专利名称：具有压电致动器的喷墨头的驱动方法
技术领域：
本发明涉及喷墨头的驱动方法，特别是具有压电致动器(Piezoelectric Actuator)的喷墨头的驱动方法。
背景技术：
压电致动器得到了广泛的应用。压电致动器包括分别形成在压电层的顶 部和底部的电极。当电压加在压电层的顶部和底部时，形成压电层的材料发 生形变。通过控制压电层顶部和底部的电极之间的电压，可以改变压电层的 形状。将至少一个电极分为多个独立的电极，从而可以控制加在压电层各个 部分的电压。压电致动器的其中一个用途是，驱动墨滴产生装置的喷墨头， 比如说，驱动喷墨打印机中的喷墨头。现有技术中的喷墨头，具有多个供墨通道及压电致动器。每一个供墨通 道与一个喷嘴相连。通过激发压电致动器，特定的喷嘴可以喷出墨滴。在目前的喷墨技术中，主要利用喷墨电压来控制墨滴的大小(质量)。然 而，喷墨头具有好几百个喷嘴，要改变每个喷嘴的喷墨电压，在技术上是一 个挑战。为了简化设计，喷墨头使用了单极性的梯形波。然而，即使如此，在其 工作范围内，电压与墨滴的大小的关系也并非总是线性的。发明内容有鉴于此，有必要提供一种更易于控制的方法，驱动具有压电致动器的 喷墨头。一种具有压电致动器的喷墨头的驱动方法，该方法包括以下步骤传送 一个负脉冲，驱动压电致动器发生形变，从而使墨水填充到喷墨头的墨水室； 传送一个正脉冲，驱动压电致动器发生形变，从而使墨水从墨水室喷出。上述负脉冲有峰值电压UL以及第一可调持续时间tl，上述正脉冲有峰值
电压UH以及第二可调持续时间t2。在负脉沖的峰值电压UL、正脉冲的峰值电压UH以及第一可调持续时间tl均保持恒定时，墨滴的大小可以通过改变第二可调持续时间t2来精确控制。第二可调持续时间t2来与墨滴大小几乎是 线性的，所以，可以容易而且精确地控制墨滴的大小。
图1是本发明实施例具有喷墨头的墨滴产生装置的一部分的剖面示意图。图2是本发明实施例脉冲的波形示意图。图3是本发明实施例当墨水填充满喷墨头时，墨滴产生装置的一部分的 剖面示意图。图4是本发明实施例当喷墨头喷出墨滴时，墨滴产生装置的一部分的剖 面示意图。图5是本发明实施例第一例中电脉冲的波形示意图。图6是本发明实施例第一例中正脉冲的第二可调持续时间t2与墨滴质量 的变化关系图。图7是本发明实施例第二例中电脉冲的波形示意图。图8是本发明实施例第二例中正脉冲的第二可调持续时间t2与墨滴质量 的变化关系图。图9是本发明实施例第三例中电脉冲的波形示意图。图IO是本发明实施例第三例中正脉冲的第二可调持续时间t2与墨滴质 量的变化关系图。具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步之详细说明。如图1所示，为墨滴产生装置100的一部分。该墨滴产生装置100包括一个喷墨头10，为喷墨头IO供应墨水的供墨池12，以及控制喷墨头10的脉冲发生器(Pulse Generator) 14。喷墨头10包括一个基板101,与基板101相对的压电致动器103，喷嘴 板105，以及多个连接基板101与压电致动器103的侧板106。压电致动器 103呈板状。基板IOI，压电致动器103,喷嘴板105，与側板106共同构成 一个墨水室102,用于收容墨水。喷嘴板105构成墨水室102的一个侧板。 喷嘴板105上具有一个喷嘴109，墨水通过喷嘴109喷出。作为另一种实施 方式，基板101与侧板106可以是一体形成的。压电致动器103由压电材料制成，例如压电陶资，或者其它合适的压电 材料。 一般地，压电致动器103可以叠加或连接在墨水室102的壁上。压电 致动器103具有一个内表面1031，以及与内表面1031相对的外表面1032。 一对电极107、 108分别设置在内表面1031及外表面1032。