专利名称：从喷墨打印机喷射滴尺寸可变的滴的制作方法
技术领域：
本发明涉及喷墨打印机，具体说，涉及能够喷射滴尺寸可变的滴的喷 墨打印机。
背景技术：
在压电喷墨打印机中，打印头包括多个墨室，各墨室与喷孔和墨贮存 器流体连通。墨室的至少一个壁与压电材料接合。当被致动时，该压电材 料发生变形。该变形导致壁的变形，进而产生压力波，该压力波在从墨贮 存器汲取出另外的墨的同时，最终将墨推出喷孔外。
为了在打印图像上提供更大的密度变化，通常有利的是从墨室喷射尺 寸不同的墨微滴。这样做的一种方法是依次致动压电材料。对压电材料的 每次致动会泵送一团墨到喷孔外。如果以高于墨室的共振频率的频率进行 致动，则在第一团开始飞向基材前，后续团将到达喷孔板。因此，所有团 合并在一起而形成一个微滴。这个微滴的尺寸取决于该4鼓滴从喷孔飞向基
材前发生的致动次数。2004年3月15日提交的共同待审申请10/800467中 公开了这种喷墨打印机，其内容通过引用并入本文。
发明内容
一方面，本发明涉及一种使墨从喷墨打印机的墨室喷出的方法。这种 方法包括使第一团墨从墨室排出；并且在经过选定间隔后，使第二团墨 从墨室排出。所述间隔选定为大于所述室的基本共振频率的倒数，并且选 定为使所述第 一团在所述第二团被排出时与所述墨室中的墨保持接触。
一些实施例包括使第二团喷出包括向所述第二团施加大于第一团的 速度的速度。
其它实施例包括在经过选定间隔后，使第三团墨>匸人墨室排出。在部 分这些实施例中，使第三团墨排出包括向所述第三团施加大于所述第二团 的速度的速度。在这些实施例中，有些还包括使所述第一团、第二团和第一动量、第二动量和第三动量，所述第一动量、第二 动量和第三动量选定为使包含所述第 一 团、第二团和第三团的墨滴的滴寿 命等于由两团墨形成的墨滴的滴寿命。
其它实施例包括这样的实施例，其中将所述间隔选定为约15微秒到 16樣i秒之间。
还有其它实施例包括使所述第一团和第二团具有第一动量和第二动 量，所述第一动量和第二动量选定为使包含所述第一团和第二团的墨滴的 滴寿命等于由单团墨形成的墨滴的滴寿命。
另外的实施例包括这样的实施例，其中使第一团墨和第二团墨排出 包括从预定的喷射脉沖模板(palette)中选择喷射脉冲的组合。
另 一方面，本发明还涉及一种使墨从喷墨打印机头的墨室喷出的方法。 这种方法包括确定生成具有选定滴尺寸的墨滴所需的墨团的第 一数量； 排出墨以形成长度随时间而增加的自由表面流体引导部，所述自由表面流 体引导部在所述墨室中的墨与移动远离喷孔的领先墨团之间延伸；以及使 一组跟随墨团沿所述自由表面流体引导部朝所述领先团前进。这组跟随团 中的团的数量比所述第一数量少一个。这些团被大于所述墨室的基本共振 频率的倒数的间隔暂时分开。
在一些实施例中，使一组跟随墨团沿自由表面流体引导部前进的步骤 包括使所述跟随团以大于领先团的速度的速度前进。
本发明的其它方面包括一种机器可读介质(machine-readable media), 在该介质上编码有使任意上述方法得以执行的软件。
另一方面，本发明涉及用于喷墨打印机的压电打印头。这种打印头包 括限定出墨室的壁；与所述墨室机械连通的压电致动器；和用于控制所 述压电致动器的控制器。所述控制器配置成使所述压电致动器完成以下动 作使第一团墨从所述墨室排出，并且在经过选定间隔后，使第二团墨从 所述墨室排出。所述间隔选定为大于所述室的基本共振频率的倒数。另夕卜， 所述间隔选定为使所述第 一团在所述第二团被排出时，与所述墨室中的墨 保持接触。
除非另有说明，否则本文所使用的全部技术和科学术语的意思与本发 明所属领域的技术人员通常了解的相同。下面将描述适当的方法和材料， ^旦在本发明的实施和测试中也可^f吏用与本文所述方法和材料相似或相等的方法和材料。本文所提及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献 通过引用而整体并入本文。在有冲突的情况下，将以本说明书(包括定义) 为准。另外，所述材料、方法和实例只起示例作用，并非旨在用于限制。
