专利名称：压电元件的驱动方法、喷墨头及喷墨打印机的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过矩形波或梯形波来驱动喷墨打印机的喷墨头、超声波清洗机、超声波加湿器和超声波电机等的压电元件的驱动方法，以及使用该驱动方法的喷墨头和配有该喷墨头的喷墨打印机。
背景技术：
喷墨打印机的喷墨头配有多个油墨加压室。该油墨加压室具有在内部存储油墨、并且喷出油墨的喷嘴。而油墨加压室的一部分隔壁由压电元件构成。而且，在喷墨头中，通过提供驱动电压来使油墨加压室的压电元件变形，从而使来自喷嘴的油墨在薄板(用纸)上飞翔来进行记录。
作为这样的喷墨头的驱动方法的一例，例如提出了以下的现有技术。
即，在特开平6-297708号公报(日本国公开专利公报；
公开日1994年10月25日)中记载的喷墨打印机中，在将油墨加压室通过第1驱动电压扩大后，使其复原(基本驱动)。然后，通过第2驱动电压使油墨加压室缩小，从而进行油墨喷出量的校正。
此外，在特开平10-114063号公报(日本国公开专利公报；
公开日1998年5月6日)中，公开了喷墨式打印机头。在该打印机头中，使油墨加压室的驱动电压的上升时间T1和保持时间T2的合计时间在油墨加压室的固有周期Tc的1/2以上。这是为了提高低电压驱动时的喷出效率。
此外，在特开平6-305134号公报(日本国公开专利公报；
公开日1994年11月1日)中，公开了有关喷墨头及其驱动方法的技术。在该技术中，在压电元件的固有振动周期为Ta，油墨加压室内的油墨的固有振动周期为Tc，压电元件的驱动电压的上升时间为T2、其下降时间为T1时，使得T1、T2≥Tc及T1、T2≥Ta。这是为了使油墨的喷出量稳定，提高打印质量。
但是，上述的各现有技术都以喷出量的稳定为目的。此外，假设的驱动频率低(几k～几十k脉冲/秒)。而且，为了将这些技术应用于如多支路驱动那样与高驱动频率(一百k脉冲以上/秒)相伴的驱动方式，需要缩短上升时间T2、下降时间T1。但是，如果使这些时间过短，则积蓄产生的热并使打印头的温度上升，喷出特性变动，同时存在引起喷出不良这样的问题。此外，还发生消耗电力增大的问题。
另一方面，如果为了降低压电元件的驱动频率而使上升时间T2、下降时间T1过长，则为了喷出适量的油墨，必须提高驱动电压，需要高压的电源。
发明内容
本发明是用于解决上述的现有问题的发明。其目的在于提供一种压电元件的驱动方法，可以降低驱动电压、发热和消耗电力。
本发明的压电元件的驱动方法(本驱动方法)，在压电元件产生的振动的振动系统的固有振动周期为Ti，提供给所述压电元件的驱动电压的上升时间为Tr、下降时间为Tf时，将Tr、Tf的至少其中一个设定为Ti的二十分之一以上。
本驱动方法用于将矩形波或梯形波提供给喷墨头、超声波清洗机、超声波加湿器和超声波电机等的压电元件(压电体)来进行驱动。
这里，压电元件具有与用一对电极夹置电介质的电容器相同的构造。而且，在本驱动方法中，使提供给这样的压电元件的驱动电压的Tr、Tf的至少一个在由压电元件振动的振动系统的固有振动周期Ti的二十分之一以上。
由此，本驱动方法可以防止Tr、Tf过小引起的大电流造成的布线和开关元件等的充放电系统的电阻分量产生的损失。因此，可以抑制发热和消耗电力。
通过以下所示的记述将能更充分理解本发明的其他目的、特征、以及优点。此外，本发明的优点在参照附图的以下说明中变得清楚。
图1是表示本发明一实施例的喷墨打印机的结构的斜视图。
图2是表示图1所示的喷墨打印机中的喷墨头的结构的说明图。
图3是本发明一实施例的喷墨打印机中的喷墨头的驱动电路的电路图。
图4是说明图3所示的驱动电路的工作的波形图。
图5是说明喷墨头的振动系统的振动模型的图。
图6是说明喷墨头的驱动脉冲的通过速率(斜度)的曲线图。
图7是说明所述通过速率和所述压电元件的位移量的关系的曲线图。
图8是说明获得所述压电元件的最大位移的条件的曲线图。
