Патент на изобретение №2184038
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ КАПЕЛЬ (ВАРИАНТЫ), УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСАЖДЕНИЯ КАПЕЛЬ
(57) Реферат: Устройство для осаждения капель содержит камеру, снабжаемую жидкостью для получения капель и сообщающуюся с соплом для выброса из нее капель, и средство привода, возбуждаемое посредством электрических сигналов для изменения объема камеры. Изменение объема, достаточное для выброса капли, выполняют в соответствии с входными данными выброса капли. Имеется средство управления для подачи на средство привода таких электрических сигналов, что температура жидкости для получения капель в камере остается, по существу, независимой от изменений входных данных выброса капли. Способ работы устройства для осаждения капель заключается в управлении электрическими сигналами так, что температура жидкости для получения капель в камере остается, по существу, независимой от изменений входных данных выброса капли. Конструкция и способ работы устройства обеспечивают рабочую гибкость печатающей головки. 3 с. и 53 з.п. ф-лы, 25 ил. Настоящее изобретение относится к способам управления устройства для осаждения капель, а более конкретно, к струйным печатающим головкам, содержащим камеру, в которую подают жидкость для получения капель и сообщающуюся с соплом для выброса из нее капель, и средство, приводимое в действие с помощью электрических сигналов, для изменения объема камеры, причем изменение объема, достаточное для выброса капель, производят в соответствии с входными данными выброса капли. Устройство этого типа хорошо известно в технике. В ЕР-А-0 364 136 показана печатающая головка, образованная с помощью ряда чернильных каналов, выполненных с двух сторон с помощью пьезоэлектрических боковых стенок, которые отклоняются в направлении электрического поля, прикладываемого с помощью электродов, расположенных на поверхностях стенок таким образом, чтобы уменьшить объем чернильного канала и произвести выброс капли из связанного с ним сопла. В отличие от “тепловых” печатающих головок, в которых каждый чернильный канал снабжен нагревателем, приводимым в действие для образования пузырька пара, который выталкивает чернила из канала через связанное с ним сопло, для печатающих головок с “изменяемым объемом камеры”, таких как описано выше, отсутствует необходимость нагревания чернил в канале. Однако, было обнаружено, что в камерах печатающей головки с “изменяемым объемом камеры” может происходить нагревание чернил, особенно, когда она эксплуатируется на высокой частоте. На фиг. 1 сопроводительных чертежей изображен график зависимости скорости U выброса капли от амплитуды V электрического сигнала, прикладываемого к пьезоэлектрическим боковым стенкам канала в печатающей головке типа, показанного в вышеупомянутом ЕР-А-0 364 136. График А соответствует частоте выброса капель (по одной капле) за каждый период выброса капли, причем длительность каждого периода выброса капли составляет 0,25 мс, в то время как график В соответствует частоте выброса капли (по одной капле) за каждые 66 периодов выброса капель. Следует отметить, что для заданной амплитуды V электрического сигнала, значительно более быстрые капли будут выбрасываться печатающей головкой при работе на более высокой частоте выброса, чем при более низкой частоте выброса. Такое увеличение скорости связано с уменьшением потерь за счет вязкости во время процесса выброса капли из-за уменьшения вязкости чернил. Это, в свою очередь, является результатом увеличения температуры чернил между двумя режимами работы А и В, вызванного нагреванием чернил в канале, которое происходит предположительно из-за неэффективной работы печатающей головки. Будет оценено, что скорость выброса капли необходимо учитывать при синхронизации выброса капли из печатающей головки с перемещением подложки относительно печатающей головки, и что любое изменение скорости будет проявляться в ошибках расположения капли при конечной печати. Например, допуск размещения капли часто определяется как одна четверть шага капли. Таким образом, для плотности матричной печати 360 точек на дюйм (141 точки/см), допуск размещения капель будет  X = 18 мкм. Зависимость изменения скорости выброса капли U с допуском размещения точки выражается формулойU = U2dX/hUh,где h – длина траектории пролета (обычно 1,0 мм), Uh – скорость передвижения печатающей головки относительно подложки печати (обычно 0,7 м/с) и Ud – средняя скорость выброса капли. Для средних скоростей выброса капли 5,10 и 15 м/с, максимальное приемлемое изменение скорости выброса капли составляет 0,65, 2,6 и 5,8 м/с, соответственно. Таким образом имеется существенно большее допустимое отклонение скорости капли, когда средняя скорость выброса капли имеет значение более 5 м/с. С другой стороны, существует максимальная скорость выброса капли (“пороговая скорость”) Uthr, которая соответствует началу капиллярной нестабильности. Для принтеров с изменяемым объемом (пьезоэлектрические), определено, что Uthr должна обычно находиться в диапазоне 12-15 м/с, когда поддерживается непрерывный выброс капли с высокой частотой, хотя более высокие скорости выброса капли можно получить во время коротких выбросов с образованием капли. Будет также оценено, что частота, на которой начинает функционировать камера в печатающей головке, будет зависеть от входных данных выброса капли (которые будут определяться с помощью изображения, которое должно быть напечатано, и которые обычно изменяются от высоких значений до низких). Таким образом, в печатающей головке, которая имеет камеру, работающую в соответствии с фиг. 1 и при заданной амплитуде (например, 35) электрического сигнала V, входные данные выброса капли, позволяющие камере производить частый выброс капли (график А), в результате приведут к скорости капли 15 м/с, в то время как последовательные входные данные могут только позволить камере произвести выброс капли с более низкой частотой (график В) и, следовательно, при гораздо более низкой скорости 2 м/с. Такое большое (750%) изменение скорости выброса несомненно приведет к погрешностям размещения капель и к уменьшению качества напечатанного изображения. Такая ошибка может происходить для каждой камеры в многокамерной печатающей головке. Степень различия между двумя этими условиями увеличивается за счет вязкости чернил, а также рабочей частоты, делая управление этим эффектом особенно важным в высокоскоростных принтерах. Из фиг. 1 также видно, что существует только узкий диапазон величины V сигнала возбуждения, обозначенного W, в пределах которого можно гарантировать выброс капель как при высокой, так и при низкой