本发明的其它特征和优点将在以下详细描述以及权利要求书中变得清 楚明了。
图1示出来自喷墨打印头的墨室； 图2示出喷射脉冲； 图3示出具有三个喷射脉冲的模板； 图4示出前往基材途中的独立墨微滴； 图5示出前往基材途中的单个大墨滴； 图6示出结合而形成墨滴的墨团； 图7示出由图3的激励波形生成的墨团； 图8示出滴寿命和脉冲延迟期。
具体实施例方式
图1示出墨室IO，该墨室IO与喷墨打印机的压电打印头中的多个喷墨 器之一相关联。墨室IO具有与压电材料接合的主动壁(active wall) 12，所 述压电材料连接至受控制器16控制的电源14。位于墨室IO的一端的通道 18提供与墨贮存器20的流体连通，该墨贮存器20被打印头的多个其它墨 室(未示出)共享。在墨室10的另一端，由喷孔板24形成的喷孔22实现 与墨室IO外部的空气的流体连通。
操作中，控制器16接收指示待喷出的滴的尺寸的指令。基于所需的尺 寸，控制器16向主动壁12施加激励波形(excitation waveform )。
该激励波形包括从预定喷射脉沖的模板中选择一个或多个喷射脉冲。 每个喷射脉冲经由喷孔22排出墨团。从模板中选出的且组成特定激励波形 的喷射脉冲的数量取决于所需滴的尺寸。总之，需求的滴(dr叩)越大，所 需用来形成滴的团(bolus)的数量就越多，因此激励波形将包含更多的喷 射脉沖。
图2示出来自一喷射脉沖模板的一个这种预定的喷射脉冲。该喷射脉冲以汲取相位(draw phase)开始，其中压电材料发生变形以使墨室10的 体积扩大。这使得墨被从贮存器20中汲取出来，并进入墨室10中。
在汲取相位期间发生的变形产生第 一压力波，该第 一压力波源于扰动 源，即主动壁12。该第一压力波沿两个方向远离其源头前进，直到到达该 第一压力波发生声音阻抗变化的位置。在该位置，第一压力波中的至少一 部分能量被反射回源头。
在经过汲取时间td后，开始等待相位(waiting phase )。等待相位的持 续时间，称为"等待时间tw"，被选择为允许上述压力波从源头向外传播、 在阻抗骤变点发生反射、并返回起点。因此，该持续时间取决于墨室10内 的波传播速度以及波源与阻抗骤变点之间的距离。
在等待相位后，控制器16开始喷射相位(ejection phase),该喷射相位 的持续时间由喷射时间tj艮定。在喷射相位，压电材料发生变形，以使墨 室10恢复为原始体积。这引发第二压力波。通过正确地设置等待相位的持 续时间，可将第一压力波和第二压力波设置成同相位，从而使其相长地 (constructively)叠加。因此，组合的第一和第二压力波协同经由喷孔22 排出墨团。
汲取相位期间压电材料发生的变形程度调控与由喷射脉冲形成的团相 关J[关的动量(momentum )。
图3示出具有三个喷射脉沖的喷射脉冲模板。在所有属性中，各个喷 射脉冲的特征是脉冲振幅和脉冲延迟期。脉冲振幅控制由喷射脉沖形成的 团的动量。喷射脉冲的脉冲延迟期是基准时间与特定事件之间的时间间隔， 该特定事件与该喷射脉冲相关联。基准时间优选为打印机控制电路发送触 发脉冲的时间。该时间可被视为激励波形的开始时间。用于标明脉沖延迟 期的另 一端点的事件优选为喷射脉冲的开始时间。
图3也可看作是使用在激励模板中可用的全部三个喷射脉沖的激励波 形。其它激励波形可包括这三个可用喷射脉沖的子组。例如，两团式墨滴 可由只具有第 一和第三喷射脉沖、只具有第 一和第二喷射脉冲或只具有第 二和第三喷射脉冲的激励波形形成。 一 团式墨滴可由只具有三个可用喷射
脉冲中的一个喷射脉冲的激励波形形成。
在第一操作模式中，连续脉沖之间的间隔相对较长。当以这种方式操
