專利名稱：液滴淀積設(shè)備的操作的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及脈動(dòng)液滴淀積設(shè)備的操作方法，尤其涉及噴墨打印頭的操作方法，該噴墨打印頭包括一個(gè)并排設(shè)置的平行通道陣列；一列分別與所述通道連通、用于噴射液滴的噴嘴；用于使所述通道與液滴流體源連接的連接裝置；和用于從所選擇的通道噴射液滴的電激勵(lì)裝置。
在例如WO95/25011，US-A-5 227 813和EP-A-0 422 870(這些文件在此引作參考)中已公開了這種設(shè)備，其中，通道被沿通道縱向伸展的側(cè)壁相互隔開，通道可根據(jù)激勵(lì)信號(hào)排出液體。電激勵(lì)裝置通常至少包括一些側(cè)壁中的壓電材料。
上述的最后一個(gè)文件中提出了“多脈沖灰度打印”的概念在短時(shí)間周期內(nèi)從單個(gè)通道發(fā)射可變量的墨液滴，該墨液滴溶合(在飛行中和/或在紙上)、從而在紙上形成相應(yīng)可變尺寸的打印點(diǎn)。

圖1取自上述EP-A-0 422 870，它用圖表形式表示從十個(gè)相鄰打印通道所噴射液滴的液滴噴射變化數(shù)量(64，60，55，40，等)。任一通道所噴射連續(xù)液滴的固定間隔表示連續(xù)液滴的噴射速度是恒定的。還應(yīng)注意，這一間隔對(duì)于噴射高數(shù)量液滴的通道與噴射低數(shù)量液滴的通道是相同的。
在試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)某些特性與EP-A-0 422 870所述的不同。
第一個(gè)發(fā)現(xiàn)是從所給通道噴射的第一液滴被空氣阻力減慢，并可發(fā)現(xiàn)第一液滴被在其滑流中運(yùn)動(dòng)的后續(xù)噴射液滴從后面碰撞，因而減小了空氣阻力。之后，第一和后續(xù)液滴溶合成單個(gè)大液滴。
第二個(gè)發(fā)現(xiàn)是這種單個(gè)大液滴的速度將根據(jù)從所給通道一次噴射液滴的總數(shù)量而變化。這是不希望的狀態(tài)眾所周知，液滴速度變化導(dǎo)致點(diǎn)位置錯(cuò)誤。
第三個(gè)發(fā)現(xiàn)涉及例如EP-A-0 376 532所述的打印頭的三周期操作，其中，打印頭中的連續(xù)通道交替地分配給三組之一。每一組依次啟動(dòng)，根據(jù)上述的輸入打印數(shù)據(jù)使被啟動(dòng)的通道噴射一個(gè)或多個(gè)液滴。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，溶合這種液滴形成的單個(gè)大液滴的速度將根據(jù)同一組中的相鄰?fù)ǖ朗欠癖徊僮?即，3個(gè)通道的1個(gè))或同一組中只有隔一個(gè)的通道是否被操作(即，6個(gè)通道的1個(gè))而變化。
這些發(fā)現(xiàn)示于圖2，圖2表示汲取增強(qiáng)釋放(DRR)激勵(lì)波形總持續(xù)時(shí)間T與撞擊該紙的第一液滴的速度U(該液滴可以是單個(gè)液滴或是由數(shù)個(gè)溶合液滴構(gòu)成的大液滴)。這種在已有技術(shù)中熟知的波形示于圖3A，初始時(shí)將打印頭通道設(shè)置為膨脹狀態(tài)(“汲取”，如E)，而后轉(zhuǎn)換到壓縮狀態(tài)(“增強(qiáng)”，如RF)，再將該通道“釋放”(如RL)返回到其原始狀態(tài)。如圖3A所示，用于得到圖2的波形的汲取和增強(qiáng)周期是相等地，并具有40V的峰-峰振幅(但這不是必需的情況)。每一個(gè)波形重復(fù)產(chǎn)生一個(gè)液滴噴射，且如圖3B所示，波形可以直接連續(xù)地重復(fù)數(shù)次，以便噴射若干液滴(“每點(diǎn)的液滴”或“dpd”)并在紙上形成相應(yīng)尺寸的點(diǎn)。評(píng)價(jià)這個(gè)被重復(fù)的步驟以便每次啟動(dòng)屬于該組的每個(gè)通道，并且評(píng)價(jià)打印點(diǎn)所需輸入的打印數(shù)據(jù)。在用于得到圖2所示數(shù)據(jù)的試驗(yàn)中，通道重復(fù)地啟動(dòng)，點(diǎn)以60Hz的頻率打印。
顯然，如果只用一組中的交替通道發(fā)射(6個(gè)中的1個(gè)操作)，應(yīng)用持續(xù)時(shí)間約4.5μs的單個(gè)DRR波形(發(fā)射單個(gè)液滴，即1dpd)將產(chǎn)生約12m/s(每秒)的速度，而如果一組中的每個(gè)通道發(fā)射(3個(gè)中的1個(gè)操作)，則速度約14m/s。速度在液滴撞擊紙之前的瞬間測(cè)量，撞擊之后產(chǎn)生各種溶合。但是，連續(xù)使用相同的波形七次(7dpd)，以在“3個(gè)中的1個(gè)”操作時(shí)產(chǎn)生約37m/s的速度，在“6個(gè)中的1個(gè)”操作時(shí)產(chǎn)生25m/s的速度。