частотах. Это, в свою очередь, сильно ограничивает рабочую гибкость печатающей головки. Для реализации способа по настоящему изобретению используют устройство для осаждения капель, содержащее камеру, снабжаемую жидкостью для получения капель и сообщающуюся с соплом для выброса из нее капель, и средство привода, возбуждаемое с помощью электрических сигналов для изменения объема камеры, причем изменение объема, достаточное для выброса капли, выполняют в соответствии с входными данными выброса капли. При этом способ заключается в управлении электрическими сигналами так, что температура жидкости для получения капель в камере остается по существу независимой от изменений входных данных выброса капли. При осуществлении способа подают во время последовательных периодов выброса капли и в соответствии с входными данными выброса капли первый электрический сигнал, производящий выброс капли, или второй электрический сигнал, не производящий выброс капли, причем изменение температуры жидкости для получения капель в камере, вызванное подачей первого электрического сигнала, по существу равно изменению, вызванному подачей второго электрического сигнала. При осуществлении способа используют устройство для осаждения капель, содержащее первую и вторую камеры, каждая из которых снабжается жидкостью для получения капель и сообщается с соплом для выброса из камеры капель. Каждая камера имеет соответствующее средство привода, возбуждаемое с помощью электрических сигналов, для изменения объема камер и для выборочного выброса капель из камер в соответствии с входными данными выброса капли. Активизируют средство привода для выброса капель из первой камеры, но не из второй камеры, и для выборочного электрического нагревания жидкости во второй камере с уменьшением различия по температуре между жидкостью во второй камере и жидкостью в первой камере. При реализации способа выброс капли из первой камеры выполняют с помощью приложения первого электрического сигнала к ее средству привода, причем выборочное электрическое нагревание жидкости во второй камере выполняют с помощью приложения второго электрического сигнала к ее средству привода. При осуществлении способа второй электрический сигнал имеет амплитуду меньше той, которая требуется для выброса капли. При осуществлении способа второй сигнал имеет длительность меньше, чем это требуется для выполнения выброса капли. При реализации способа во втором сигнале отсутствуют те частоты, которые необходимы для выполнения выброса капли. При реализации способа второй сигнал содержит два субсигнала, которые подают последовательно для увеличения объема камеры и уменьшения объема камеры, соответственно. При осуществлении способа субсигналы задерживают относительно друг друга так, чтобы соответствующие волны давления, вызванные действием сигналов, по существу затухли. При осуществлении способа используют средство привода, содержащее пьезоэлектрический материал. Пьезоэлектрический материал простирается вдоль большей части стенки камеры. При реализации способа второй сигнал генерирует потери на гистерезис в пьезоэлектрическом материале. При реализации способа потери на гистерезис, которые образуются в пьезоэлектрическом материале посредством второго сигнала, составляют больше, чем 50% потерь на гистерезис, которые образуются в пьезоэлектрическом материале посредством первого сигнала. Целесообразно, чтобы потери на гистерезис, которые образуются в пьезоэлектрическом материале посредством второго сигнала, составляют приблизительно 60% потерь на гистерезис, которые образуются в пьезоэлектрическом материале посредством первого сигнала. При осуществлении способа камера или камеры являются частью матрицы каналов, сформированных в основании, при этом стенки расположены между каналами, причем каждая стенка содержит пьезоэлектрический материал, возбуждаемый посредством электрических сигналов, для отклонения стенок, относящихся к каналу с изменением объема канала. При этом выбирают последовательные каналы матрицы для одной из множества групп на основе периодичности, активизируют каждую группу каналов в последовательные периоды и производят выброс капли из камер активизированной группы в соответствии с входными данными выброса капли. Управляют электрическими сигналами так, чтобы температура жидкости для получения капель в каждом из каналов активизированной группы оставалась по существу независимой от изменений во входных данных выброса капли. При реализации способа подают первые сигналы к каналам активизированной группы, где входные данные выброса капли определяют ее выброс, и подают вторые сигналы к тем каналам активизированной группы, где входные данные выброса капли не определяют ее выброс. При этом третьи сигналы подают к тем каналам матрицы, которые не являются активизированными для выброса капли. При этом изменение температуры жидкости для получения капель в канале, вызванное подачей третьего электрического сигнала, по существу равно изменению, вызванному подачей первого или второго электрических сигналов. При осуществлении способа множество первых и/или вторых сигналов подают в течение периода выброса капли. При этом сумма числа первых поданных сигналов и числа вторых поданных сигналов является постоянной для последовательных периодов выброса капли. При осуществлении способа вторым электрическим сигналом управляют в зависимости от дополнительного сигнала, несущего информацию о температуре. При этом дополнительный сигнал несет информацию о температуре устройства, причем электрические сигналы подают для поддержания температуры устройства постоянной. Возможен вариант, в котором дополнительный сигнал несет информацию о температуре устройства и температуре окружающей среды, причем электрические сигналы подают для поддержания температуры устройства постоянной. При осуществлении способа используют устройство, содержащее матрицу каналов, и дополнительный сигнал несет информацию о температуре жидкости для получения капель в каналах в крайних точках матрицы. Целесообразно, чтобы камера или камеры являлись частью матрицы каналов, причем выбирают последовательные каналы матрицы для одной из множества групп на основе периодичности. Активизируют каждую группу каналов в последовательные периоды и выполняют выброс капли из каналов активизированной группы в соответствии с входными данными выброса капли, при этом подают электрические сигналы в каналы, принадлежащие к группам, которые не являются активизированными. При этом электрический сигнал подают в каналы, принадлежащие как к активизированным, так и к неактивизированным группам. При осуществлении способа используют средство привода камер, имеющее первый и второй электроды и