图9是说明压电元件的位移量和发热量(＝消耗功率)的变化相对于压电元件的驱动脉冲的上升时间Tr和下降时间Tf的变化的曲线图。
图10是说明在通过使油墨加压室暂时膨胀后进行收缩来喷出油墨的驱动方法中，压电元件的位移量和发热量(＝消耗功率)的变化相对于压电元件的驱动脉冲的上升时间Tr和下降时间Tf的变化的曲线图。
图11是说明上述驱动方法的波形图。
具体实施例方式
下面说明本发明的一实施例。
本实施例的打印机(本打印机)接收并处理从外部的信息处理设备(计算机、数字摄像机等)发送的图像数据，具有将图像打印并输出到纸或塑料等构成的打印用的薄板上。
图1是表示本打印机的结构斜视图。如图所示，本打印机在机体11内配有薄板导向器12、喷墨头13、保持轴14、运送滚轮(未图示)等。
而且，该打印机配有接收从未图示的图像处理装置(计算机等)发送的图像数据，对上述部件进行控制并进行打印的控制部(未图示)。
薄板导向器12是支撑打印前和打印中的薄板P的送纸托架-送纸导向器。
喷墨头13对于运送滚轮运送的薄板按照控制部的指示喷出油墨(打印剂)来打印图像。
对该喷墨头13进行设定，使其一边在本打印机中设置的扫描空间内往复移动，一边对薄板逐行打印图像。
保持轴14是使喷墨头13可沿扫描方向移动的用于导向的轴，被设置在扫描空间内。
图2是表示喷墨头13的结构说明图。如该图所示，喷墨头13包含多个油墨加压室K1～Kn。
该油墨加压室K1～Kn具有分别在内部存储油墨、并且使油墨喷出的喷嘴，同时配有用于控制油墨喷出的驱动电路。此外，油墨加压室K1～Kn的隔壁的一部分由压电元件构成。
在该喷墨头13中，将驱动电压提供给油墨加压室K1～Kn，通过使该油墨加压室K1～Kn暂时膨胀后进行收缩，从喷嘴中喷出油墨，在薄板(记录用纸)上形成图像。
再有，这样的驱动方法例如在特公平6-61936号公报(日本国专利公报；
公开日1994年8月17日)中进行了详细论述，所以这里省略其说明。
图3是油墨加压室K1～Kn配有的驱动电路21的电路图。
如图3所示，在该驱动电路21中，驱动信号CK通过集电极开路型的“非”门INV1和电阻R1提供给PNP型的晶体管Q1的基极。此外，该驱动信号CK还通过一个“非”门INV2提供给NPN型的晶体管Q2的基极。
晶体管Q1的发射极通过发射极电阻R3连接到高电平Vh电源。
在晶体管Q1的基极和高电平Vh的电源之间，插入PNP型的晶体管Q3。将该晶体管Q3的基极连接到晶体管Q1的发射极。
另一方面，晶体管Q2的发射极通过发射极电阻R4连接到低电平GND电源。
在晶体管Q2的基极和低电平GND的电源之间，插入NPN型的晶体管Q4。而且，将该晶体管Q4的基极连接到晶体管Q2的发射极。
此外，将晶体管Q2的基极通过吸流电阻R2连接到高电平Vh电源。
在晶体管Q1、Q2的集电极上，连接着电容器C1的一个端子。而该电容器C1的另一个端子被连接到低电平GND电源。此外，将来自电容器C1的一个端子的输出电压同时提供给输出级的晶体管Q5·Q6的基极。
将NPN型晶体管Q5的集电极连接到高电平Vn电源。而将PNP型晶体管Q6的集电极连接到低电平GND电源。从这些晶体管Q5、Q6的发射极导出输出电压Vo。通过按照图像数据驱动的模拟开关A1、A2、…、An，将该输出电压Vo选择性地提供给压电元件B1、B2、…、Bn。
因此，如图4所示，如果驱动信号CK为高电平，则“非”门INV1的输出变为低电平，通过晶体管Q1对电容器C1进行充电。此时，晶体管Q2截止。此外，晶体管Q1的发射极电流通过电阻R3和晶体管Q3形成固定的电流。而且，对应于电容器C1的输出电压的晶体管Q5的输出电压Vo也如图4所示逐渐上升。
如果驱动信号CK变为低电平，则“非”门INV2的输出变为高电平，通过晶体管Q2从电容器C1进行放电。此时，晶体管Q1截止。此外，晶体管Q2的发射极电流通过电阻R4和晶体管Q3形成固定的电流。而且，对应于电容器C1的输出电压的晶体管Q6的输出电压Vo也如图4所示逐渐下降。