如此大的速度偏差將導(dǎo)致顯著的點(diǎn)位置誤差。至少在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明的目的是當(dāng)上述新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)避免這種點(diǎn)位置誤差。
因此，本發(fā)明的第一方面是提供一個(gè)在基片上進(jìn)行打印的噴墨打印頭的操作方法，該打印頭具有一個(gè)通道陣列；一列分別與所述通道連通、用于噴射液滴的噴嘴；連接裝置，用于使所述通道與墨源連接；和電激勵(lì)裝置，它與各通道相關(guān)聯(lián)、并根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次激勵(lì)，從而噴射相應(yīng)數(shù)量的液滴，以便在所述基片上形成適宜色調(diào)的打印點(diǎn)；該方法步驟包括根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)給與通道相關(guān)的電激勵(lì)裝置施加一個(gè)或多個(gè)電信號(hào)，所選各信號(hào)的持續(xù)時(shí)間使得相應(yīng)噴射液滴的速度基本與下述兩項(xiàng)無(wú)關(guān)(a)所述被選通道鄰近的通道是否在從所述被選通道噴射液滴的同時(shí)被類似地激勵(lì)、以產(chǎn)生液滴噴射，(b)根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)所噴射的液滴數(shù)量。
本發(fā)明第一方面的優(yōu)選實(shí)施例在所附權(quán)利要求書和說(shuō)明書中描述。本發(fā)明還包括用于根據(jù)這些權(quán)利要求進(jìn)行操作的液滴淀積設(shè)備和驅(qū)動(dòng)電路裝置。
于是，基于權(quán)利要求書可發(fā)現(xiàn)整個(gè)波形持續(xù)時(shí)間T的某些有利值，在這些值處上述的速度偏差顯著減小。在圖2的狀態(tài)中可知，使用約3.8μs持續(xù)時(shí)間的波形操作打印頭，則不論一次發(fā)射的液滴數(shù)量或同組中相鄰?fù)ǖ赖陌l(fā)射/非發(fā)射狀態(tài)如何，速度都將恒定在約12m/s。類似地，用約7.5μs或更長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間的波形操作打印頭，雖然可得到僅有4m/s的恒定速度，但這是不必要的。
使用上述WO95/25011中公開的打印頭可得到圖2，并具有閉合通道長(zhǎng)度與油墨中壓縮波速度的比率(L/c)約2μs。如從WO97/18952所知，這個(gè)比例基本與油墨中壓縮波通過(guò)閉合通道長(zhǎng)度所用的時(shí)間、即通道中縱向壓縮波振動(dòng)周期的一半相對(duì)應(yīng)。這產(chǎn)生在“3個(gè)中的1個(gè)/1dpd”軌跡中，該軌跡在T(＝4μs)處具有共振峰，在該軌跡中，啟動(dòng)波形的壓縮和膨脹單元每個(gè)為2μs持續(xù)時(shí)間。于是，L/c所表示的項(xiàng)，上述的有利值的值分別是1.9L/c和＞3.75L/c。
應(yīng)注意，在2μs處，這個(gè)持續(xù)時(shí)間明顯比在所謂“雙重”打印的任何一個(gè)液滴噴射周期中、噴射單個(gè)墨滴所需的類似打印頭中所用的持續(xù)時(shí)間短，其中，在“雙重”打印中，需要較長(zhǎng)的通道長(zhǎng)度以達(dá)到所需的較大液滴量。最大液滴噴射頻率中的相應(yīng)減少可借助這樣的事實(shí)抵消，該事實(shí)是只需噴射一個(gè)而不是多個(gè)液滴以形成基片上的打印點(diǎn)。相反地，由多個(gè)液滴形成打印點(diǎn)的“多脈沖灰度”操作通常要求打印頭中通道內(nèi)縱向壓縮波的振動(dòng)半周期不超過(guò)5μs、優(yōu)選的不超過(guò)2.5μs，以便具有足夠高的重復(fù)頻率、并具有足夠低的液滴量。
當(dāng)上述波形持續(xù)時(shí)間的有利值隨著打印頭設(shè)計(jì)、激勵(lì)波形、和點(diǎn)打印頻率變化時(shí)，確定它們的方式、即根據(jù)圖2所示曲線確定它們的方式將保持相同。相對(duì)激勵(lì)波形持續(xù)時(shí)間值T的變化，根據(jù)對(duì)以已知速度移動(dòng)的噴射液滴在基片上的著陸位置的分析、或通過(guò)在顯微鏡下頻閃地觀察液滴噴射可得到速度數(shù)據(jù)U。
圖4表示W(wǎng)O95/25011中公開的另一個(gè)打印頭得到的數(shù)據(jù)，該打印頭的L/c也等于2μs，并用圖3A的40V峰-峰DRR波形進(jìn)行激勵(lì)。圖4不僅示出1和7dpd操作的極端情況，而且也示出2、3、4、5、和6dpd的中間值，每個(gè)操作均以“3個(gè)中的1個(gè)”和“6個(gè)中的1個(gè)”模式發(fā)射。