脉沖发生器14 与电极107、 108电连接，从而在电才及107、 108上施加电压。净喿作中，脉冲 发生器14在电极107、 108上施加一个电压，由于压电材料的偏振方向，在 压电致动器103上产生一个剪力。从而，压电致动器103产生形变。当压电 致动器103朝着墨水室102.的方向发生形变，压力作用在墨水室103内的墨 水，从而通过喷嘴109将墨滴喷出。而且，压电致动器103通过一个供墨通道122与供墨池12连接。供墨 池12对墨水室102供给墨水。请一起参阅图2至图4，以下结合本实施例对具有压电致动器的喷墨头 的驱动方法进行介绍，为简化起见，以下只以一个喷墨周期为例进行描述。 该方法包括以下步骤步骤一传送一个负脉冲31，驱动压电致动器103发生形变，从而使墨 水填充到喷墨头10的墨水室102;步骤二传送一个正脉冲32，驱动压电致动器103发生形变，从而使墨 水从墨水室102喷出。在步骤一中，来自供墨池12的墨水110将墨水室102填充满，脉冲发 生器14在电极107、 108上施加一个负脉冲31。压电致动器103往外发生变 形，从而使墨水室102的容积增大，如图3所示。墨水110从供墨池12流 进墨水室102,直到填充满墨水室102为止。负脉冲31较低的电压极限值为-85伏(v)到-70伏，较高的电压极限值
为-50伏到-40伏。优选地，负脉沖31的峰值化在-80伏到-48伏的范围内。负脉沖31有第一可调持续时间tl,实现迅速地完全填满墨水室102。 第一可调持续时间tl的变化可能影响墨水室102中墨水110的体积，甚至 导致步骤二中喷出的墨滴112的大小改变。优选地，第一持续时间tl的范 围是2微秒到6微秒。在步骤二中，墨滴112从墨水室102中喷出。脉冲发生器14在电极107、 108上施加一个正脉冲32。 /人而压电致动器103向内发生形变，从而减少墨 水室102的容积，如图4所示。从而，墨水通过喷嘴109从墨水室102喷出。正脉沖32较低的电压极限值为+ 35伏到+55伏，较高的电压极限值为+75 伏到+85伏。优选地，正脉冲32的峰值Uh在+45伏到+80伏的范围内。正脉沖32有第二可调持续时间t2，实现精确地喷出墨滴112。值得注 意的是，墨滴112的大小可以通过改变第二持续时间t2来调整。优选地， 第二持续时间t2的范围是2微秒到9微秒。而且，每一个正脉冲和每一个负脉冲可以是梯形波、矩形波、或者其它 合适的波形。在本实施例中，正脉冲和负脉冲都是梯形波(包括一个上升沿、 一个平坦区以及一个下降沿)，因为梯形波有利于提供喷墨头IO—段时间作 为緩冲，以便为下一动作做准备。可以理解，步骤一和步骤二可以依次序重复，对墨水室102填充墨水以 及从墨水室102中喷出更多的墨滴。优选地，步骤一与步骤二在从70°C (摄 氏度)到75。C的温度下进行。在本实施例中，脉冲发生器14可以是任意波形产生器(Arbitrary Waveform Generator),墨滴产生装置100可以用现场可程序化门阵列面板 (Field Programmable Gate Array Panel, FPGA Panel)精确控制脉沖发生 器14及喷墨头10的运作。喷墨头10可以是一个Spectra 压电式 (piezo-based) SX型号的喷墨头。墨滴产生装置100是用于制造彩色滤光片 的红绿蓝(RGB)数组。作为替代的实施例，墨滴产生装置100可以是喷墨打 印机或者类似的装置。在本实施例，在负脉冲31的峰值电压UL、正脉沖32的峰值电压Uh以及 第一可调持续时间tl均保持恒定时，墨滴的大小可以通过改变第二可调持续时间t2来精确控制。第二可调持续时间t2来与墨滴大小几乎是线性的， 所以，可以容易而且精确地控制墨滴的大小。以下结合三个例子说明。 第 一例请一起参考图5及图6。