而且，特别是在驱动电路21中，将输出电压Vo的上升时间Tr和下降时间Tf的通过速率α设定为理想值，由此可抑制驱动电压、发热量和消耗电力。
再有，通过速率α是使驱动压电元件B1～Bn的矩形波或梯形波的驱动电压脉冲从峰值Vp的10％的电平V10上升到90％的电平V90的变化率(单位是V/sec)。即，该α用α＝(V90-V10)/Tr＝ΔV/Tr…(1)来表示。
其中，Tr是脉冲从电平V10上升至电平V90的时间。再有，下降时的通过速率α通过使用下降时间Tf(脉冲从电平V90下降至电平V10的时间)来代替Tr，可以同样地表示。此外，在图3的驱动电路21中，通过调整电阻R3·R4的电阻值，可以将α设定为期望的值。
这里，具体地说明通过速率α的优选值。即，如果设提供给压电元件B1～Bn的输出电压Vo的脉冲电压值为ΔV，油墨加压室K1～Kn的振动系统(油墨加压室K1～Kn中由压电元件B1～Bn振动的系统；油墨喷出系统)的固有振动周期为Ti，则将通过速率α设定为满足α＜20×ΔV/Ti(V/sec)的值较好。此外，将该通过速率α设定为满足α＜10×ΔV/Ti(V/sec)的值更好。
此外，由于α＝ΔV/Tr＝ΔV/Tf，所以将所述脉冲电压(输出电压)的上升时间Tr、下降时间Tf设定为1/20＜Tr/Ti，并且1/20＜Tf/Ti…(a)较好。此外，使这些Tr、Tf为1/10≤Tr/Ti，并且1/10≤Tf/Ti…(b)较好。
而且，除了上述条件以外，将这些Tr、Tf设定为Tr/Ti＜1/3，并且Tf/Ti＜1/3…(c)较好。
下面，说明将α、Tr/Ti、Tf/Ti的值设定在上述范围内较好的理由(再有，以下，设Tr＝Tf)。
一般地，压电元件为与由一对电极夹置电介质的电容器相同的构造。而且，对于该压电元件，驱动时注入的电荷Q以Q＝CV…(2)来表示。此外，由于Q＝∫idt…(3)，所以有C·(V/Tr)＝C·(V/Tf)＝i…(4)。由此，如果驱动电压V的上升和下降陡峭，则电流i成为大电流。例如，如果通过速率α变为2倍，(Tr和Tf为1/2)，则电流i也变为2倍。
而且，如果打印头内的布线和模拟开关等的充放电系统的电阻分量为R，则发热量U以U＝i2·R(Tr+Tf)…(5)来表示。
因此，如果通过速率α变高，则Tr、Tf变小，但电流i以平方产生影响，所以可理解发热量和消耗电力增大。
另一方面，喷出性能依赖于油墨加压室中的振动系统的动能(速度Vmax)。即，如果通过速率α(斜度)平缓，则为了获得相同的喷出压力，就必须提高与位移相当的驱动电压。这将在以下说明。
可将油墨加压室的振动系统(油墨喷出系统)置换为图5所示的振动系统。如图6所示，以可以在期望的时间Tr内获得期望的位移Xr来设定通过速率α。如果设m为油墨加压室的振动系统的等价质量，xo(t)为任意时刻t时的位置，xb(t)为基点位置，k为等效弹性，则可将时间t＜Tr时的振动系统的运动以下式所示的速度和位置的函数来表示。
m{d2xo(t)/dt2}+k{xo(t)-xb(t)}＝0…(6)如果对上式进行将时间t拉普拉斯变换为函数s并求解以后的振动，则上式为m·s2·Xo(s)+k{Xo(s)-Xb(s)}＝0…(7)。然后，如果该式(7)和将一次函数xb(t)＝α·t进行拉普拉斯变换所得的函数进行组合，则(s2+k/m)Xo(s)＝Xb(s)k/m＝α·K/(m·s2) …(8)。这里，如果对Xo(s)进行整理，则Xo(s)＝α·k/{m·s2(s2+ωn2)}…(9)其中，ωn2＝k/m。如果将上述式9进行拉普拉斯逆变换来求xo(t)，则如图7所示，有xo(t)＝(α·k/m)(1/ωn3)(ωn·t-sin(ωn·t))＝(α/ωn)(ωn·t-sin(ωn·t))＝α{t-(1/ωn)·sin(ωn·t)}…(10)以图6中的上升时间Tr为边界的上升部和梯形的上底部构成的折线曲线xb’(t)的拉普拉斯变换在时间t≥Tr时，根据估计定理，有Xb’(s)＝ωn(α/s2)(1-ε-Tr·s)…(11)。