按照這種設(shè)置，可出現(xiàn)T的有利值，在T的有利值處，分別與1.5、3.5、5.5、和7.5L/c相對(duì)應(yīng)并分別產(chǎn)生9、7、5、和7m/s區(qū)域中速度U的T＝3、7、11和15μs各點(diǎn)所產(chǎn)生的速度變動(dòng)最小。這些值的第一個(gè)值優(yōu)選用于實(shí)際的打印頭操作，不過(guò)由于較高的T值不但導(dǎo)致較低的液滴噴射速度、而且導(dǎo)致較長(zhǎng)的波形總持續(xù)時(shí)間，因而導(dǎo)致較低的點(diǎn)打印速度。作為可接受的打印質(zhì)量、即確?；洗蛴↑c(diǎn)的準(zhǔn)確位置，發(fā)現(xiàn)至少需使用5m/s的液滴噴射速度，優(yōu)選使用至少7m/s的液滴噴射速度。
圖5是從通常用于得到圖2的打印頭相對(duì)總波形持續(xù)時(shí)間T噴射的第一和第二液滴的速度(U1，U2)曲線。它無(wú)疑對(duì)圖2所示的曲線特性給出了一種解釋，即在某些T值，噴射的第二液滴的速度U2大于噴射的第一液滴的速度U1。因此，第二液滴從后面撞擊第一液滴，產(chǎn)生速度大于U1的較大的溶合液滴(由于動(dòng)量守恒)。這與圖2的“3個(gè)中的1個(gè)”/7dpd和“6個(gè)中的1個(gè)”/7dpd曲線中的速度峰相對(duì)應(yīng)。相反地，其它T值處的U1和U2基本相等，單個(gè)與多個(gè)噴射液滴之間的速度差減至最小。上述有利的操作點(diǎn)發(fā)生與在因“3個(gè)中的1個(gè)”操作與“6個(gè)中的1個(gè)”操作之間模式變化引起的最小速度變動(dòng)點(diǎn)相符合的變動(dòng)程度最小的位置。
類似在先前噴射液滴上的噴射速度的增加，在七液滴列的第三和后續(xù)液滴的噴射中已被看到?？梢哉J(rèn)為，這些特性與剩余在每個(gè)激勵(lì)波形端部處油墨通道中的聲能量的建立相對(duì)應(yīng)。還可以認(rèn)為，在上述的有利操作點(diǎn)，連續(xù)波形之間的相互作用對(duì)于消除這些剩余聲能量足夠大，因此連續(xù)液滴的噴射保持均勻的速度。
如上所述，圖3A所示的“DRR”波形不必具有持續(xù)時(shí)間和/或振幅相等的通道壓縮單元和膨脹單元。確切地說(shuō)，可以認(rèn)為波形壓縮單元的持續(xù)時(shí)間對(duì)于上述特性的影響可大于整個(gè)激勵(lì)波形持續(xù)時(shí)間對(duì)該特性的影響。
圖6表示增加峰-峰波形振幅(V)的壓縮周期持續(xù)時(shí)間(DR)產(chǎn)生的變化是達(dá)到5m/s液滴噴射速度(U)必需的。如圖2和4，打印頭是WO95/25011公開的打印頭，它具有在2L/c的通道中約4.4μs的壓縮波縱向振動(dòng)周期。2.5μs和4.5μs的壓縮周期持續(xù)時(shí)間的值被得到，波形振幅V的差值需依賴液滴發(fā)射方式。
在DR＝2.5μs的情況下，當(dāng)緊密連續(xù)地施加該波形七次時(shí)，只需要27伏的峰-峰波形振幅(V)，從而以多脈沖灰度打印模式從每三個(gè)通道中的一個(gè)通道(“三個(gè)中的一個(gè)”操作)噴射七個(gè)液滴(每點(diǎn)七個(gè)液滴(dpd))。而當(dāng)只施加該波形一次時(shí)，要達(dá)到相同的液滴噴射速度、V＝32伏的取值是必需的，以便從每六個(gè)通道中的一個(gè)通道(“6個(gè)中的一個(gè)”操作)噴射單個(gè)液滴(每點(diǎn)一個(gè)液滴(dpd))。
在實(shí)際操作中，基于液滴發(fā)射方式的波形幅值變化將要求復(fù)雜而昂貴的電子控制設(shè)備。而作為恒定波形振幅替代方案的簡(jiǎn)單便宜的電子控制設(shè)備將引起噴射液滴速度的變化，并產(chǎn)生如上所述的液滴位置誤差。
根據(jù)第二個(gè)方面，本發(fā)明提供一個(gè)在基片上進(jìn)行打印的噴墨打印頭的操作方法，該打印頭具有一個(gè)通道陣列；一列分別與所述通道連通、用于噴射液滴的噴嘴；連接裝置，用于使所述通道與墨源連接；和電激勵(lì)裝置，它與各通道相關(guān)聯(lián)、并根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次激勵(lì)，從而噴射相應(yīng)數(shù)量的液滴，以便在所述基片上形成適宜色調(diào)的打印點(diǎn)；該方法步驟包括根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)給與通道相關(guān)的電激勵(lì)裝置施加多個(gè)電信號(hào)，各電信號(hào)保持一個(gè)周期所給出的非零電平，該周期的持續(xù)時(shí)間使得相應(yīng)噴射液滴的速度基本與下述兩項(xiàng)無(wú)關(guān)(a)所述被選通道鄰近的通道是否在從所述被選通道噴射液滴的同時(shí)被類似地激勵(lì)、以產(chǎn)生液滴噴射，(b)根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)所噴射的液滴數(shù)量。