возбуждаемое с помощью разности потенциалов, прикладываемой к первому и второму электродам для выброса капли из камеры через сопло. При этом жидкость во второй камере выборочно нагревают электрическим способом с помощью подачи на первый электрод первого сигнала напряжения, отличного от нуля, в течение первой длительности, подачи на второй электрод второго сигнала напряжения, отличного от нуля, в течение второй длительности. При этом первый и второй сигналы напряжения приложены вместе в течение промежутка времени меньшего, чем по меньшей мере одна из первой и второй длительностей. При этом подают первый и второй сигналы напряжения одной и той же полярности. При этом подают первый и второй сигналы напряжения равной амплитуды. При осуществлении способа один из первого и второго сигналов напряжения подают перед другим одним из первого и второго сигналов напряжения и прекращают подачу перед другим одним из первого и второго сигналов напряжения. Возможен вариант, при котором подают первый и второй сигналы напряжения, равной длительности и смещенные по времени относительно друг друга. Возможен вариант, при котором подают первый и/или второй сигнал напряжения, который изменяется по амплитуде во времени. При этом увеличивают первый сигнал напряжения при уменьшении второго сигнала напряжения. При этом подают первый и/или второй сигнал напряжения, который изменяется ступенчатым способом от первой амплитуды до второй амплитуды и обратно до первой амплитуды. При реализации способа используют устройство, содержащее многочисленные каналы, каждый из которых образует камеру и смещен относительно других каналов в направлении матрицы перпендикулярно длине каналов и отделен от следующего с помощью боковых стенок, проходящих в направлении вдоль длины каналов. Причем средство привода связано с каждой боковой стенкой и выполнено с возможностью возбуждения для отклонения стенки, с выбросом капли из соответствующего канала. При этом первый и второй электроды каждого средства привода заканчиваются в одном или другом из каналов, отделенных с помощью боковых стенок, соответственно. При этом канал содержит общее окончание для электродов двух средств привода, связанных с двумя стенками канала, определяющими канал. При этом поочередно выбирают последовательные каналы матрицы для одной из двух групп и поочередно активизируют каждую группу для выброса капли в последовательных циклах. Подают к общему окончанию в каналах, принадлежащих к неактивизированной группе, первый сигнал напряжения на первой частоте и подают к общему окончанию каналов, принадлежащих к активизированной группе, вторые сигналы напряжения в соответствии с входными данными выброса капли. При этом поочередно выбирают последовательные каналы активизированной группы для первой и второй подгрупп. Подают к общим окончаниям каналов, принадлежащим к первой подгруппе, третий сигнал напряжения, повторяющий наполовину первую частоту, подают к общим окончаниям каналов, принадлежащим ко второй подгруппе, четвертый сигнал напряжения, также повторяющий наполовину первую частоту, причем третий и четвертый сигналы напряжения находятся в противофазе. При этом первый сигнал напряжения содержит ступенчатое увеличение напряжения, за которым следует ступенчатое уменьшение напряжения на период времени Т, за которым следует нулевое напряжение на период времени Т. Причем каждый третий и четвертый сигнал напряжения содержит ступенчатое повышение напряжения, за которым следует ступенчатое уменьшение напряжения на период времени 2Т, за которым следует нулевое напряжение на период времени 2Т. При этом первое напряжение содержит пилообразный сигнал напряжения, имеющий период повторения, равный периоду времени Т, причем каждый третий и четвертый сигналы напряжения содержат ступенчатое увеличение напряжения, за которым следует ступенчатое уменьшение напряжения на период времени Т, за которым следует нулевое напряжение на период времени Т. При другом варианте реализации способа используют устройство для осаждения капель, содержащее камеру, снабжаемую жидкостью для получения капель, сопло, сообщающееся с камерой для выброса из камеры капель, и средство привода, имеющее первый и второй электроды и возбуждаемое разностью потенциалов, прикладываемой к первому и второму электродам для выброса капель из камеры через сопло. При этом способ заключается в подаче на первый электрод первого сигнала напряжения, отличного от нуля, в течение первой длительности, подаче на второй электрод второго сигнала напряжения, отличного от нуля, в течение второй длительности, причем первый и второй сигналы напряжения приложены вместе в течение промежутка времени меньшего, чем по меньшей мере одна из первой и второй длительностей. При осуществлении способа подают первый и второй сигналы напряжения одной и той же полярности. При осуществлении способа подают первый и второй сигналы напряжения равной амплитуды. При реализации способа один из первого и второго сигналов напряжения подают перед другим одним из первого и второго сигналов напряжения и прекращают подачу перед другим одним из первого и второго сигналов напряжения. При реализации способа подают первый и второй сигналы напряжения, равной длительности и смещенные по времени относительно друг друга. При осуществлении способа подают первый и/или второй сигнал напряжения, который изменяется по амплитуде во времени. При этом увеличивают первый сигнал напряжения при уменьшении второго сигнала напряжения. При осуществлении способа подают первый и/или второй сигнал напряжения, который изменяется ступенчатым способом от первой амплитуды до второй амплитуды и обратно до первой амплитуды. При осуществлении способа используют устройство, содержащее многочисленные каналы, каждый из которых образует камеру и смещен относительно других каналов в направлении матрицы перпендикулярно длине каналов и отделен от следующего с помощью боковых стенок, проходящих в направлении вдоль длины каналов. Причем средство привода связано с каждой боковой стенкой и выполнено с возможностью возбуждения для отклонения стенки, с выбросом капли из соответствующего канала, при этом первый и второй электроды каждого средства привода заканчиваются в одном или другом из каналов, отделенных с помощью боковых стенок, соответственно. При этом канал содержит общее окончание для электродов двух средств привода, связанных с двумя стенками канала, определяющими канал. При реализации способа поочередно выбирают последовательные каналы матрицы для одной из двух групп и поочередно активизируют каждую группу для выброса капли в последовательных циклах. Подают к общему окончанию в каналах, принадлежащих к неактивизированной