而如果将式11代入上述式8，则可得Xo’(s)＝ωn(α/s2)(1-ε-Tr·s)/(s2+ωn2) …(12)。如果对该式12进行拉普拉斯逆变换，可求出对折线曲线xb’(t)的位移xo’(t)。该位移在时间t≥Tr的区域中，有xo’(t)＝xo(t)-xo(t-Tr)＝α(t-(1/ωn)·sin(ωn·t))-α{(t-Tr)-(1/ωn)·sin(ωn·(t-Tr))}…(13)。如果整理该式13，则可得xo’(t)＝Xr(1-(2/ωn·Tr))·sin(ωn·(Tr/2))·cos(ωn·(2t-Tr)/2))…(14)。如果归一化为Xr＝1、Tr＝0.2，并根据上式10和式14来求位移X(t)，则可获得图8所示的曲线。
根据上述式14和图8，对于折线输入的最大位移Xp’的条件tp有tp＝(Ti+Tr)/2…(15)。而获得最大位移Xp’的梯形波形的上底部的维持时间Tv为Tv＝(Ti-Tr)/2…(16)。再有，Xp’是时间t≥Tr中的最大位移。
因此，为了维持规定的重复喷出频率，在驱动脉冲宽度被固定的状态下，如果压电元件的驱动电压的上升和下降变缓(如果上式中的时间Tr、Tf变长)，则振动系统的最大位移Xp减少(最大速度减少)，需要的驱动电压升高，可以理解需要高压电源。
图9是表示在油墨加压室K1～Kn中的振动系统(以及压电元件B1～Bn)中，在施加任意的通过速率的脉冲时的振动状态和发热状态的图。
提供给振动系统的振动能量(提供给喷出的能量)在振动速度＝0的最大位移时全部成为位移能量的形态。由此，将振动能量作为充分获得脉冲宽度时(在式14中，“COS”的项为“-1或+1”，并且“SIN”的项和“COS”的项之积为“负”时，成为最大位移)的最大位移Xp的平方的函数来求。再有，Xp是时间t＜Tr中的最大位移。
因此，在图9中，表示将饱和值归一化为“1”的Xp2。换句话说，图示了改变Tr/Ti时的振动能量相对于Tr/Ti充分小时的饱和振动能量达到哪种程度的效率。而且，将基于式(5)驱动时产生的发热量作为以Tr/Ti＝1/20时为标准(作为“1”)的归一化发热量来图示。于是，发热量有随着Tr/Ti的减小而直线增加的倾向。
根据图9，可抑制驱动电路的发热，并可更高效率地读取用于获得振动能量的Tr和Ti之比。即，在Tr/Ti＝1/20时有Xp2＝0.99(效率99％，这里所谓的效率是Tr/Ti充分小时的相对于饱和的振动能量的比率)，归一化发热量为1。除此以外，即使减小Tr/Ti，效率也几乎不上升，而仅增加发热量。另一方面，通过使Tr/Ti＝1/10，尽管Xp2＝0.98(效率99％)和效率下降1％左右，但归一化发热量为0.5，与Tr/Ti＝1/20时进行比较，可以将发热降低一半。但是，为了进一步降低发热量，如果将Tr/Ti设定得非常大，则有Xp2急剧下降的倾向，所以在要获得相同振动能量时，需要提高驱动电压。这里，将Xp2急剧下降的Xp2＝0.80(效率80％)定义为变极点。此外，为了获得稳定的驱动，必须避免比该变极点小。因此，为了确保在变极点以上，需要使Tr/Ti在1/3以下。
即，为了抑制驱动电路的发热，更高效率地获得振动能量，有1/20≤Tr/Ti≤1/3，作为进一步的发热对策，为1/10≤Tr/Ti≤1/3更好。
下面，对构成该打印机的喷墨头13，以便使油墨加压室K1～Kn暂时膨胀后进行收缩，由此喷出油墨的情况进行说明。再有，在这种情况下，将油墨加压室K1～Kn中的膨胀和其维持的过程所需的时间设定为油墨加压室K1～Kn中的振动系统的固有振动周期Ti的1/2。
在进行膨胀、收缩的驱动中，膨胀步骤结束时的位移Xt成为收缩时的初始位移。因此，通过尽量大地设定收缩结束时的位移Xt，可提高收缩时进行的喷出振动的能量。图10与图9同样，是表示膨胀结束时、即时间t＝Ti/2中的振动状态和发热状态的图。