本發(fā)明的第二方面源于如下發(fā)現(xiàn)，在所提供的壓縮周期持續(xù)時(shí)間(DR)中的某些值處，不論液滴發(fā)射方式如何，液滴噴射速度基本保持恒定。不論操作方式如何，在這一數(shù)值范圍內(nèi)的操作都允許恒定振幅的波形被使用，因此沒(méi)有發(fā)生液滴位置誤差的風(fēng)險(xiǎn)。
本發(fā)明第二方面的實(shí)施例在所附的權(quán)利要求書和說(shuō)明書中予以描述。本發(fā)明還包括用于根據(jù)這些權(quán)利要求進(jìn)行操作的液滴淀積設(shè)備和驅(qū)動(dòng)電路裝置。
在圖6的情況下，例如，這種恒定特性發(fā)生在近似1.8μs≤DR≤2.2μs范圍(與約31.5伏電壓波形振幅相對(duì)應(yīng))內(nèi)，速度之間的接近一致特別在約2.2μs處達(dá)到，在3.0μs≤DR≤3.6μs范圍(與34-39伏范圍內(nèi)的電壓波形振幅相對(duì)應(yīng))內(nèi)，速度之間的接近一致特別在約3.4μs處達(dá)到。以振動(dòng)半周期L/c表達(dá)，這些范圍約為0.8L/c≤DR≤1.0L/c、特別是1L/c，以及1.4L/c≤DR≤1.6L/c、特別是1.5L/c。在非高范圍的低范圍中的操作給出一個(gè)較低的整體波形持續(xù)時(shí)間，該持續(xù)時(shí)間允許較高的波形重復(fù)頻率。用于1.8μs≤DR≤2.2μs范圍內(nèi)給定液滴速度的低操作電壓也相應(yīng)地在打印頭激勵(lì)器壁的壓電材料中產(chǎn)生較低的熱量。為此，優(yōu)選在該較低范圍進(jìn)行操作。
如圖6所示，顯然為實(shí)現(xiàn)恒定液滴噴射速度所得到的打印頭特性將包括從例如引作參考的WO92/12014中所知的諸如噴嘴和油墨入口阻抗的穩(wěn)定的流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。但該特性包括具有變動(dòng)波形振幅(V)的打印頭的壓電材料引起的油墨加熱變化所造成的粘度變化。在引作參考的WO97/35167中，對(duì)打印頭中油墨的壓電加熱作出了解釋，因此本文不再作具體地討論。
相反地，圖2和4所示的、用于得到恒定波形振幅(V)的打印頭特性將包括以改變流體動(dòng)態(tài)效應(yīng)為代價(jià)的穩(wěn)定的加熱效應(yīng)。但是可以理解，在不論操作方式如何、波形振幅和液滴噴射速度都保持恒定的本發(fā)明這些操作條件下，流體效應(yīng)和壓電加熱效應(yīng)也將保持恒定。因此，任一種特性都適于確定基于本發(fā)明的操作條件。
圖7表示用于得到圖6特性的激勵(lì)波形，縱座標(biāo)表示激勵(lì)電壓振幅，橫座標(biāo)表示歸一化時(shí)間?！癈”表示通道壓縮周期，它的持續(xù)時(shí)間(DR)被變化、以便得到圖6的特性。緊跟的是2DR持續(xù)時(shí)間的通道膨脹周期“X”，之后是0.5DR持續(xù)時(shí)間的周期“D”，在周期“D”中通道處于既不壓縮也不膨脹的靜止?fàn)顟B(tài)。靜止周期之后，可酌情重復(fù)該波形、以便再噴射液滴。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種波形在噴射多個(gè)液滴進(jìn)而在基片上形成單個(gè)可變尺寸點(diǎn)時(shí)特別有效，并且不會(huì)同時(shí)從相鄰?fù)ǖ酪霾幌Ｍ囊旱螄娚?所謂“意外噴射”)。
圖6及以下各圖可用在通道(2Lc)中具有約4.4μs的壓縮縱向振動(dòng)周期、25μm直徑的噴嘴出口的打印頭、和在WO96/24642中公開的碳?xì)浠衔镉湍玫?。其它參?shù)常用的，例如EP 0609080，EP0611154，EP 0611655和EP 0612623中所述的。
如上所述，對(duì)于用給定的峰-峰激勵(lì)電壓操作的給定的打印頭結(jié)構(gòu)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定有利的操作點(diǎn)，在該點(diǎn)處，從通道噴射液滴的速度與從該通道噴射的用于在基片上形成單個(gè)打印點(diǎn)的液滴數(shù)量、以及相鄰?fù)ǖ朗欠褚脖患?lì)進(jìn)行液滴噴射兩者無(wú)關(guān)。
但是，WO97/35167的方案中存在著油墨粘度變化的潛在問(wèn)題，該變化使發(fā)生液滴噴射的頻率變化從而改變液滴噴射速度。在利用腔室的打印頭中，腔室體積由壓電激勵(lì)機(jī)構(gòu)改變，這種粘度變化歸因于油墨溫度的變化，油墨溫度的變化歸因于將熱量從各腔室激勵(lì)機(jī)構(gòu)的壓電材料轉(zhuǎn)移到該油墨的操作頻率的變化。