группе, первый сигнал напряжения на первой частоте, и подают к общему окончанию каналов, принадлежащих к активизированной группе, вторые сигналы напряжения в соответствии с входными данными выброса капли. При этом поочередно выбирают последовательные каналы активизированной группы для первой и второй подгрупп. Подают к общим окончаниям каналов, принадлежащим к первой подгруппе, третий сигнал напряжения, повторяющий наполовину первую частоту. Подают к общим окончаниям каналов, принадлежащим ко второй подгруппе, четвертый сигнал напряжения, также повторяющий наполовину первую частоту, причем третий и четвертый сигналы напряжения находятся в противофазе. При реализации способа первый сигнал напряжения содержит ступенчатое увеличение напряжения, за которым следует ступенчатое уменьшение напряжения на период времени Т, за которым следует нулевое напряжение на период времени Т. Причем каждый третий и четвертый сигналы напряжения содержат ступенчатое повышение напряжения, за которым следует ступенчатое уменьшение напряжения на период времени 2Т, за которым следует нулевое напряжение на период времени 2Т. При осуществлении способа первое напряжение содержит пилообразный сигнал напряжения, имеющий период повторения, равный периоду времени Т, причем каждый третий и четвертый сигналы напряжения содержат ступенчатое увеличение напряжения, за которым следует ступенчатое уменьшение напряжения на период времени Т, за которым следует нулевое напряжение на период времени Т. В настоящем изобретении используют устройство для осаждения капель, содержащее камеру, снабжаемую жидкостью для получения капель и сообщающуюся с соплом для выброса из нее капель, и средство привода, возбуждаемое посредством электрических сигналов для изменения объема камеры. При этом изменение объема, достаточное для выброса капли, выполняют в соответствии с входными данными выброса капли, причем имеется средство управления для подачи на средство привода таких электрических сигналов, что температура жидкости для получения капель в камере остается по существу независимой от изменений входных данных выброса капли. Согласно одному аспекту настоящего изобретения, эти проблемы решаются, по меньшей мере, в предпочтительных вариантах осуществления изобретения посредством способа управления устройством для осаждения капель, содержащим камеру, снабженную жидкостью для получения капель и сообщающуюся с соплом для выброса из нее капель, и средство привода, приводимое с помощью электрических сигналов для изменения объема камеры, причем изменение объема, достаточное для выброса капли, осуществляют в соответствии с входными данными выброса капли, при этом способ содержит стадии управления электрическими сигналами так, что температура жидкости для получения капель в камере остается по существу независимой от изменений во входных данных выброса капли. В таком способе можно избежать изменений скорости в активизированных (работающих) каналах из-за изменений вязкости чернил, которые, в свою очередь, связаны изменениями температуры, вызванными различными частотами возбуждения. Различные частоты возбуждения являются безусловно результатом различий входных данных выброса капли между различными активизированными каналами. Этот аспект настоящего изобретения также содержит способ управления устройством для осаждения капель, содержащим первую и вторую камеры, каждую из которых снабжают жидкостью для получения капель и каждая из которых сообщается с соплом для выброса из нее капель и имеет средство привода, приводимое с помощью электрических сигналов, для выборочного выброса капель из камер в соответствии с входными данными выброса капли, причем способ заключается в управлении средством привода для выброса капли из первой камеры, но не из второй камеры, и в выборочном электрическом нагревании жидкости во второй камере для уменьшения разности температур между жидкостью во второй камере и жидкостью в первой камере. Путем уменьшения изменения температуры жидкости для образования капель между первой и второй камерами, можно уменьшить разность по скорости выброса капель, влияющую на потери за счет вязкости. Таким образом, согласно изобретению предложен способ управления устройством для осаждения капель, содержащим камеру, снабжаемую жидкостью для получения капель и сообщающуюся с соплом для выброса из нее капель, и средство привода, приводимое с помощью электрических сигналов для выброса капель из камеры в соответствии с входными данными выброса капли, причем способ заключается в управлении электрическими сигналами так, что максимальная скорость выброса капли находится немного ниже пороговой скорости (Uthr). как определено ранее, а изменение скорости выброса капли из-за изменений температуры жидкости капли в камере находится в пределах диапазона, определенного с помощью ограничений в положении осажденной капли. Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложен способ управления устройством для осаждения капель, содержащим камеру, снабжаемую жидкостью для получения капель, сопло, сообщающееся с каналом для выброса из нее капель, и средство привода, имеющее первый и второй электроды и приводимое в действие с помощью разности потенциалов, между первым и вторым электродами для выброса капли из камеры через сопло, при этом способ заключается в приложении к первому электроду первого сигнала напряжения, отличного от нуля, имеющего первую длительность, приложении ко второму электроду второго сигнала напряжения, отличного от нуля, имеющего вторую длительность, при этом первый и второй сигналы напряжения приложены одновременно в течение промежутка времени меньшего, чем, по меньшей мере, одна из первой и второй длительностей. Этот второй аспект настоящего изобретения позволяет генерировать короткие потенциальные импульсы с использованием таких форм сигналов напряжения, которые имеют более высокую длительность и которые, таким образом, более просто получить без использования сложной и дорогой схемы. Такие короткие импульсы, обычно применяемые при работе печатающей головки, имеют специфическое использование при выполнении других аспектов изобретения, описанных выше. Новый принцип выборочного электрического нагревания камер устройства осаждения капель с целью уменьшения различий температуры жидкости различных камер, согласно которому это нагревание не используется для срабатывания камер (выброса капли), применим к любому такому устройству независимо от механизма срабатывания камер. Таким образом, в другом аспекте настоящего изобретения предложен способ управления устройством для осаждения капель, содержащим камеру, снабжаемую жидкостью для получения капель и сообщающуюся с соплом для