如图11所示，油墨加压室K1～Kn上粘结的压电元件B1～Bn以A相的驱动波形来膨胀，以B相的驱动波形来收缩。即，在压电元件B1～Bn中，以收缩时作为基准，在非驱动状态中施加Vh/2的电压，在膨胀时施加Vh的电压，在收缩时施加0V的电压。
根据图10，可抑制驱动电路的发热，并可更高效率地读取用于获得振动能量的Tr和Ti之比。即，在Tr/Ti＝1/20时有Xp2＝0.98(效率98％)，归一化发热量为1。除此以外，即使减小Tr/Ti，效率也几乎不上升，而仅增加发热量。另一方面，通过使Tr/Ti’＝1/10，尽管Xp2＝0.94(效率94％)和效率下降4％左右，但归一化发热量为0.5，与Tr/Ti’＝1/20时进行比较，可以将发热降低一半。但是，为了进一步降低发热量，如果将Tr/Ti’设定得非常大，则有Xp2急剧下降的倾向，所以在要获得相同振动能量时，需要提高驱动电压。这里，将Xp2急剧下降的Xp2＝0.80(效率80％)定义为变极点。此外，为了获得稳定的驱动，必须避免比该变极点小。因此，为了确保在变极点以上，需要使Tr/Ti’在大约1/6(正确地说，在图10中为1/5.8)以下。
即，为了抑制驱动电路的发热，更高效率地获得振动能量，有1/20≤Tr/Ti’≤1/6，作为进一步的发热对策，为1/10≤Tr/Ti’≤1/6更好。
而且，通过使上述脉冲电压上升后的维持时间Tv为上述式16所示的(Ti’-Tr)/2，可获得最大效率。
再有，在本实施例中，设上升时间Tr和下降时间Tf相等(Tr＝Tf)。但是，并不限于此，只要Tr、Tf满足上述的(a)(或(b))和(c)，则也可以为相互不同的值。
此外，这些Tr、Tf不一定必须满足(a)(或(b))或(c)双方。通过以满足其中之一来设定Tr、Tf，可以实现发热量的抑制或驱动电压的抑制(以及压电元件的充分位移)。
此外，这些Tr、Tf双方不必满足上述的(a)(或(b))和/或(c)。通过设定Tr、Tf的一个来满足(a)(或(b))和/或(c)，在某种程度上可以实现发热量的抑制或驱动电压的抑制(以及压电元件的充分位移)。
此外，上述喷墨打印机也可以是喷墨记录装置。
此外，在本实施例中，论述了具有采用本发明的压电元件的驱动方法的喷墨头13的喷墨打印机。但是，本发明的驱动方法不限于喷墨头的压电元件，是可以在超声波清洗机、超声波加湿器和超声波电机等的压电元件(压电体)上施加矩形波或梯形波来驱动时适用的方法。
此外，在由压电元件(B1～Bn)振动的振动系统的固有振动周期为Ti，提供给上述压电元件(B1～Bn)的驱动电压的上升时间为Tr，下降时间为Tf时，可以将本发明的压电元件的驱动电路(21)表现为将Tr、Tf的至少其中一个设定在Ti的二十分之一以上。
如上所述，本发明的压电元件的驱动方法(本驱动方法)是以下方法在由压电元件振动的系统(振动系统)的固有振动周期为Ti，提供给上述压电元件的驱动电压的上升时间为Tr，下降时间为Tf时，将Tr、Tf的至少其中一个设定在Ti的二十分之一以上。
本驱动方法是可以在喷墨打印机、超声波清洗机、超声波加湿器和超声波电机等的压电元件(压电体)上施加矩形波或梯形波来驱动时适用的方法。
这里，压电元件有与将电介质用一对电极夹置的电容器相同的构造。因此，在本驱动方法中，可使提供给这样的压电元件的驱动电压中的Tr、Tf的至少其中一个为由压电元件振动的振动系统的固有振动周期Ti的二十分之一以上。
由此，在本驱动方法中，可以防止Tr、Tf过小引起的大电流造成的布线和开关元件等的充放电系统的电阻分量产生的损失。因此，可以抑制发热和消耗电力。
此外，在本驱动方法中，将Tr、Tf的至少其中一个设定在Ti的十分之一以上较好。由此，不大损失振动能量(1％以下)，就可以使发热量减少一半。这里所说的振动能量效率是Tr/Ti充分小时的相对于饱和的振动能量的比率。因此，可减轻驱动电路的散热设计，具有降低成本的优点。
此外，在本驱动方法中，将Tr、Tf的至少其中一个设定在Ti的三分之一以下较好。由此，可以防止振动能量效率的极度下降(确保效率在80％以上)，其结果，可以抑制驱动电压的上升。这里所说的振动能量效率是Tr/Ti充分小时的相对于饱和的振动能量的比率。因此，可减轻驱动电路的散热设计，具有降低成本的优点。