作时，由第一脉冲排出的团开始从喷孔板24飞行至基材，然后排出第二团。因此，该第一操作模式生成一系列独立的微滴，这些微滴如图4所示那样 飞向基材。这些微滴在飞行中或在基材上彼此结合，以形成更大的滴。
图4所示的与微滴连接的长尾状物在飞行期间破碎成伴随体 (satellite )。于是，这些尾状物可以以非受控方式降落在基材上。因此，源 于这些尾状物的墨的非受控分布在基材上形成杂散标记，从而破坏打印质量。
在第二操作模式中，喷射脉冲之间的间隔非常短。当以这种快速喷射 方式操作时，团的排出如此迅速，以致团在仍与喷孔板24上的墨相连时就 彼此结合。这导致形成单个大的滴(如图5所示)，然后，该大的滴在完全 形成后离开喷孔板24。该第二操作模式避免了形成多个尾状物。
在第三操作模式中，喷射脉冲之间的间隔选择成长到足以避免修整的 扩散(rectified diffusion),而又短到足以使由脉冲序列排出的团在离开喷孔 板24前往基材的途中，通过带状部(igament)保持彼此相连。图6示出 了示例性的一串这种团。
在该第三操作模式中，与团之间的带状部相关联的表面张力倾向于将 团吸在一起而形成单个滴。这避免了形成多个可能会不可控制地飞溅到基 材上的长尾状物。
与喷射脉沖相关联的确切数字参数取决于特定墨室10的详细情况以及 墨的性质。然而，作为一般规则，喷射脉沖之间的时间间隔对应于这样一 种频率，该频率低于墨室10的基本共振频率，但又不会低到致使团彼此分 开而形成如图4所示的离散微滴。因此，喷射脉沖之间的该时间间隔大于 表示为每秒周期数(cycles per second)的基本(即最低)共振频率的倒数。
对于墨在40。C具有llcps的粘性的情况，图3是一个示例性激励波形， 该激励波形用于形成质量高达20ng的滴，并通过足以每50微秒就喷出一 个这种滴的速率(即以20kHz的滴喷射频率)来达成。喷射脉冲彼此间隔 约为15-16孩i秒(即脉沖重复频率为63.5kHz)。
可用于组成激励波形的喷射脉冲的脉冲延迟期和振幅选择为使激励波 形的开始时间与由该波形形成的墨滴撞击基材的时间之间的间隔(本文称 为"滴寿命(drop lifetime)")独立于墨滴的尺寸。如本文所使用的，并如 图8所示，激励波形的开始时间不必与用于该波形中的第一喷射脉沖的开 始时间一致。例如，如果用于特定滴的激励波形只使用了三个可用喷射脉间是假设使用第 一喷射脉冲时 第一喷射脉沖开始的时间。以这种方法审慎选择喷射脉沖的振幅和延迟期 意味着打印头驱动电路发送触发信号的时间是独立于滴尺寸的。更确切地， 根据滴尺寸而变化的是从喷射脉冲模板中选择构成用于该墨滴的特定激励 波形的那些喷射脉冲。这大大地简化了驱动电路的设计。
虽然图8示出了朝上延伸的脉沖，但这并非旨在表示任何关于用在驱
动电路中的电流和电压的实际信号。图8的纵轴省略了任何关于极性的基 准就是为了确保该一般原则。
在图3所示的喷射脉冲的特定模板中，电压下降随脉沖延迟而增大。 因此，所形成的第一团的动量最低，而随后形成的团依次具有更高的动量。 这允许后形成的团更容易追上早形成的团。
虽然图3所示的喷射脉冲模板只具有三个喷射脉冲，但本文所描述的 原则可轻易地应用于具有任意数量喷射脉沖的激励波形。
图7示出了每隔5微秒所拍摄的照片，这些照片并排放置以示出三个 团结合而形成单个滴。在30微秒标记时，慢速移动的第一团即将脱离喷孔 板，并开始飞向基材的行程。然而，该第一团通过带状部继续与墨室10内 的墨接触。
然后，在35微秒处，在第一团仍然与墨室IO内的墨接触的同时，移 动更快的第二团开始赶上第一团。在该过程中，第二团沿使第一团与墨室 10中的墨相连接的带状部前进。
在4(M敬秒处，第一团和第二团开始合并，并在45樣i秒时，滴通过第 二团的质量而长大。同时，带状部继续伸展。
在5(M效秒时，快速移动的第三团从喷孔中出现，并迅速地沿带状部移 动，以与第一团和第二团形成的滴接合。在以下15微秒内，第三团赶上所 述滴，并与之合并。然后，在以下10微秒内，此时已经聚集了三个团的质 量的所述滴终于脱离了喷孔板，并开始了飞向基材的行程。
