本发明的实施方式涉及喷墨头及其驱动方法。
背景技术：
以往，作为用于从喷墨头喷出墨滴的驱动信号的波形，已知drp波形。drp波形包含将压力室的容积扩张后恢复的扩张脉冲(d)、将压力室的容积收缩后复原的收缩脉冲(p)、以及扩张脉冲和收缩脉冲之间的待机时间(r)。另外，还已知通过在扩张脉冲之后连续输出收缩脉冲并在其后设置待机时间的驱动波形的驱动信号使墨滴从喷墨头喷出的方法。
在使用这种驱动波形的驱动信号来增加从喷墨头喷出的墨水的量的情况下，喷出稳定性有可能会变差。
技术实现要素：
本发明的实施方式要解决的课题是，要提供能不损害喷出稳定性且增加墨滴的喷出量的喷墨头及其驱动方法。
在一实施方式中，喷墨头具备：压力室，收纳墨水；致动器，对应于所述压力室设置；喷嘴板，具有与所述压力室连通的喷嘴；以及头驱动电路，向所述致动器提供驱动脉冲信号，所述驱动脉冲信号包含使所述压力室的容积扩张后恢复的第一脉冲、使所述压力室的容积收缩后恢复的第二脉冲、以及使所述压力室的容积收缩后恢复的第三脉冲，所述第二脉冲在所述第一脉冲之前以不设置待机时间的方式被施加，所述第三脉冲在所述第一脉冲之后以不设置待机时间的方式被施加。
在另一实施方式中，在喷墨头的驱动方法中，向对应于收纳墨水的压力室设置的致动器提供驱动脉冲信号，从而使墨滴从与对应于该致动器的所述压力室连通的喷嘴喷出，所述驱动脉冲信号包含使所述压力室的容积扩张后恢复的第一脉冲、使所述压力室的容积收缩后恢复的第二脉冲、以及使所述压力室的容积收缩后恢复的第三脉冲，所述第二脉冲在所述第一脉冲之前以不设置待机时间的方式被施加，所述第三脉冲在所述第一脉冲之后以不设置待机时间的方式被施加。
附图说明
图1是表示喷墨头的概略构成的立体图。
图2是喷墨头的分解立体图。
图3是图1的f3－f3线剖视图。
图4是表示喷墨头的主要部分构成的立体图。
图5是喷墨头的喷嘴板的俯视图。
图6是表示用于喷出1滴墨滴的驱动脉冲信号的波形图。
图7是表示用于喷出2滴墨滴的驱动脉冲信号的波形图。
图8是表示用于喷出5滴墨滴的驱动脉冲信号的波形图。
图9是表示将图8所示的驱动脉冲信号施加到电极时的墨水压力和墨水流速模拟后的结果的波形图。
图10是表示为了求出第一脉冲、第二脉冲以及第三脉冲的时间关系而实际上试验时的条件的说明图。
图11是表示图10所示的每一条件的试验结果的图。
附图标记说明
10：喷墨头、11：头主体、12：单元部、12a：墨水供给部、13：电路基板、15：基础板、16：喷嘴板、18：驱动元件、19：墨水室、22：供给孔、23：排出孔、25：喷嘴、28：电极、47：头驱动电路、51：压力室。
具体实施方式
以下使用附图说明实施方式的喷墨头。顺便说一下，在该实施方式中，例示循环型的喷墨头10(参照图1)。
首先，使用图1至图5说明喷墨头10的构成。图1是表示喷墨头10的立体图。图2是喷墨头10的分解立体图。图3是图1的f3－f3线剖视图。图4是表示喷墨头10的主要部分构成的立体图。图5是喷墨头10的喷嘴板16(参照图3)的俯视图。
如图1所示，喷墨头10是所谓的侧边喷射型喷墨头。喷墨头10搭载于喷墨打印机，经由管那样的部件连接到墨罐。这种喷墨头10具备头主体11、单元部12以及一对电路基板13。
头主体11是用于喷出墨水的装置。头主体11安装于单元部12。单元部12包括形成头主体11和上述墨罐之间的路径的一部分的支管、用于安装于上述喷墨打印机的内部的构件。一对电路基板13分别安装于头主体11。
如图3所示，头主体11具备基础板15、喷嘴板16、框构件17以及一对驱动元件18(在图3中仅示出一个)。基础板15是基材的一例。在头主体11的内部形成有供给墨水的墨水室19。
如图2所示，基础板15例如由氧化铝那样的陶瓷形成为矩形的板状。基础板15具有平坦的安装面21。在安装面21中开口形成多个供给孔22和多个排出孔23。