圖8表示當(dāng)按照以下的液滴噴射方式操作時(shí)、上述打印頭具有峰-峰振幅(V)的液滴噴射速度的變化(A)單個(gè)液滴(1dpd)，低(1dc)頻率操作；(B)單個(gè)液滴(1dpd)，高(104dc)頻率操作；(C)七個(gè)液滴(7dpd)，低(1dc)頻率操作；(D)七個(gè)液滴(7dpd)，高(104dc)頻率操作，因此，1dc(“液滴計(jì)數(shù)”)對(duì)應(yīng)60Hz的點(diǎn)打印頻率，點(diǎn)是響應(yīng)一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)波形的施加而由一個(gè)或多個(gè)液滴通道噴射所形成的，104dc對(duì)應(yīng)6.2Hz的點(diǎn)打印頻率。在特定實(shí)施例中，激勵(lì)由圖7所示的、具有如圖6所確定的2.2μs的有利DR值的波形執(zhí)行。
比較特性(A)和(B)可知，在峰-峰波形振幅(V)的任何給定值，在6.2K Hz發(fā)射的通道液滴噴射速度在3和5m/s之間(平均4m/s)，大于在60Hz發(fā)射的通道液滴噴射速度。另外，波形振幅值(Vmin)在高發(fā)射頻率處的值(4m/s給定29V)低于在低發(fā)射頻率處的值(2m/s給定30V)，低于該波形振幅值(Vmin)時(shí)液滴噴射不再發(fā)生。對(duì)應(yīng)于該值的減小，當(dāng)超過(guò)波形振幅值(Vmax)時(shí)，由于已知的其中的吸氣問(wèn)題，打印頭將不再能噴射液滴。
類似的模式在每點(diǎn)七個(gè)液滴的特性(C)和(D)中是明顯的，它們具有在約7m/s的給定V以及在60Hz、30V處、約2m/s的Vmin與在6.2KHz發(fā)射時(shí)在25V處、5m/s的數(shù)值比較的U的差值。
還應(yīng)注意，波形振幅值(V)的范圍從1dpd/1dc和1dpd/104dc方式(A)和(B)的30伏特或更多降至7dpd/104dc方式(D)的6伏特，超過(guò)該波形振幅值(V)的范圍，液滴噴射發(fā)生。具體地，液滴噴射發(fā)生的振幅最大值(Vmax)從方式(A)中的50V(給定U＝21m/s)減小到方式(D)中的31V(給定U＝10m/s)。相反地，低電壓處的特性根據(jù)每點(diǎn)的液滴/液滴計(jì)數(shù)而提高，與在方式(A)和(B)中噴射液滴(在2.5m/s)需要30伏特相比，在方式(D)噴射液滴(在4.5m/s)只需要25伏特。這一特性被認(rèn)為是由于在噴射較多數(shù)目的每點(diǎn)液滴時(shí)，壓電激勵(lì)器中增加的熱量使油墨粘度降低造成的。
如已所述，有效的成像至少需要5m/s的液滴噴射速度。在按照?qǐng)D8操作打印頭情況下，應(yīng)注意，沒(méi)有液滴噴射超過(guò)5m/s的V通用值可在所有操作模式中得到。這種打印頭被說(shuō)成不具有操作窗口。
解決上述問(wèn)題的方法也已在前述的WO/9735167中描述，并要根據(jù)是否需要液滴噴射施加具有若干電壓波形之一的各腔室的激勵(lì)機(jī)構(gòu)。在輸入使液滴噴射發(fā)生的打印數(shù)據(jù)的位置，根據(jù)本發(fā)明的、例如具有圖6和7所討論的有利DR值的波形可被施加。相反，在不發(fā)生液滴噴射的位置，所施加的波形不足以產(chǎn)生液滴噴射、但可以在激勵(lì)機(jī)構(gòu)的壓電材料中產(chǎn)生足夠的熱量以使腔室中的油墨與其相鄰的液滴噴射保持相同的溫度(和粘度)。
這種非噴射波形的形狀已在前述的WO97/35167中公開，為方便起見，在圖9中重新畫出。它尤其適于這種打印頭，在打印頭中激勵(lì)器壁被限定在各個(gè)具有通道電極的油墨通道之間，打印頭中的連續(xù)通道交替分配給三組之一，連續(xù)通道本身依次啟動(dòng)液滴噴射。這種操作已在例如WO95/25011中公開，因此本文不作更具體地討論。
通過(guò)相對(duì)施加到屬于未啟動(dòng)通道組相鄰?fù)ǖ赖碾妷好}沖70數(shù)量“P”偏移施加到屬于啟動(dòng)通道組通道的電壓脈沖60，可橫跨圍繞啟動(dòng)通道的激勵(lì)器壁產(chǎn)生一個(gè)圖9中80所示的激勵(lì)波形，該激勵(lì)波形具有與相應(yīng)液滴噴射波形相同的峰-峰振幅值(V)，但壓縮和膨脹周期持續(xù)時(shí)間減小到無(wú)液滴噴射發(fā)生的熱產(chǎn)生水平。作為替換的、其振幅而非持續(xù)時(shí)間被減小到非噴射水平的非噴射波形同樣適于使用。實(shí)例在WO97/35167中公開。
圖10a是噴射和非噴射激勵(lì)波形的實(shí)例，該激勵(lì)波形可施加到屬于三個(gè)連續(xù)啟動(dòng)通道組A、B、和C的三個(gè)相鄰?fù)ǖ?，在三種情況中，輸入的打印數(shù)據(jù)分別規(guī)定100％、0％、和42％(3/7)的打印密度。
在屬于組A通道的啟動(dòng)周期100中，圖7所示的七個(gè)液滴噴射波形110緊密連續(xù)地施加，從而噴射七個(gè)液滴，在基片上形成最大尺寸的點(diǎn)。