在本例中， 一个负脉沖311与一个正脉沖321 交替地施加在喷墨头10上，如困5所示。负脉冲311的电压峰值U③是-55 伏。正脉冲321的电压峰值11 312是+45伏。负脉冲311的第一可调持续时间 tl固定为4微秒。正脉冲321的第二可调持续时间t2从3微秒变化到6微 秒。第二可调持续时间t2与墨滴质量的变化关系图如图6所示。第二可调 持续时间t2的单位是微秒，墨滴质量的单位是毫克(mg)。第二例请一起参考图7及图8。在本例中， 一个负脉冲312与一个正脉沖322 交替地施加在喷墨头10上，如图7所示。负脉冲312的电压峰值U^是-48 伏。正脉冲322的电压峰值U隨是+48伏。负脉冲312的第一可调持续时间 tl固定为3微秒。正脉沖322的第二可调持续时间t2从1微秒变化到4微 秒。第二可调持续时间t2与墨滴质量的变化关系图如图8所示。第二可调 持续时间t2与墨滴质量的关系是线性的。第三例请一起参考图9及图10。在本例中， 一个负脉冲313与一个正脉沖323 交替地施加在喷墨头10上，如图5所示。负脉冲313的电压峰值U,是-60 伏。正脉冲323的电压峰值U图是+75'伏。负脉冲313的第一可调持续时间 tl固定为3微秒。正脉冲323的第二可调持续时间t2从0. 5微秒变化到6 微秒。第二可调持续时间t2与墨滴质量的变化关系图如图IO所示。另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些 依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
权利要求
1.一种具有压电致动器的喷墨头的驱动方法，该方法包括以下步骤传送一个负脉冲，驱动压电致动器发生形变，从而使墨水填充到喷墨头的墨水室；传送一个正脉冲，驱动压电致动器发生形变，从而使墨水从墨水室喷出。
2. 如权利要求1所述的具有压电致动器的喷墨头的驱动方法，其特征在于， 所述负脉冲的峰值变化范围是从-80伏到-48伏。
3. 如权利要求1所述的具有压电致动器的喷墨头的驱动方法，其特征在于， 所述正脉沖的峰值变化范围是从+45伏到+80伏。
4. 如权利要求1所述的具有压电致动器的喷墨头的驱动方法，其特征在于， 所述负脉冲的峰值是-48伏，正脉冲的峰值是+48伏。
5. 如权利要求1所述的具有压电致动器的喷墨头的驱动方法，其特征在于， 所述负脉冲具有第一可调持续时间tl，用于将墨水完全填充满墨水室。
6. 如权利要求5所述的具有压电致动器的喷墨头的驱动方法，其特征在于， 所述第一可调持续时间tl的变化范围是从2微秒到6微秒。
7. 如权利要求1所述的具有压电致动器的喷墨头的驱动方法，其特征在于， 所述正脉冲具有第二可调持续时间t2，用于喷出墨水。
8. 如权利要求7所述的具有压电致动器的喷墨头的驱动方法，其特征在于， 所述第二可调持续时间t2的变化范围是从2微秒到9微秒。
9. 如权利要求1所述的具有压电致动器的喷墨头的驱动方法，其特征在于， 所述负脉冲是梯形波。
10. 如权利要求1所述的具有压电致动器的喷墨头的驱动方法，其特征在于，所述正脉冲是梯形波。
11. 如权利要求1所述的具有压电致动器的喷墨头的驱动方法，其特征在于，所述步骤均是在7(TC到75。C的温度下进行。
全文摘要
一种具有压电致动器的喷墨头的驱动方法，该方法包括以下步骤传送一个负脉冲，驱动压电致动器发生形变，从而使墨水填充到喷墨头的墨水室；传送一个正脉冲，驱动压电致动器发生形变，从而使墨水从墨水室喷出。
文档编号B41J2/045GK101130297SQ20061011180
公开日2008年2月27日 申请日期2006年8月23日 优先权日2006年8月23日
发明者杨悟铭, 杨燿宏 申请人:Icf科技有限公司