выброса из нее капель, и средство привода, приводимое с помощью электрических сигналов, для выброса капли в соответствии с входными данными выброса капли, причем способ заключается в управлении электрическими сигналами, так, что температура жидкости для образования капель в камере остается по существу независимой от изменений входных данных выброса капли. Согласно другому аспекту изобретения предложен способ управления устройством для осаждения капель, содержащим камеру, снабжаемую жидкостью для получения капель и сообщающуюся с соплом для выброса из нее капель, и средство привода, приводимое с помощью электрических сигналов, для изменения объема камеры, при этом изменение объема, достаточное для выброса капли, производят в соответствии со входными данными выброса капли, причем способ заключается в приложении электрических сигналов для приведения в действие средства привода без выброса капли из сопла, при этом электрическими сигналами управляют в зависимости от дополнительного сигнала, соответствующего температуре. Такой способ в предпочтительных вариантах осуществления изобретения может облегчить более сложное управление температурой жидкости для осаждения капель. Настоящее изобретение также содержит средство для обработки сигнала с конфигурацией, подходящей для осуществления вышеупомянутых способов, и для управления устройством осаждения капли, содержащим такое средство для обработки сигнала. Предпочтительные признаки и варианты осуществления настоящего изобретения изложены в зависимых пунктах формулы изобретения и в описании, которое приведено ниже. Краткое описание чертежей Сущность изобретения иллюстрируется ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых: фиг. 2 изображает в изометрии и разобранном виде одну форму чернильной струйной печатающей головки, включающую пьезоэлектрические стеновые приводы, которые работают в сдвиговом режиме, и содержащую основание печатающей головки, крышку и пластину с соплами; фиг.3 – в изометрии вид печатающей головки по фиг.2 после сборки; фиг.4 – схему возбуждения, подсоединенную через соединительные дорожки к печатающей головке, к которой подают сигналы напряжения возбуждения определенной формы, сигналы синхронизации и входные данные выброса капли для выбора чернильных каналов для того, чтобы при приложении сигнала выбрасывать капли из выбранных каналов; фиг.5 (а) и (b) – формы сигналов, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения; фиг. 6 – отклик пьезоэлектрического привода на шаговое входное напряжение; фиг.7 – изменение скорости U выброса капли от амплитуды V электрического сигнала, подаваемого для выброса капель из печатающей головки, работающей в соответствии с настоящим изобретением; фиг.8 – зависимость между скоростью U выброса капель и амплитудой импульса возбуждения для обычной печатающей головки типа, показанного на фиг.2-4; фиг. 9 – вариант формы сигнала возбуждения без выброса капли в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 10 – дополнительный вариант формы сигнала возбуждения без выброса капли; фиг. 11 – формы сигналов напряжения возбуждения, которые подают на шесть соседних каналов, работающих в “многоцикловом” режиме в соответствии с настоящим изобретением; фиг. 12-15 – альтернативные варианты формы сигналов возбуждения, которые подаются на канал (е) “без выброса/активизированный” и на соседние каналы совместно с результирующей разностью потенциалов между стенками, связывающими канал (е); фиг. 16 – формы сигналов напряжения возбуждения, подаваемые на четыре соседних канала в печатающей головке с “совместной стенкой” при работе, согласно другому варианту осуществления изобретения; фиг.17 – стандартную операцию “шкала яркости” в трех каналах; фиг. 18 соответствует операции по фиг.17, согласно настоящему изобретению; фиг.19 – формы сигналов напряжения возбуждения, которые подают на четыре соседних канала при работе, согласно второму аспекту настоящего изобретения; фиг. 20 – разности потенциалов, генерируемые между стенками активизированных каналов при возбуждении с помощью сигналов по фиг.19; фиг.21 и 22 соответствуют левым частям фиг.19 и 20 при использовании первого аспекта настоящего изобретения и фиг. 23 и 24 – альтернативный вариант осуществления способа, показанного на фиг.19 и 20. Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения На фиг.2 изображена в изометрии и в разобранном виде типичная чернильная струйная печатающая головка 8, включающая пьезоэлектрические стеновые приводы, работающие в режиме сдвига. Она содержит основание 10 из пьезоэлектрического материала, установленного на схемной плате 12, из которой показана только часть, изображающая соединительные дорожки 14. Крышка 16, которая присоединяется к основанию 10 при сборке, показана над ее собранной частью. Сопловая пластина 17 также показана рядом с основанием печатающей головки. Многочисленные параллельные углубления 18 выполнены в основании 10, простирающиеся в слой пьезоэлектрического материала. Углубления сформированы так, как описано, например, в вышеупомянутом ЕР-А-0 364 136, и содержат переднюю часть, в которой углубления простираются сравнительно глубоко для того, чтобы образовывать чернильные каналы 20, разделенные противоположными стенками 22 привода. Углубления в задней части являются сравнительно мелкими, что позволяет обеспечить участки для соединительных дорожек. После получения углублений 18, наносят металлизированное покрытие в передней части, с образованием электродов 26 по противоположным сторонам чернильных каналов 20, где они проходят приблизительно на половину высоту канала от верхних частей стенок, и в задней части, с образованием соединительных дорожек 24, подсоединенных к электродам в каждом канале 20. Верхние части стенок оставляют свободными от металлизации для того, чтобы дорожка 24 и электроды 26 образовывали изолированные электроды возбуждения для каждого канала. Основание 10 можно после этого покрыть слоем пассиватора для электрической изоляции частей электрода от чернил. Впоследствии, основание 10 устанавливают на схемной плате 12 так, как показано на фиг.2, и выполняют проводные соединения, обеспечивающие подсоединение соединительных дорожек 24 на основании 10 к соединительным дорожкам 14, расположенным на схемной плате 12. На фиг.3 изображена чернильная струйная печатающая головка 8 после сборки. В собранной печатающей головке крышка 16 прикреплена с помощью сцепления с верхними частями стенок 22 привода, таким образом образуя множество закрытых каналов 20, имеющих доступ на одном конце к окну 27 в крышке 16, которая обеспечивает коллектор 28 для подачи пополняющих чернил. Сопловую пластину 17 прикрепляют с помощью зацепления на другом конце чернильных каналов. Сопла 30 выполнены с помощью абляции УФ-излучением эксимерного лазера в местах в сопловой пластине, соответствующих каждому каналу. Печатающая головка приводится в рабочее состояние подачей чернил из чернильного картриджа через чернильный коллектор 28, откуда они поступают через чернильные каналы к соплам 30. Схема возбуждения 32, подсоединенная к печатающей головке, изображена на фиг.4. В одном случае она является внешней схемой, которая подсоединяется к соединительным дорожкам 14, но в альтернативном варианте осуществления изобретения (не показано) на печатающую головку может быть установлен ЧИП интегральной схемы. Схема возбуждения 32 работает с помощью передачи (через канал 34 передачи данных) входных данных 35, определяющих месторасположение в каждой линии печати, на которой должна происходить печать, т. е. выброс капли, т.