在后續(xù)的屬于組B通道的啟動(dòng)周期120中，圖7所示的七個(gè)非液滴噴射波形130緊密連續(xù)地施加。假設(shè)所要求的是0％打印密度，無(wú)液滴被噴射，但是在打印頭激勵(lì)器壁中產(chǎn)生足夠的熱量、且該熱量轉(zhuǎn)移到油墨、以使油墨基本保持與該通道已被激勵(lì)噴射七個(gè)液滴時(shí)的相同溫度。
在屬于組C通道的啟動(dòng)周期140中，三個(gè)噴射波形150和后續(xù)的四個(gè)非噴射波形160被施加，因此可噴射七個(gè)液滴中的三個(gè)液滴以形成42％尺寸的打印點(diǎn)，并保持通道中的油墨溫度與七個(gè)液滴噴射時(shí)相對(duì)應(yīng)。
周期A、B、和C連續(xù)地重復(fù)，根據(jù)打印數(shù)據(jù)噴射液滴。
圖10b示出了施加到三個(gè)相鄰?fù)ǖ赖耐ǖ离姌O上的、用于產(chǎn)生圖10a所示激勵(lì)波形的相應(yīng)電壓波形。
如WO97/35167所述，由非噴射波形產(chǎn)生熱量所需的電平可以通過(guò)簡(jiǎn)單的試驗(yàn)處理而確定。圖11表示在上述6.2kHz頻率(上述的“104dc”操作)處所激勵(lì)的通道中改變偏移量P的作用，第一周期包含如圖10a中周期A的七個(gè)液滴噴射波形列，后續(xù)103周期的每一個(gè)包含如圖10a中周期B的七個(gè)非液滴噴射波形列。非噴射波形的P值被定義為等同的液滴噴射波形的壓縮周期(DR)的一部分。還示出“7dpd/104dc”操作的特性，其中，通道在6.2kHz頻率以七個(gè)液滴噴射波形列反復(fù)被激勵(lì)。
可知，7dpd/1dc特性形成一個(gè)系列，其中在給定的激勵(lì)電壓振幅V處的噴射速度U以P值增加。7dpd/104dc特性構(gòu)成這個(gè)系列的部分，但在P＝0.35時(shí)幾乎與7dpd/1dc特性重合，即兩波形產(chǎn)生的液滴噴射速度之間的差別很小。這表明，具有P＝0.35的非噴射波給予的油墨加熱程度與液滴噴射期間由油墨自身從油墨通道帶出的熱量非常匹配。
雖然P＝0.35的數(shù)值可以施加給具有與上述常規(guī)打印頭結(jié)構(gòu)類似的熱產(chǎn)生特性的所有打印頭，但是可以理解，其它的打印頭結(jié)構(gòu)可具有不同的熱產(chǎn)生特性。類似的考慮應(yīng)用于打印頭中使用的油墨。在這種情況中，不同的P值將需通過(guò)諸如上述方案的迭代處理被確定。參考WO97/35167在這方面的說(shuō)明。
具有P大于0.35(即20P＝0.4和更大)的特性的較高的速度與非噴射波形給予油墨的熱量相對(duì)應(yīng)，該熱量實(shí)際超過(guò)正常液滴噴射時(shí)產(chǎn)生的熱量。
圖12表示當(dāng)使用具有P＝0.35的非噴射波形、按照上述確定的簡(jiǎn)單的試驗(yàn)方法操作時(shí)，用于得到圖8的打印頭的特性。從該圖可知，液滴噴射速度與一個(gè)或七個(gè)液滴是否被噴射而在基片上形成打印點(diǎn)和/或一列或七列液滴是否以頻率60Hz或6.2kHz重復(fù)無(wú)關(guān)。無(wú)論方式如何，與使約4-10m/s的相應(yīng)速度范圍增加的約26-30伏內(nèi)的電壓波形振幅相應(yīng)的液滴噴射將產(chǎn)生。
圖13是圖12的詳細(xì)視圖，表示約3.6V的操作窗口，其中液滴噴射速度U(在約5-9.5m/s范圍內(nèi))保持大于或等于5m/s，并基本與形成基片上打印點(diǎn)的一列中噴射的液滴數(shù)量、以及這樣一列所重復(fù)的頻率無(wú)關(guān)。這與以上圖8所述的沒(méi)有操作窗口的操作相反。另外，如上所述，本發(fā)明的液滴噴射波形的選擇能確保液滴噴射速度基本與發(fā)射通道的鄰近通道是否被類似地激勵(lì)而進(jìn)行液滴噴射無(wú)關(guān)。
使用如上所述的非噴射脈沖還使系統(tǒng)作為一個(gè)整體比按照?qǐng)D8沒(méi)有這種脈沖進(jìn)行操作時(shí)、至少在噴射方式(A)-(C)中具有更大的能量，液滴噴射在較低的振幅值(Vmin)開始。
當(dāng)以WO95/25011所述的設(shè)備作為具體參考時(shí)，本發(fā)明可適用于廣泛的噴墨設(shè)備，尤其是通道分隔側(cè)壁可在兩個(gè)相反方向上替換的設(shè)備。類似地，術(shù)語(yǔ)噴墨可包括在基片上形成圖像的非油墨物質(zhì)的噴射。
權(quán)利要求