在基础板15的中央部沿基础板15的长边方向排列设置供给孔22。如图3所示，供给孔22与单元部12的上述支管的墨水供给部12a连通。供给孔22经由墨水供给部12a连接到上述墨罐。上述墨罐的墨水从供给孔22提供给墨水室19。
如图2所示，排出孔23以隔着供给孔22的方式按两列排列设置。如图3所示，排出孔23与单元部12的上述支管的墨水排出部12b连通。排出孔23经由墨水排出部12b连接到上述墨罐。墨水室19的墨水从排出孔23回收到上述墨罐。这样，墨水在上述墨罐和墨水室19之间循环。
如图3所示，喷嘴板16例如由对表面赋予了后述的疏液性功能的聚酰亚胺制矩形形状的膜形成。喷嘴板16与基础板15的安装面21相对。在喷嘴板16设有多个喷嘴25。多个喷嘴25沿着喷嘴板16的长边方向按两列排列。
框构件17例如由镍合金形成为矩形的框状。框构件17介于基础板15的安装面21和喷嘴板16之间。框构件17分别粘接于安装面21和喷嘴板16。即，喷嘴板16经由框构件17安装于基础板15。墨水室19被基础板15、喷嘴板16以及框构件17包围而形成。
驱动元件18例如通过用锆钛酸铅(pzt)形成的板状的两个压电体形成。上述两个压电体以极化方向在其厚度方向上相互成为相反方向的方式被贴合。
一对驱动元件18粘接于基础板15的安装面21。一对驱动元件18对应于按两列排列的喷嘴25而在墨水室19中平行配置。如图3所示，驱动元件18形成为截面是梯形形状。驱动元件18的顶部粘接于喷嘴板16。
在驱动元件18设置有多个槽27。槽27在与驱动元件18的长边方向交叉的方向上分别延伸，在驱动元件18的长边方向上排列。如图5所示，多个槽27与喷嘴板16的多个喷嘴25相对。如图4所示，本实施方式的驱动元件18配置有成为用于将墨水喷出到槽27的驱动流路的多个压力室51。
在多个槽27分别设置电极28。电极28通过例如光致抗蚀(photoresistetching)加工镍薄膜而形成。电极28覆盖槽27的内面。
如图2所示，从基础板15的安装面21在驱动元件18设置多个布线图案35。这些布线图案35通过例如光致抗蚀加工镍薄膜而形成。
布线图案35分别从安装面21的一侧端部21a和另一侧端部21b延伸。此外，侧端部21a、21b不仅包括安装面21的边缘，还包括其周边的区域。因此，布线图案35也可以设置在安装面21的边缘的内侧。
以下，以从一侧端部21a延伸的布线图案35为代表进行说明。此外，另一侧端部21b的布线图案35的基本构成与一侧端部21a的布线图案35相同。
布线图案35具有第一部分35a和第二部分35b。如图3所示，布线图案35的第一部分35a是从安装面21的侧端部21a向驱动元件18以直线状延伸的部分。第一部分35a相互平行地延伸。布线图案35的第二部分35b是跨第一部分35a的端部与电极28的部分。第二部分35b分别电连接到电极28。
在一个驱动元件18中，多个电极28中的几个电极28构成第一电极组31。多个电极28中的其它几个电极28构成第二电极组32。
第一电极组31和第二电极组32以驱动元件18的长度方向的中央部为边界而划分。第二电极组32与第一电极组31相邻。第一电极组31和第二电极组32例如分别包括159个电极28。
如图1所示，一对电路基板13分别具有基板主体44、一对薄膜载体封装(fcp：filmcarrierpackaging)45。此外，fcp也可以称为带载封装(tcp：tapecarrierpackaging)。
基板主体44是形成为矩形形状的具有刚性的印刷布线板。在基板本体44安装有各种电子部件、连接器。另外，在基板本体44分别安装有一对fcp45。
一对fcp45分别具有：形成多个布线并且具有柔软性的树脂制的膜46、以及连接到上述多个布线的头驱动电路47。膜46是带式自动接合(tab：tapeautomatedbonding)。头驱动电路47是用于对电极28施加电压的ic。头驱动电路47通过树脂固定于膜46。