用于形成较小的滴的激励波形将排出较少的团。因此，这种激励波形 将与图3所示的相同，但喷射脉冲更少。例如，可通过只从图3的预定喷 射脉沖中选择一个喷射脉冲来生成小墨滴，或者可从图3所示的三个预定 喷射脉沖中选择两个喷射脉沖来生成稍大的墨滴。在一个实施例中，图3 的第二喷射脉沖本身生成一团式墨滴，图3的第一和第三喷射脉冲协作以生成两团式墨滴，而图3所示的全部三个喷射脉冲协作以生成三团式墨滴。 然而，可根据喷射脉冲模板中可用的脉冲延迟期和振幅的特定组合，来选 择喷射脉沖的不同组合。例如，在某些情况下，可使用第一或第三喷射脉 冲来生成一团式滴。在其它情况下，可使第一和第二脉沖协作或者使第二 和第三脉冲协作来生成两团式墨滴。
在一些打印机中，可获得四种或四种以上的墨滴尺寸，在该情况下， 喷射脉沖的^^莫板将具有四个或四个以上的可用喷射脉冲。
总之，可用于组成激励波形的全体喷射脉冲包括振幅和延迟期选定为 使不同墨滴尺寸的数量最大化的喷射脉冲，所述不同墨滴尺寸可在滴寿命 独立于滴尺寸的限制条件下生成。在某些情况下，这包括提供大滴，该大 滴具有足够的动量，以使该大滴的速度与较小的滴的速度相同。或者，如 果大的滴和小的滴具有不同的速度，则可为移动较快的滴选择延迟期较长 的喷射脉沖，从而让移动较慢的滴先出发。在这种情况下，移动较快的滴 和移动较慢的滴将同时到达基材。
在多团式墨滴的情况下，与尾状物相关联的墨质量由最后一个喷射脉 冲所形成的团的墨质量限制(capped)。因此，尾状物的质量与墨滴的质量 不成比例。相反，随着墨滴变大，尾状物的质量与墨滴的质量的比率逐渐 变小。
在图7所示的滴形成过程中，带状部实际上为压力脉冲从墨室10向第 一团的传播形成了动态拉长的自由表面流体引导部或传输线。这些压力脉 冲使其余团沿传输线朝第 一 团前进。
因为流体引导部的表面也是流体的表面，所以流体引导部是"自由表 面，，流体引导部，因此，流体引导部由形成带状部的墨的表面张力保持在 一起。因此，墨的表面张力越大，流体引导部可维持得越长，并且后续团 沿着引导部前进以与领先的团合并的时间就越多。
以上描述了本发明及其优选实施方式，其新颖性和要求专利保护的内 容见权利要求。
权利要求
1、一种使墨从喷墨打印机的墨室喷出的方法，该方法包括使第一团墨从所述墨室排出；在经过选定间隔后，使第二团墨从所述墨室排出；其中，所述间隔选定为大于所述室的基本共振频率的倒数，并且所述间隔选定为使所述第一团在所述第二团被排出时与所述墨室中的墨保持接触。
2、 如权利要求l所述的方法，其中，使所述第二团喷出包括向所述第 二团施加大于所述第一团的速度的速度。
3、 如权利要求1所述的方法，其中，还包括在经过所述选定间隔后， 使第三团墨从所述墨室排出。
4、 如权利要求3所述的方法，其中，使第三团墨排出包括向所述第三 团施加大于所述第二团的速度的速度。
5、 如权利要求l所述的方法，其中，还包括将所述间隔选定为约15 微秒到16微秒之间。
6、 如权利要求l所述的方法，其中，还包括使所述第一团和第二团具有第一动量和第二动量，所述第一动量和第二动量选定为使包含所述第 一团和第二团的墨滴的滴寿命等于由单团墨形成的墨滴的滴寿命。
7、 如权利要求l所述的方法，其中，使第一团墨和第二团墨排出包括 从预定的喷射脉冲模板中选择喷射脉冲的组合。
8、 如权利要求4所述的方法，其中,还包括使所述第一团、第二团 和第三团具有相应的第一动量、第二动量和第三动量，所述第一动量、第 二动量和第三动量选定为使包含所述第 一 团、第二团和第三团的墨滴的滴 寿命等于由两团墨形成的墨滴的滴寿命。
