孔內(nèi)墨滴速度逐漸減小,尤其在Tl大于T3的情況下,墨滴速度較低,而在Tl小于等于T3的情況下,噴墨速度較高。
[0044]圖9為第二種試驗(yàn)條件下,Tl和T3的差值與噴孔內(nèi)墨滴的速度之間的關(guān)系曲線圖,其中,所使用的噴墨頭與圖8中的相同,不同的是,所使用的驅(qū)動(dòng)電壓最高值為5伏,由圖中可看出,隨著Tl與T3差值的增加噴孔內(nèi)墨滴速度逐漸減小,打印速度降低。
[0045]同樣的,圖10、圖11、圖12及圖13均為各種試驗(yàn)條件下得到的Tl和T3的差值與噴孔內(nèi)墨滴的速度之間的關(guān)系曲線圖,從這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)均可得出,在Tl大于T3的情況下,墨滴速度較低,而在Tl小于等于T3的情況下,噴墨速度較高,試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論關(guān)系相符合。
[0046]最后應(yīng)說明的是:以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對(duì)其限制;盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改,或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者替換,并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法,通過向噴墨頭的壓電元件施加預(yù)設(shè)頻率的驅(qū)動(dòng)電壓,以便所述噴墨頭的振動(dòng)板振動(dòng)變形使各壓力腔室的墨水噴出,其特征在于,每個(gè)噴墨周期至少包括連續(xù)的如下步驟: 第一時(shí)間段內(nèi),向所述壓電元件施加不斷上升的驅(qū)動(dòng)電壓,以便所述振動(dòng)板變形,各所述壓力腔室的容積增大; 第二時(shí)間段內(nèi),保持所述壓電元件上的驅(qū)動(dòng)電壓不變,所述振動(dòng)板保持不動(dòng),各所述壓力腔室的容積不變; 第三時(shí)間段內(nèi),使施加在所述壓電元件上的驅(qū)動(dòng)電壓不斷降低,以便所述振動(dòng)板產(chǎn)生與所述第一時(shí)間段中反方向的變形,各所述壓力腔室的容積減??; 其中,所述第三時(shí)間段內(nèi),所述振動(dòng)板的振動(dòng)頻率與所述壓力腔室的固有頻率一致,且所述第一時(shí)間段小于或者等于所述第三時(shí)間段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法,其特征在于,在向噴墨頭的壓電元件施加預(yù)設(shè)頻率的驅(qū)動(dòng)電壓之前,還包括: 獲取所述壓力腔室的頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法,其特征在于,每個(gè)所述噴墨周期中,在所述第三時(shí)間段之后,還包括: 第四時(shí)間段內(nèi),保持所述壓電元件上的驅(qū)動(dòng)電壓不變,所述振動(dòng)板保持不動(dòng),各所述壓力腔室的容積不變; 第五時(shí)間段內(nèi),施加在所述壓電元件上的驅(qū)動(dòng)電壓不斷上升,以便所述振動(dòng)板產(chǎn)生與所述第一時(shí)間段中相同方向的變形,各所述壓力腔室的容積增大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的壓電噴墨頭驅(qū)動(dòng)控制方法,其特征在于,在每個(gè)噴墨周期,所述驅(qū)動(dòng)電壓的波形為梯形波。
【文檔編號(hào)】B41J2/07GK103770467SQ201410032924
【公開日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2014年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月23日
【發(fā)明者】佟鑫, 陳曉坤 申請(qǐng)人:珠海納思達(dá)企業(yè)管理有限公司