如图3所示，一方的fcp45的端部通过各向异性导电膜(acf)48而以热压接的方式连接到第一布线图案35的第一部分35a。另一方的fcp45的端部通过acf48而以热压接的方式连接到第二布线图案36的第一部分36a。由此，fcp45的上述多个布线电连接到第一布线图案35和第二布线图案36。
通过fcp45连接到第一布线图案35和第二布线图案36，头驱动电路47经由fcp45的上述布线电连接到电极28。头驱动电路47经由膜46的上述布线对电极28施加电压。
当头驱动电路47对电极28施加电压时，通过驱动元件18的共享模式变形而增减设有该电极28的压力室51的容积。由此，压力室51中的墨水的压力变化，从喷嘴25喷出该墨水。这样，将压力室51分隔的驱动元件18成为用于对压力室51的内部提供压力振动的致动器(actuator)。
以下，将喷墨头10具有的压力室51、电极28以及喷嘴25的组合称为通道(channel)。即，喷墨头10按照槽27的数量n具有通道ch.1、ch.2、…、ch.n。
图6是对喷出墨水的通道(喷出通道ch.x)的电极28施加的驱动脉冲信号的说明图。该驱动脉冲信号由头驱动电路47生成。
驱动脉冲信号包括第一脉冲p1、第二脉冲p2(a)以及第三脉冲p2(b)。第一脉冲p1是在时刻t1使喷出通道ch.x的电极28变为负电位而使压力室51的容积扩张并在经过时间t1后恢复为接地电位的扩张脉冲。第二脉冲p2(a)是在比时刻t1靠前的时刻t0使喷出通道ch.x的电极28变为正电位而使压力室51的容积收缩并在经过时间t2(a)后恢复为接地电位的收缩脉冲。在第二脉冲p2(a)的结束定时和后续的第一脉冲p1的开始定时之间，虽然产生极短的延迟时间rst1，但是没有待机时间。并且，在第二脉冲p2(a)所产生的收缩的作用下，不会从与压力室51连通的喷嘴25喷出墨滴。第三脉冲p2(b)是紧接在第一脉冲p1结束后的时刻t2使喷出通道ch.x的电极28变为正电位而使压力室51的容积收缩并维持该收缩状态直至经过时间t2(b)为止的收缩脉冲。在第一脉冲p1的结束定时和后续的第三脉冲p2(b)的开始定时之间，虽然产生极短的延迟时间rst2，但是没有待机时间。并且，由于第三脉冲p2(b)所产生的收缩的作用，会从与压力室51连通的喷嘴25喷出墨滴。即，时刻t0到时刻t3的区间的波形示出用于从喷出通道ch.x的喷嘴25喷出1滴墨滴的驱动脉冲信号(喷出脉冲信号)。
图7是从喷出通道ch.x的喷嘴25连续喷出2滴墨滴时的驱动脉冲信号的波形图。在该图中，时刻t0到时刻t3的区间所示的脉冲p2(a)_1、p1_1、p2(b)_1的波形是第一滴的驱动脉冲信号。即，脉冲p2(a)_1是第二脉冲p2(a)，脉冲p1_1是第一脉冲p1，脉冲p2(b)_1是第三脉冲p2(b)。另外，从时刻t3到时刻t6所示的脉冲p2(a)_2、p1_2、p2(b)_2的波形是第二滴的驱动脉冲信号。即，脉冲p2(a)_2是第二脉冲p2(a)，脉冲p1_2是第一脉冲p1，脉冲p2(b)_2是第三脉冲p2(b)。
如图7所示，在用于喷出第一滴的驱动脉冲信号中的第三脉冲p2(b)_1的结束定时和用于喷出第二滴的驱动脉冲信号中的第二脉冲p2(a)_2的开始定时之间没有待机时间。另外，也不产生延迟时间。或者即使产生延迟时间rst3，也是极短的时间。其结果是，在时刻t3的前后，压力室51维持收缩状态。
在此，使用图7说明第一脉冲p1、第二脉冲p2(a)以及第三脉冲p2(b)的时间关系。
首先，通过第一脉冲p1_1、p1_2产生的压力室51的扩张状态维持时间t1_1、t1_2设定为压力室51的固有振动周期的1/2。例如在固有振动周期是4.7μs的情况下，扩张状态维持时间t1_1、t1_2均为2.35μs。在该第一脉冲p1_1、p1_2的开始时刻t1、t4，各分隔壁16a、16b以压力室51的容积扩张的方式位移。由于该位移，负的压力瞬间施加于压力室51内的喷嘴25的附近。