9、 一种使墨从喷墨打印机头的墨室喷出的方法，该方法包括 确定生成具有选定滴尺寸的墨滴所需的墨团的第 一数量； 排出墨以形成长度随时间而增加的自由表面流体引导部，所述自由表面流体引导部在所述墨室中的墨与移动远离喷孔的领先墨团之间延伸；使一组跟随墨团沿所迷自由表面流体引导部朝所述领先团前进，所述 一组跟随团的团数比所述第一数量少一个，这些团被大于所述墨室的基本共振频率的倒数的间隔暂时分开。
10、 如权利要求9所述的方法，其中，使一组跟随墨团沿所述自由表面流体引导部前进的步骤包括使所述跟随团以大于所述领先团的速度的速 度前进。
11、 一种机器可读介质，在该介质上编码有使墨从喷墨打印机的墨室喷出的软件，所述软件包括以下指令使第 一 团墨从所述墨室排出；在经过选定间隔后，使第二团墨从所述墨室排出；其中，所述间隔选定为大于所述室的基本共振频率的倒数，并且所述 间隔选定为使所述第 一 团在所述第二团被排出时与所述墨室中的墨保持接 触。
12、 如权利要求11所述的机器可读介质，其中，用于使所述第二团喷 出的指令包括以下指令向所述第二团施加大于所述第一团的速度的速度。
13、 如权利要求11所述的机器可读介质，其中，所述软件还包括以下 指令在经过选定间隔后，使第三团墨从所述墨室排出。
14、 如权利要求13所述的机器可读介质，其中，用于使所述第三团墨 排出的指令包括以下指令向所述第三团施加大于所述第二团的速度的速 度。
15、 如权利要求11所述的机器可读介质，其中，所述软件还包括以下 指令将所述间隔选择为约15微秒到16微秒之间。
16、 如权利要求11所迷的机器可读介质，其中，所述软件还包括以下 指令使所述第一团和第二团具有第一动量和第二动量，所述第一动量和 第二动量选定为使包含所述第一团和第二团的墨滴的滴寿命等于由单团墨 形成的墨滴的滴寿命。
17、 如权利要求11所述的机器可读介质，其中，用于使第一墨团和第 二墨团排出的指令包括以下指令从预定的喷射脉冲模板中选择喷射脉冲 的组合。
18、 如权利要求14所述的机器可读介质，其中，所述软件还包括以下 指令使所述第一团、第二团和第三团具有相应的第一动量、第二动量和 第三动量，所述第一动量、第二动量和第三动量选定为使包含所述第一团、 第二团和第三团的墨滴的滴寿命等于由两团墨形成的墨滴的滴寿命。
19、 一种机器可读介质，在该介质上编码有使墨从喷墨打印机头的墨 室喷出的软件，所述软件包括以下指令确定生成具有选定滴尺寸的墨滴所需的墨团的第 一数量；排出墨以形成长度随时间而增加的自由表面流体引导部，所述自由表面流体引导部在所述墨室中的墨与移动远离喷孔的领先墨团之间延伸；使一组跟随墨团沿所述自由表面流体引导部朝所述领先团前进，所述一组跟随团的团数比所述第一数量少一个，这些团被大于所述墨室的基本共振频率的倒数的间隔暂时分开。
20、 如权利要求19所述的机器可读介质，其中，使一组跟随墨团沿所 述自由表面流体引导部前进的指令包括以下指令使所述跟随团以大于所 述领先团的速度的速度前进。
21、 一种用于喷墨打印机的压电打印头，所述打印头包括 限定出墨室的壁；与所述墨室机械连通的压电致动器；用于控制所述压电致动器的控制器，所述控制器配置成使所述压电致 动器完成以下动作从所述墨室排出第一团墨，并且在经过选定间隔后， 从所述墨室排出第二团墨，其中，所述间隔选定为大于所述室的基本共振频率的倒数，并且所述 间隔选定为使所述第 一 团在所述第二团被排出时与所述墨室中的墨保持接
全文摘要
一种使墨从喷墨打印机的墨室喷出的方法，包括使第一团墨从墨室排出；并且在经过选定间隔后，使第二团墨从墨室排出。所述间隔选定为大于所述室的基本共振频率的倒数，并且选定为使所述第一团在所述第二团被排出时与所述墨室中的墨保持接触。
文档编号B41J2/045GK101622133SQ200880006806
公开日2010年1月6日 申请日期2008年1月10日 优先权日2007年1月11日
发明者威廉·莱滕德里, 罗伯特·哈森贝因, 迪恩·A·加德纳 申请人:富士胶卷迪马蒂克斯股份有限公司