к. печатающая головка сканирует над поверхностью 36 печати. Кроме того, сигнал 38 напряжения для активизирования канала подается через сигнальный канал 37. В заключение, тактовый импульс 42 подается через канал 44 синхронизации. Как известно, например из ЕР-А-0 277 703, соответствующая подача сигналов напряжения на электроды на любой стороне стенки канала приводит в результате к разности потенциалов, которая устанавливается поперек стенки, которая, в свою очередь, заставляет полярный пьезоэлектрический материал стенок канала деформироваться и отклоняться в поперечном направлении относительно соответствующего канала. Одну или обе стенки, образующие чернильный канал, можно таким образом отклонять (движение по направлению в канал уменьшает объем канала, движение по направлению из канала увеличивает объем канала), что приводит, таким образом, к установлению волн давления в чернилах вдоль длины закрытой части каждого канала, также известной как “активная длина” канала и обозначенной на фиг.2 “AL”. Волны давления позволяют вытеснять из сопла каплю чернил. Следует отметить, что в конструкциях типа, показанного на фиг.2-4, соединения обычно удобно осуществлять между электродами стенок с внутренней стороны для получения одного электрода на канал: когда сигнал напряжения подается на электрод, соответствующий каналу, и сигнал напряжения, содержащий данные, подается на электроды соседних каналов (оба сигнала управляются с помощью схемы 32 возбуждения в ответ на входные данные выброса капли), то результирующие разности потенциалов поперек стенок, примыкающих к каналу, производят затем сдвиг каждой стенки, вызывая увеличение или уменьшение объема и давления чернил в каждом канале. Независимо от того, сделаны ли соединения внутри или снаружи печатающей головки, далее будет описан сигнал возбуждения, который подается в “выбранный канал”. На чертежах, описание которых следует ниже, положительный сигнал приведет к тому, что стенки, образующие канал, будут перемещаться в направлении от канала, т.е. вызывая увеличение объема канала. На фиг. 5 показаны формы сигналов возбуждения для работы чернильной струйной печатающей головки в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 5 (а) показана форма сигнала напряжения типа “вывод-высвобождение – повторное нагружение”, часть 50 сигнала вызывает начальное увеличение объема канала за период приблизительно AL/c (где AL – активная длина канала, с – скорость волн давления в чернилах, 2AL/с – период колебания волн давления в чернилах в канале), с последующей частью 55, уменьшающей объем канала на период приблизительно 2AL/с для выброса капли из сопла. Формы сигналов этого типа обсуждены в WO 95/25011. После завершения периода L выброса капли, длина которого определяется рядом факторов, включающих время затухания волн давления в камере, можно снова подавать сигнал возбуждения для того, чтобы произвести выброс другой капли. В печатающей головке типа, описанного выше, предполагается, что важной причиной нагревания чернил является передача чернилам тепла, которое образуется за счет гистерезиса в пьезоэлектрическом материале, когда его подвергают ступенчатым изменениям при прикладываемой разности потенциалов. Данные печати, требующие частого активизирования канала, приводят к большому числу циклов гистерезиса в соответствующих приводах, что приводит в результате к образованию значительного количества тепла, большая часть которого будет передаваться чернилам, повышая при этом их температуру и уменьшая их вязкость. Напротив, в тех каналах, которые благодаря входным данным печати активизируются менее часто, выделяется меньшее количество теплоты, меньше нагреваются чернила и, следовательно, меньше уменьшается вязкость чернил. Конечно, теплота будет отводиться из канала с помощью капель, которые будут выбрасываться, причем активизируемые каналы теряют большее количество теплоты, чем менее часто активизируемые каналы. Теплота также будет отводиться от всей печатающей головки за счет конвекции и излучения. Тем не менее, установлено, что суммарная входная энергия больше в часто активизируемых каналах, чем в менее часто активизируемых каналах, что приводит к изменению скорости выброса капли в разных каналах, которое может проявляться, как ошибки при расположении капли на напечатанной странице. Решение этой проблемы, согласно одному варианту осуществления изобретения, включает подачу первого сигнала возбуждения “капля-выброс”, который хорошо известен в технике сам по себе, в выбранный канал в случае, когда требуется его активизация в соответствии с данными печати, и подачу второго сигнала в канал, когда не требуется его активизация в соответствии с данными печати, причем один или оба сигнала выбирают так, что изменение температуры жидкости для получения капель в камере при возбуждении первым сигналом возбуждения “капля-выброс” по существу равно изменению температуры жидкости для получения капель при возбуждении камеры вторым сигналом возбуждения “капля-выброс”. На фиг.5 (а) изображен пример формы сигнала “капля-выброс”. Пример соответствующего сигнала без выброса капли изображен на фиг.5(b), причем сигнал содержит номер n импульсов прямоугольной формы с амплитудой А и длительностью d, которая распределена по тому же самому периоду выброса капли с длительностью L, как и у сигнала “капля-выброс”. Комбинацию А, d и n выбирают для того, чтобы (а) вызвать изменение температуры жидкости для получения капли, по существу равное изменению, которое вызвано сигналом “капля-выброс” и (b) не вызвать выброс капли. Форма сигнала, удовлетворяющая условиям (а) и (b), может быть установлена с помощью простого метода проб и ошибок, при этом меняют параметры А, d и n до тех пор, пока не будет достигнута соответствующая скорость выброса капли (и температура чернил) независимо от плотности сигналов активизации, приложенных к камере и средству возбуждения. На фиг. 7 показано улучшение характеристики, полученное с помощью настоящего изобретения. График А взят из фиг.1 и показывает изменение скорости U выброса капли от амплитуды V сигнала возбуждения для печатающей головки типа, показанного на фиг.2-4, работающей с сигналом (фиг.5 (а)) и на частоте выброса одной капли за каждый период выброса капли (0,25 мс). График В’ является соответствующей характеристикой для печатающей головки, работающей на частоте выброса одной капли каждые 66 периодов выброса капли, но при возбуждении сигналом без выброса типа, показанного на фиг.5(b) для каждого из 65 промежуточных периодов выброса капли. Две характеристики А и В’, которые являются практически одинаковыми, показывают, что температура чернил в канале является той же самой в обоих случаях. Следовательно, имеется незначительное изменение скорости выброса капли при изменении частоты выброса капли, т.е. при изменении входных данных выброса капли. Также ясно, что выброс капли как на высокой, так и на низкой частоте возможен практически во всем диапазоне амплитуд V сигнала возбуждения, повышая при этом рабочую гибкость печатающей головки. Альтернативно, можно получить приблизительные значения для параметров при непосредственном рассмотрении самого пьезоэлектрического привода. Как объяснено выше, подача напряжения “на выбранный канал” вместе с подачей напряжений на соседние каналы приводит к изменениям в разности потенциалов на каждой из стенок, образующих выбранный канал. Каждое изменение разности потенциалов приводит к протеканию тока, который, в свою очередь, зависит от резистивных и емкостных свойств стенки канала и схемы возбуждения. Электроды на любой стороне стенки из пьезоэлектрического материала образуют конденсатор С, тогда как сами электроды имеют активное сопротивление R. Тангенс потерь tg  также связан с конденсатором С, где величина С tg (которую можно рассматривать как параллельно подсоединенный и нелинейный резистор) определяет потери на гистерезис в PZT при изменении разности потенциалов между стеновыми электродами. Дополнительное сопротивление, также обычно нелинейное, также связано со схемой возбуждения. Вместе их можно рассматривать как R-C-цепь с сосредоточенными параметрами (хотя R-C-цепь с распределенными параметрами может рассматриваться как более точная модель), и величина тока в ответ на изменение разности потенциалов должна вычисляться с использованием установленных электрических законов. Это справедливо не только для печатающей головки типа, показанного на фиг.2-4, но и для пьезоэлектрических приводов в общем и для многих других типов приводов.
Когда привод возбуждают сигналом, например, со ступенчатым изменением разности потенциалов, как обозначено пунктирной линией V на фиг.6, ток будет протекать в схеме, связанной с приводом, с затуханием по экспоненциальному закону (линия i на фиг.6) с начальной амплитудой Io наведенного тока, которая пропорциональна амплитуде Vo напряжения со ступенчатым изменением и с уменьшением частоты повторения, которая определяется постоянной времени RC схемы. Рассеянная энергия будет пропорциональна интегралу от площади протекающего тока, которая равна омическим потерям 0,5 (CVo 2), возникающим в резистивных элементах схемы. Кроме того, образуются потери на гистерезис 0,25 (CV2o)tg за изменение шага, где tg принимает значение, соответствующее электрическому полю в пьезоэлектрической стенке. Следовательно, удвоение Vo приведет к увеличению в четыре раза области под кривой i, которое соответствует увеличению в четыре раза рассеянной энергии, и если, например, амплитуда напряжения со ступенчатым изменением формы сигнала возбуждения без выброса капли будет равна половине амплитуды напряжения эквивалентного сигнала возбуждения с выбросом капли, то ранее рассеянная энергия составит одну четвертую от амплитуды напряжения последнего сигнала. Следовательно, потребуется четыре ступеньки в форме сигнала возбуждения без выброса капли для того, чтобы достигнуть той же самой рассеянной энергии как для сигнала возбуждения без выброса капли.
На практике, потребуется меньшее количество энергии, потому что определенное количество теплоты отводится из канала с помощью выброшенной капли при активизации канала, в то время как такие потери не возникают во время импульсов без выброса. В приводах описанного выше типа было определено, что свыше половины (приблизительно 60%) тепловых потерь канала происходит путем теплопроводности через тело печатающей головки и оставшаяся часть (приблизительно 40%) выводится посредством выброса капель. Таким образом, в канале без выброса, электрический сигнал должен только генерировать потери на гистерезис, достаточные для того, чтобы сбалансировать энергию, которая отводится через тело печатающей головки.
Будет оценено, что сигналы, такие, как показаны на фиг.5(а), содержат ряд ступенек напряжения (или “перепады”), каждый из которых будет индуцировать протекание тока и рассеяние энергии. Все такие ступеньки необходимо учитывать при вычислении условия (а). Кроме того, будет понятно, что не будет поддерживаться квадратичная зависимость между рассеянной энергией и амплитудой ступенчатого напряжения, когда протекание тока не дает спада полностью между последовательными ступеньками напряжения. Действительно, управление временем, которое проходит между последовательными ступеньками в такой ситуации, позволяет точно управлять количеством рассеянной энергии. В таких ситуациях прохождение мощности необходимо вычислять с помощью других способов, которые хорошо известны.
При рассмотрении условия (b), пороговое значение амплитуды Vt импульса, ниже которого не будет происходить выброс капли, можно определить эмпирическим путем для любой конкретной конструкции печатающей головки. На фиг.8 изображена зависимость между скоростью U выброса капли и амплитудой напряжения импульса возбуждения для типичной печатающей головки типа, показанного на фиг.2-4.
На фиг. 9 показана вторая форма напряжения возбуждения, подходящего для использования совместно с сигналом выброса капли, показанным на фиг.5(а). В отличие от сигнала на фиг.5(b), в данном случае форму сигнала для избегания выброса капли выбирают скорее по частоте, нежели по амплитуде. Фурье-анализ формы сигнала (фиг. 8), включающий пилообразные части 60, будет отображать спектр недостающих частот, которые необходимы для возбуждения выброса капли из печатающей головки. Амплитуду и длительность такого пилообразного импульса можно тем не менее выбрать для того, чтобы получить то же самое изменение температуры чернил.