压力室51内的压力在经过扩张状态维持时间t1_1、t1_2后与其固有振动周期相伴地从负的压力反转为正的压力。在该瞬间，将第一脉冲p1_1、p1_2结束，接下来在时刻t2、t5，将第三脉冲p2(b)_1、p2(b)_2开始。通过开始第三脉冲p2(b)_1、p2(b)_2，压力室51的容积从扩张状态向通常状态、进而向收缩的状态一下转移。此时，在压力室51内瞬间产生正的压力。并且，由于该压力，喷嘴25内的弯液开始前进。
弯液继续前进，直至从第三脉冲p2(b)_1、p2(b)_2开始后经过固有振动周期的1/2的时间为止。并且，当经过固有振动周期的1/2的时间时，压力室51内的喷嘴25的附近的压力再次从正压变为负压。其结果是，墨滴与喷嘴25内的墨水分离后被喷出。
接着，说明通过第二脉冲p2(a)_1、p2(a)_2而产生的压力室51的收缩状态维持时间t2(a)_1、t2(a)_2、以及通过第三脉冲p2(b)_1、p2(b)_2而产生的压力室51的收缩状态维持时间t2(b)_1、t2(b)_2。
在本实施方式中，将从第一循环的第一脉冲p1_1的开始定时(时刻t1)到第二循环的第一脉冲p1_2的开始定时(时刻t4)的时间长度设定为固有振动周期的1/2的偶数倍。从时刻t1到时刻t4的时间长度是第一循环的第一脉冲p1_1的扩张状态维持时间t1_1(固有振动周期的1/2)、第三脉冲p2(b)_1的收缩状态维持时间t2(b)_1、第二循环的第二脉冲p2(a)_2的收缩状态维持时间t2(a)_2、从第一循环的第一脉冲p1_1的结束到第三脉冲p2(b)_1的开始为止的延迟时间rst1、以及从第二循环的第二脉冲p2(a)_2的结束到第一脉冲p1_2的开始为止的延迟时间rst2的总计。即，下面的式(1)成立。此外，在式(1)中，n表示正的整数。ret是延迟时间rst1和延迟时间rst2的总计。或者在产生延迟时间rst3的情况下是延迟时间rst1、延迟时间rst2以及延迟时间rst3的总计。
t1_1+t2(b)_1+t2(a)_2+rst＝(2×n)×t1…(1)
以上述(1)式成立的方式来确定第一循环的第三脉冲p2(b)_1的收缩状态维持时间t2(b)_1以及第二循环的第二脉冲p2(a)_2的收缩状态维持时间t2(a)_2。由此，在以与第一循环的第一脉冲p1_1的开始相伴地在压力室51内瞬间施加负的压力为开端的压力振动根据固有振动周期而使压力室51内的喷嘴25的附近反转为负压的状态下，开始第二循环的第一脉冲p1_2。其结果是，由于在压力振动中产生放大作用，因此向负压侧产生更强的压力振动。
接着，说明第二循环的第一脉冲p1_2的扩张状态维持时间t1_2和第三脉冲p2(b)_2的收缩状态维持时间t2(b)_2的时间关系。
在本实施方式中，将第二循环的从第一脉冲p1_2的开始定时(时刻t4)到第三脉冲p2(b)_2的结束定时(时刻t6)的时间长度设定为固有振动周期的1/2的奇数倍。从时刻t4到时刻t6的时间长度是第一脉冲p1_2的扩张状态维持时间t1_2(固有振动周期的1/2)、第三脉冲p2(b)_2的收缩状态维持时间t2(b)_2、以及从第一脉冲p1_2的结束到第三脉冲p2(b)_2的开始为止的延迟时间rst2的总计。即，下面的式(2)成立。此外，在式(2)中，n表示正的整数。
t1_2+t2(b)_2+rst2＝(2×n+1)×t1…(2)
以上述式(2)成立的方式来确定第三脉冲p2(b)_2的收缩状态维持时间t2(b)_2。由此，在以与第二循环的第一脉冲p1_2的开始相伴地在压力室51内瞬间施加负的压力为开端发生的压力振动根据固有振动周期而使压力室51内的喷嘴25的附近反转为正压的状态下，结束第三脉冲t2(b)_2。其结果是，收缩后的压力室51复原，因此产生使向正压侧倾斜的喷嘴25的附近的压力恢复为静压的衰减作用，带来消除压力振动的效果。