1.一種在基片上進(jìn)行打印的噴墨打印頭的操作方法，所述的打印頭具有一個(gè)通道陣列；一列噴嘴，該列噴嘴分別與所述通道連通、用于噴射液滴；連接裝置，用于使所述通道與油墨源連接；和電激勵(lì)裝置，它與各通道相關(guān)聯(lián)、并根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)可進(jìn)行多次激勵(lì)，從而噴射相應(yīng)數(shù)量的液滴，以便在所述基片上形成適宜色調(diào)的打印點(diǎn)；該方法步驟包括根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)給與通道相關(guān)的電激勵(lì)裝置施加一個(gè)或多個(gè)電信號(hào)，所選各信號(hào)的持續(xù)時(shí)間使得相應(yīng)噴射液滴的速度基本與下述兩項(xiàng)無(wú)關(guān)(a)所述被選通道鄰近的通道是否在從所述被選通道噴射液滴的同時(shí)被類似地激勵(lì)、以產(chǎn)生液滴噴射，(b)根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)所噴射的液滴數(shù)量。
2.一種如權(quán)利要求1的方法，其中，所述陣列的連續(xù)通道有規(guī)律地設(shè)置成幾組，使屬于任一組的通道的兩側(cè)與至少一個(gè)屬于其它組的通道鄰接；所述的通道組被連續(xù)地激勵(lì)，以便在連續(xù)周期中啟動(dòng)；所選各信號(hào)的持續(xù)時(shí)間使得相應(yīng)噴射液滴的速度基本與下述兩項(xiàng)無(wú)關(guān)(a)與所述被選通道屬于同一組、且最接近所述陣列中的所述被選通道的那些通道是否在從所述被選通道噴射液滴的同時(shí)被類似地激勵(lì)、以產(chǎn)生液滴噴射，(b)根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)所噴射的液滴數(shù)量。
3.一種如權(quán)利要求1或2的方法，其中，在所述通道中，各信號(hào)持續(xù)時(shí)間與縱向壓縮波振動(dòng)半周期的比率處在1.5-1.9或3.5-3.8范圍內(nèi)或處在數(shù)值5.5和7.5附近。
4.一種如前述任一權(quán)利要求的方法，其中，所述的電激勵(lì)裝置適于改變所述通道的體積以便由通道進(jìn)行液滴噴射。
5.一種如權(quán)利要求4的方法，其中，所述的電信號(hào)使所述通道的膨脹在所述通道的壓縮之后進(jìn)行。
6.一種如權(quán)利要求5的方法，其中，所述通道以相同的時(shí)間周期保持膨脹和壓縮狀態(tài)。
7.一種在基片上進(jìn)行打印的噴墨打印頭的操作方法，所述的打印頭具有一個(gè)通道陣列；一列噴嘴，該列分別與所述通道連通、用于噴射液滴；連接裝置，用于使所述通道與油墨源連接；和電激勵(lì)裝置，它與各通道相關(guān)聯(lián)、并可根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次激勵(lì)，從而噴射相應(yīng)數(shù)量的液滴，以便在所述基片上形成適宜色調(diào)的打印點(diǎn)；該方法步驟包括根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)給與通道相關(guān)的電激勵(lì)裝置施加多個(gè)電信號(hào)，各電信號(hào)保持在給定的非零電平一段時(shí)間，所選的一段持續(xù)時(shí)間使得相應(yīng)噴射液滴的速度基本與下述兩項(xiàng)無(wú)關(guān)(a)所述被選通道鄰近的通道是否在從所述被選通道噴射液滴的同時(shí)被類似地激勵(lì)、以產(chǎn)生液滴噴射，(b)根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)所噴射的液滴數(shù)量。
8.一種如權(quán)利要求7的方法，其中，所述陣列的連續(xù)通道有規(guī)律地設(shè)置成幾組，使屬于任一組的通道的兩側(cè)與至少一個(gè)屬于其它組的通道鄰接；所述的通道組被連續(xù)地激勵(lì)，以便在連續(xù)周期中啟動(dòng)；各電信號(hào)保持在給定的非零電平一段時(shí)間，所選的一段時(shí)間使得相應(yīng)噴射液滴的速度基本與下述兩項(xiàng)無(wú)關(guān)(a)與所述被選通道屬于同一組、且最接近所述陣列中的所述被選通道的那些通道是否在從所述被選通道噴射液滴的同時(shí)被類似地激勵(lì)、以產(chǎn)生液滴噴射，(b)根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)所噴射的液滴數(shù)量。
9.一種如權(quán)利要求7或8的方法，其中，在所述通道中，各信號(hào)保持在給定的非零電平的時(shí)間的持續(xù)時(shí)間與縱向壓縮波振動(dòng)半周期的比率處在0.8-1.0或1.4-1.6范圍。
10.一種如權(quán)利要求7-9的任一個(gè)中的方法，其中，保持在所述給定非零電平的電信號(hào)使各個(gè)通道的體積增大。
11.一種如權(quán)利要求10的方法，其中，所述的電信號(hào)使所述通道的膨脹在所述通道的壓縮之后進(jìn)行。
12.一種如權(quán)利要求11的方法，其中，所述通道以相同的時(shí)間周期保持膨脹和壓縮狀態(tài)。
13.一種如上述任一權(quán)利要求的方法，其中，所述的電信號(hào)被緊密連續(xù)地施加。