此外，在本驱动方法中，将Tr、Tf的至少其中一个设定在Ti的六分之一以下较好。由此，在随着使振动系统暂时膨胀后收缩的双方向变形的驱动中，可以防止振动能量效率的极度下降(确保效率在80％以上)，其结果，可以抑制驱动电压的上升。这里所说的振动能量效率是Tr/Ti充分小时的相对于饱和的振动能量的比率。因此，可减轻驱动电路的散热设计，具有降低成本的优点。
此外，在本驱动方法中，将维持驱动电压的时间Tv设定为满足Tv≈(Ti-Tr)/2较好。
相对于驱动电压的压电元件的位移在(Ti+Tr)/2时最大。因此，通过将驱动电压从上升至(Ti+Tr)/2的剩余时间作为维持时间Tv来维持驱动电压，可使压电元件的位移达到最大值。因此，只要使驱动电压的维持时间Tv为上述值，在经过该维持时间Tv时刻进行驱动电压的极性切换等，就可获得最大效率。
此外，本发明的喷墨头(本打印头)有将隔壁的一部分由压电元件构成的多个油墨加压室，通过提供驱动电压来使上述压电元件变形，使油墨加压室内的油墨喷出。因此，在本打印头中，在油墨加压室中的振动系统的固有振动周期为Ti，提供给上述压电元件的驱动电压的上升时间为Tr、下降时间为Tf时，将Tr、Tf的至少其中一个设定在Ti的二十分之一以上。
即，本打印头是使用上述驱动方法的喷墨头。因此，在本打印头中，可以防止Tr、Tf过小引起的大电流造成的布线和开关元件等的充放电系统的电阻分量产生的损失。因此，可以抑制发热和消耗电力。
此外，本发明的喷墨打印机(本打印机)在配有将隔壁的一部分由压电元件构成的多个油墨加压室，通过提供驱动电压来使上述压电元件变形，使油墨加压室内的油墨喷出的喷墨头的喷墨打印机中，具有以下结构在上述油墨加压室中的固有振动周期为Ti，提供给上述压电元件的驱动电压的上升时间为Tr、下降时间为Tf时，将Tr、Tf的至少其中一个设定在Ti的二十分之一以上。
即，本打印机是配有上述本打印头的打印机。因此，在本打印机中，可以防止Tr、Tf过小引起的大电流造成的布线和开关元件等的充放电系统的电阻分量产生的损失。因此，可以抑制发热和消耗电力。
此外，也可以说，本发明涉及可以在喷墨记录装置的喷墨头、超声波清洗机、超声波加湿器和超声波电机等的压电体上施加矩形波或梯形波来进行驱动时适用的压电元件的驱动方法、以及使用该驱动方法的喷墨记录装置。
此外，在上述特开平6-305134号公报中，公开了在油墨加压室内的固有振动周期为Tc，驱动电压的上升时间为T2、下降时间为T1时，通过使T1+T2≥Tc/2，对于油墨种类和环境造成的粘度变化，可用低成本实现稳定的打印质量的喷墨打印机及其驱动方法。
而本打印机可以说是采用本发明的实施例的压电元件的驱动方法的喷墨打印机。
此外，本打印机的喷墨头例如使用图3的驱动电路，有带有喷嘴的多个油墨加压室，在每个油墨加压室中配有该驱动电路。因此，可以说，通过将驱动电压提供给构成所述油墨加压室的隔壁的一部分的压电元件，使该油墨加压室暂时膨胀后收缩，或者没有膨胀行程而通过直接收缩来喷出油墨。
此外，图3所示的输出电压Vo也可以是按照图像数据通过模拟开关A1、A2、…、An选择性地提供给压电元件B1、B2、…、Bn的电压。此外，可以说，图5是说明喷墨头的喷出系统的振动模型的图。
此外，就本发明来说，也可以论述如下。即，图3的电路中应该关注的方面是通过所述电阻R3、R4的电阻值的设定等，如后述那样设定所述输出电压Vo的上升时间Tr和下降时间Tf中的通过速率α，从而可抑制驱动电压、发热量和消耗电力。具体地说，设提供给压电元件B1、B2、…、Bn的脉冲的电压值为ΔV，喷墨头的油墨喷出系统的固有振动周期为Ti，使通过速率α为α＜20×ΔV/Ti(V/sec)。因此，在所述脉冲电压的上升时间为Tr、下降时间为Tf时，由于α＝ΔV/Ti(＝Tf)，所以1/20≤Tr/Ti、Tf/Ti。而且，最好是1/10≤Tr/Ti、Tf/Ti。这是因为无论喷墨头的形状如何，都将所述上升时间Tr和下降时间Tf以所述油墨喷出系统的固有振动周期Ti进行归一化，在使其变化时，所述压电元件B1、B2、…、Bn的位移量和发热量(＝消耗电力)如图9所示那样变化。再有，在图9中，作为位移具有的振动能量，用最大位移的平方Xp2来表示。