不过基本上第一循环和第二循环的各脉冲波形p1、p2(a)、p2(b)的时间长度相等。即，下面的式(3)成立。
t1_1＝t1_2＝2.35μs
t2(a)_1＝t2(a)_2
t2(b)_1＝t2(b)_2…(3)
因而，只要以上述式(1)、式(2)以及式(3)的关系成立的方式来确定作为第二脉冲p2(a)的时间长度的收缩状态维持时间t2(a)_1及t2(a)_2、以及第三脉冲p2(a)的收缩状态维持时间t2(b)_1及t2(b)_2即可。
图8是将最大灰度级值g设为“5”时的例子。在该图中，d1～d5表示喷出1滴墨滴的循环。基本上在所有循环d1～d5中，输出第一至第三由各脉冲t1、t2(a)、t2(b)构成的驱动脉冲信号。即，在图8中，时刻t0～t3的区间是用于喷出第一滴墨滴的驱动脉冲信号。同样地，时刻t3～t6的区间是用于喷出第二滴墨滴的驱动脉冲信号，时刻t6～t9的区间是用于喷出第三滴墨滴的驱动脉冲信号，时刻t9～t12的区间是用于喷出第四滴墨滴的驱动脉冲信号，时刻t12～t15的区间是用于喷出第五滴墨滴的驱动脉冲信号。
图9是表示将通过图8所示的驱动脉冲信号对压力室51的电极28施加了电压v时的墨水压力p和墨水流速s模拟后的结果的波形图。如图9所示，墨水压力p和墨水流速s在第一循环到第五循环中从结束第一脉冲p1直至开始第三脉冲p2(b)被放大。并且，在第五循环的第三脉冲p2(b)结束后衰减。另外，在各循环中墨水压力和墨水流速向正的方向变化的部位分别存在2处。与此相伴地，在各循环中喷出的墨滴成为更大的液滴。
即，第一循环d1的第二脉冲p2(a)_1成为对第一滴墨滴的喷出增加动力的增强脉冲。另外，第一循环d1的第一脉冲p1_1到第五循环d5的第二脉冲p2(a)_5成为带来放大作用的喷出脉冲。而且，第五循环d5的第一脉冲p1_5到第三脉冲p2(b)_5成为带来消除作用的喷出脉冲。
这样，能起到如下特殊的效果：通过头驱动电路47将本实施方式的驱动脉冲信号施加到喷墨头10，不仅墨滴的喷出量伴随着喷出脉冲的放大作用而增加，伴随着消除作用还能得到喷出稳定性。
图10表示为了求出第一脉冲p1、第二脉冲p2(a)以及第三脉冲p2(b)的时间关系而实际试验时的条件。在图10中，t2(a)表示第二脉冲t2(a)的时间长度，rst1表示第二脉冲p2(a)和第一脉冲p1进行交替时产生的延迟时间，t1表示第一脉冲t1的时间长度，rst2表示第一脉冲p1和第三脉冲p2(b)进行交替时产生的延迟时间，t2(b)表示第三脉冲t2(b)的时间长度，rst3表示第三脉冲p2(b)和第二脉冲p2(a)进行交替时产生的延迟时间，dc表示1次滴下的周期，cd表示循环之间的延迟时间，ct表示循环时间。在试验中，分别按条件a～k将t2(a)、rst1、t1、rst2以及rst3设为共用的，使t2(b)每次增加0.1μs。
图11是表示图10所示的每一条件的试验结果的图。在该图中，轨迹vx表示用于得到规定的喷出量的施加电压。由于用于得到同一喷出量的驱动电压成为最低的值，所以成为能喷出最大量的条件。轨迹px表示墨滴的喷出体积。条件a～k中的条件g是满足式(1)的条件，此时成为墨滴的喷出量增加最大的结果。
以下，说明实施方式的变形例。
在上述实施方式中，例示了循环型的喷墨头10，但本发明不限于循环型的头。还能应用于非循环型的喷墨头、例如共享模式/共享壁型的头。
虽然说明了几个实施方式，但这些实施方式只是作为示例而提出的，并非旨在限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种方式进行实施，能够在不脱离发明的宗旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形被包括在发明的范围和宗旨中，同样地被包括在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。