14.一種如上述任一權(quán)利要求的方法，其中，所述的電信號(hào)在時(shí)間上被靜止周期分隔。
15.一種如上述任一權(quán)利要求的方法，其中，一些附加電信號(hào)施加到所述的電激勵(lì)裝置，各附加信號(hào)使腔室中的液滴流體的溫度發(fā)生變化而沒(méi)有引起液滴噴射，所述的溫度變化基本等于施加進(jìn)行液滴噴射的電信號(hào)所引起的溫度變化。
16.一種如權(quán)利要求15的方法，其中，在基片上形成打印點(diǎn)的液滴在液滴噴射周期中噴射，所述的電信號(hào)數(shù)與附加電信號(hào)數(shù)的總和在連續(xù)的液滴噴射周期中恒定地施加。
17.一種如權(quán)利要求15或16的方法，其中，所述附加電信號(hào)在附加周期中保持在給定的非零電平。
18.一種如權(quán)利要求17的方法，其中，所述附加周期的持續(xù)時(shí)間與所述電信號(hào)保持在給定的非零電平的所述周期的持續(xù)時(shí)間的比率小于一。
19.一種如權(quán)利要求18的方法，其中，所述的比率小于0.4。
20.一種如權(quán)利要求19的方法，其中，所述的比率約為0.35。
21.一種如權(quán)利要求17-20的方法，其中，所述的附加電信號(hào)在第一附加周期保持在第一給定非零電平，而在第二附加周期保持在第二給定非零電平，所述的第一和第二給定非零電平的符號(hào)相反。
22.一種如權(quán)利要求1的方法，其中，所述的第一和第二附加周期的持續(xù)時(shí)間相等。
23.一種如上述任一權(quán)利要求的方法，其中，噴射液滴的速度至少為5m/s，最好至少為7m/s。
24.一種如上述任一權(quán)利要求的方法，其中，在所述腔室內(nèi)油墨中的縱向壓縮波的振動(dòng)半周期具有不大于5μs的值，最好具有不大于2.5μs的值。
25.一個(gè)用于在基片上進(jìn)行打印的噴墨打印頭所述打印頭具有一個(gè)通道陣列；一列噴嘴，該噴嘴分別與所述通道連通、用于噴射液滴；連接裝置，用于使所述通道與油墨源連接；電激勵(lì)裝置，該電激勵(lì)裝置與根據(jù)電信號(hào)噴射液滴的各通道相關(guān)；和驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)一次或多次地施加所述的電信號(hào)，以便噴射相應(yīng)數(shù)量的液滴從而在所述基片上形成適宜色調(diào)的打印點(diǎn)；所述的驅(qū)動(dòng)電路被配置成按照上述任一權(quán)利要求的方法進(jìn)行操作。
26.一個(gè)用于在基片上進(jìn)行打印的噴墨打印頭的驅(qū)動(dòng)電路所述打印頭具有一個(gè)通道陣列；一列噴嘴，該噴嘴分別與所述通道連通、用于噴射液滴；連接裝置，用于使所述通道與油墨源連接；電激勵(lì)裝置，該電激勵(lì)裝置與根據(jù)電信號(hào)噴射液滴的各通道相關(guān)；和驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)一次或多次地施加所述的電信號(hào)，以便噴射相應(yīng)數(shù)量的液滴從而在所述基片上形成適宜色調(diào)的打印點(diǎn)；所述的驅(qū)動(dòng)電路被配置成按照上述任一權(quán)利要求的方法進(jìn)行操作。
全文摘要
一種用于在基片上進(jìn)行打印的噴墨打印頭的操作方法,該打印頭具有一個(gè)通道陣列;一列噴嘴,該噴嘴分別與所述通道連通、用于噴射液滴;連接裝置,用于使所述通道與油墨源連接;電激勵(lì)裝置,該電激勵(lì)裝置與根據(jù)電信號(hào)噴射液滴的各通道相關(guān);和驅(qū)動(dòng)電路,該驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)一次或多次地施加所述的電信號(hào),以便噴射相應(yīng)數(shù)量的液滴從而在所述基片上形成適宜色調(diào)的打印點(diǎn);該方法的步驟包括:根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)給與通道相關(guān)的電激勵(lì)裝置施加一個(gè)或多個(gè)電信號(hào),所選各信號(hào)的持續(xù)時(shí)間使得相應(yīng)噴射液滴的速度基本與下述兩項(xiàng)無(wú)關(guān):(a)所述被選通道鄰近的通道是否在從所述被選通道噴射液滴的同時(shí)被類似地激勵(lì)、以產(chǎn)生液滴噴射,(b)根據(jù)打印色調(diào)數(shù)據(jù)所噴射的液滴數(shù)量。
文檔編號(hào)B41J2/045GK1258250SQ98805119
公開日2000年6月28日 申請(qǐng)日期1998年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月15日
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