因此，通过使所述脉冲电压的上升时间Tr和下降时间Tf如上述那样为喷墨头的油墨喷出系统的固有振动周期Ti的1/20以上的时间，可以抑制所述驱动电压、发热量和消耗电力，同时可以获得期望的位移量。
此外，通过使所述脉冲电压的上升时间Tr和下降时间Tf为所述油墨喷出系统的固有振动周期Ti的1/3以下的时间，还可以确保所述电压波形的上升或下降越陡峭就越高的压电元件的位移在变极点(效率80％)以上，特别是在所述油墨喷出系统的固有振动周期Ti的1/20附近时，可以使所述压电元件产生的喷出能量大致饱和。
此外，如上所述，在通过使油墨加压室暂时膨胀后收缩来喷出油墨的驱动方法中，将膨胀和其维持过程所需的时间设定为油墨喷出系统的固有振动周期Ti’的1/2情况下的位移能量示于图10，其驱动波形示于图11。粘结在油墨加压室上的压电元件用A相的驱动波形进行膨胀，用B相的驱动波形进行收缩。即，在压电元件中，以收缩时作为基准电压，在非驱动状态时施加Vh/2的电压，在所述膨胀时施加Vh的电压，在所述收缩时施加0V的电压。
从上述图10可知，通过使脉冲电压的上升时间Tr和下降时间Tf为如上述的油墨喷出系统的固有振动周期Ti的1/20以上的时间，可以抑制所述驱动电压、发热量和消耗电力，同时可以获得期望的位移量。
此外，通过使所述脉冲电压的上升时间Tr和下降时间Tf为所述固有振动周期Ti’的1/6以下的时间，还可以确保所述电压波形的上升或下降越陡峭就越高的压电元件的位移在变极点(效率80％)以上，特别是在所述油墨喷出系统的固有振动周期Ti’的1/20附近时，可以使所述压电元件的位移大致饱和。
而且，通过使从所述脉冲对于从上升开始的维持时间Tv如上述式16所示那样为(Ti’-Tr)/2，可以获得最大效率。
此外，也可以将本发明表现为以下的第1和第2压电元件的驱动方法及第1和第2喷墨记录装置。即，第1压电元件的驱动方法是以下方法在由压电元件振动的振动系统的固有振动周期为Ti，提供给所述压电元件的驱动电压的上升时间为Tr、下降时间为Tf时，设定为
1/20≤Tr/Ti，Tf/Ti≤1/3。
根据该方法，在将驱动电压提供给与用一对电极夹置电介质的电容器相同构造的压电元件时，如果电压波形的上升和下降陡峭，则对于流过大电流、因布线和开关元件等的充放电系统的电阻分量产生的损失而使所述驱动电压、发热和消耗电力增大的情况来说，通过使所述驱动电压的上升时间Tr和下降时间Tf为上述压电元件振动的系统的固有振动周期Ti的1/20以上的时间，可抑制所述驱动电压、发热量和消耗功率。
此外，通过使所述驱动电压的上升时间Tr和下降时间Tf为所述固有振动周期Ti的1/3以下的时间，还可以确保所述电压波形的上升或下降越陡峭就越可确保压电元件的振动能量效率在80％以上，特别是在所述固有振动周期Ti的1/20附近时，可以使所述压电元件的位移能量大致饱和。
此外，第2压电元件的驱动方法的特征在于，在第1压电元件的驱动方法中，在维持所述驱动电压的时间为Tv时，将该Tv设定为Tv≈(Ti-Tr)/2。
根据上述方法，相对于所述驱动电压的压电元件的位移在(Ti+Tr)/2时最大，所以通过将驱动电压从上升至(Ti+Tr)/2的剩余时间作为维持时间Tv来维持驱动电压，可使压电元件的位移达到最大值。
因此，使驱动电压的维持时间Tv为上述值，在经过该维持时间Tv的时刻进行驱动电压的极性切换等，可以获得最大效率。
此外，第1喷墨记录装置配有喷墨头，该喷墨头有带有喷嘴的多个油墨加压室，将驱动电压提供给构成所述油墨加压室的一部分隔壁的压电元件，通过使该压电元件变形，使所述油墨加压室存储的油墨从所述喷嘴飞翔到用纸上来进行记录，其特征在于，所述喷墨头的油墨喷出系统的固有振动周期为Ti，采用第1或第2压电元件的驱动方法。
根据该结构，可抑制所述驱动电压、发热和消耗电力，同时可以获得高的喷出效率。
此外，第2喷墨记录装置通过使第1喷墨记录装置的所述油墨加压室暂时膨胀后收缩来喷出油墨，其特征在于，所述膨胀和其维持过程所需的时间为油墨喷出系统的固有振动周期Ti的1/2，并且最好设定为
1/20≤Tr/Ti、Tf/Ti≤1/6。
根据该结构，通过使驱动电压的上升时间Tr和下降时间Tf的下限在油墨喷出系统的固有振动周期Ti的1/20以上，在将由墨加压室的膨胀和其维持过程所需的时间设定为油墨喷出系统的固有振动周期Ti的1/2的情况下，也可抑制驱动电压、发热量和消耗电力，特别是可使发热量和消耗电力减少一半。
在发明的详细说明项中记述的具体实施形态或实施例终究用于明确本发明的技术内容。因此，本发明不应限于这些具体例而被狭义地解释。即，本发明在本发明的精神和下述权利要求的范围内，可进行各种变更来实施。
权利要求
1.一种压电元件(B1～Bn)的驱动方法，在压电元件(B1～Bn)产生的振动的振动系统的固有振动周期为Ti，提供给所述压电元件(B1～Bn)的驱动电压的上升时间为Tr、下降时间为Tf时，将Tr、Tf的至少其中一个设定为Ti的二十分之一以上。
2.如权利要求1所述的压电元件(B1～Bn)的驱动方法，其中，将所述Tr、Tf的至少其中一个设定在Ti的十分之一以上。
3.如权利要求1所述的压电元件(B1～Bn)的驱动方法，其中，将所述Tr、Tf的至少其中一个设定为Ti的三分之一以下。
4.如权利要求1所述的压电元件(B1～Bn)的驱动方法，其中，将所述Tr、Tf的至少其中一个设定为Ti的六分之一以下。
5.如权利要求1所述的压电元件(B1～Bn)的驱动方法，其中，将维持所述驱动电压的时间Tv以满足Tv≈(Ti-Tr)/2来设定。
6.一种喷墨头(13)，其隔壁的一部分具有由压电元件(B1～Bn)构成的多个油墨加压室(K1～Kn)，通过提供驱动电压来使所述压电元件(B1～Bn)变形，使油墨加压室(K1～Kn)内的油墨喷出，其中在所述油墨加压室(K1～Kn)中的振动系统的固有振动周期为Ti，提供给所述压电元件(B1～Bn)的驱动电压的上升时间为Tr、下降时间为Tf时，将Tr、Tf的至少其中一个设定为Ti的二十分之一以上。
7.如权利要求6所述的喷墨头(13)，其中，将所述Tr、Tf的至少其中一个设定在Ti的十分之一以上。
8.如权利要求6所述的喷墨头(13)，其中，将所述Tr、Tf的至少其中一个设定为Ti的三分之一以下。
9.如权利要求6所述的喷墨头(13)，其中，对所述油墨加压室(K1～Kn)进行设定，使得通过其暂时膨胀后进行收缩来喷出油墨，而且，将所述Tr、Tf的至少其中一个设定为Ti的六分之一以下。
10.如权利要求6所述的喷墨头(13)，其中，将维持所述驱动电压的时间Tv以满足Tv≈(Ti-Tr)/2来设定。
11.一种喷墨打印机，其中，该喷墨打印机配有权利要求6～10的任何一项所述的喷墨头(13)。
全文摘要
通过使驱动电压的上升时间和下降时间为喷墨头的固有振动周期1/20以上的时间,可抑制出现陡峭时流过大电流、以及因布线和开关元件等的充放电系统的电阻分量造成的损失而引起增大驱动电压、发热量和消耗电力。此外,通过使这些上升时间和下降时间为固有振动周期的1/3以下的时间,从而可以使电压波形的上升和下降越陡峭越升高的压电元件的振动能量效率在(80%)以上。此外,通过使这些上升时间和下降时间在固有振动周期Ti的1/20附近,从而使压电元件产生的喷出能量大致饱和。由此,在驱动喷墨记录装置等中使用的压电元件时,可以抑制驱动电压、发热量和消耗电力。
文档编号B41J2/045GK1422748SQ0215430
公开日2003年6月11日 申请日期2002年11月28日 优先权日2001年11月30日
发明者小城良章, 石井洋 申请人:夏普公司