Та же самая концепция используется для формы сигналов, изображенных на фиг.10. Хотя амплитуда импульсов 65 можетбыть больше порогового напряжения Vt, показанного на фиг.8, полный набор частот сигнала является таким, что он не будет приводить к выбросу капли. Принципы, описанные выше, обычно применимы к любому устройству для осаждения капель, содержащему камеру, сопло и пьезоэлектрический привод, особенно в том случае, где множество таких элементов размещено в виде матрицы, причем камеры размещены по направлению матрицы, как хорошо известно в данной области техники. Однако, основные проблемы, и таким образом потребность в их решении, будут наиболее острыми в тех устройствах, в которых пьезоэлектрический материал проходит по всей главной части стенки камеры, как описано, например, в US-A-4 584 590 и US-A-4 825 227, и особенно в печатающих головках типа, описанного со ссылкой на фиг.2-4, в которых камера является одним из множества каналов, сформированных в основании, причем между каналами имеются стенки и каждая стенка содержит пьезоэлектрический материал, приводимый посредством электрических сигналов для того, чтобы отклонять стенку относительно канала, таким образом изменяя объем канала. Однако возможны дальнейшие усовершенствования, когда такие способы управления будут применяться в устройстве с “общей стенкой” типа, показанного, например, на фиг.2-4, и в котором не возможна одновременная активизация двух соседних каналов, разделенных общей стенкой привода. Такие устройства обычно работают в “моноцикловом” режиме, где последовательные каналы в матрице предназначены для одной из множества групп и задействуются поочередно, и каждая группа каналов активизируется для выброса капли в последовательные периоды выброса капли. ЕР-А-0 278 590 раскрывает “двухцикловую” работу, где альтернативные каналы предназначены для одной из двух групп, и каждая группа каналов позволяет производить выброс капли во время альтернативных периодов выброса капли. ЕР-А-0 376 532 описывает разделение каналов на три группы, причем каждый канал конкретной группы разделяют каналами, принадлежащими к двум другим группам, при этом каждая группа активизируется в свою очередь, в то время как другие две группы остаются неактивизированными. Возможна также работа более чем с тремя циклами. В соответствующем варианте осуществления настоящего изобретения, необходимо только подавать сигналы на выброс капли или сигналы без выброса в соответствии с данными печати для тех каналов, которые принадлежат группе, активизированной для выброса капли в это время. В дальнейшем такие сигналы будут называться как “активизированный/выброс” и “активизированный/нет выброса”. Каналы, принадлежащие к оставшимся неактивизированным группам (из которых имеются две в случае трехцикловой работы), могут оставаться неактивными, и, в случае устройств, имеющих электроды в каналах, как описано выше, это влечет за собой приложение общего сигнала возбуждения к электродам неактивизированного канала. В результате, электрическое поле не будет приложено к стенке, которая разделяет два неактивизированных канала, и они останутся в стационарном состоянии. Каналы (в этом случае неактивизированные каналы) не будут выбрасывать каплю, если одна или две из стенок находятся в неподвижном состоянии. В конце периода активизации активированной группы каналов, одна из других групп каналов может быть активизирована, как это хорошо известно в данной области техники. Такая работа раскрыта в WO 95/25011. На фиг.11-16 изображены варианты осуществления вышеупомянутых принципов. Линии (a)-(f) на фиг.11 показывают напряжения, приложенные к электродам шести соседних каналов (a)-(f) в печатающей головке с “общей стенкой”. Последовательные каналы предназначены для одной из трех групп в регулярном способе активизации так, что каналы (а) и (d) принадлежат первой группе, каналы (b) и (е) – ко второй группе и каналы (с) и (f) – к третьей группе. В примере на фиг.11, вторая группа активизирована (первая и третья группы не активизированы), причем входные данные выброса капли являются такими, что канал (b) второй группы активизирован для того, чтобы произвести выброс капли, в то время как канал (е) второй группы – нет. Подача импульса 72 напряжения (сигнал “активизированный/выброс”) на активизированный канал (b), за которым следуют импульсы 70 напряжения к неактивизированным каналам (а) и (с), приводит к разности потенциалов “вывод-высвобождение-повторное нагружение” типа, показанного на фиг.5(а), через каждую из стенок, определяющих канал (b), заставляя их перемещаться для того, чтобы выбрасывать каплю из канала (b). Сигнал “активизированный/без выброса” прикладывается к активизированному каналу (е). Он содержит множество (три в приведенном примере) импульсов 74, каждый из которых имеет ту же самую амплитуду, как и импульс 70, и каждый из которых имеет задний фронт 74, синхронизированный с задним фронтом 70 соответствующего импульса 70, подаваемого к соседним каналам. Однако, импульсы 74 имеют длительность больше, чем импульсы 70, что приводит к разности потенциалов 76 типа, показанного на фиг.11(g), которая прикладывается к каждой из стенок, определяющих канал (е). Хотя эта разность потенциалов будет иметь ту же самую амплитуду, как и у импульсов 70 и 72, их длительность выбирают так, чтобы ее было недостаточно для выброса капли. В конце периода Т, вторая группа каналов является неактивизированной, и одна из других групп активизирована для выброса капли, как хорошо известно в данной области техники. Хотя период Т выброса капли для многоканального расположения в идеальном случае не должен превышать период L выброса капли одного канала, как упомянуто выше со ссылками на фиг.5(а), Т может, при необходимости, быть больше, чем идеальный, если необходимо прикладывать несколько импульсов 74 без выброса капли. На фиг. 12 показан второй вариант формы сигнала “активизированный/без выброса” для использования с сигналом “активизированный/выброс” по фиг.11(b) и вместо сигналов по фиг.11(d)-(f). Первый импульс 80 с длительностью (и необязательно с амплитудой), недостаточной для выброса капли, подается синхронно с первым импульсом 72 сигнала “активизированный/выброс” (фиг.11(b)), и после этого второй импульс 82 подается для балансировки импульса 70, приложенного к соседним неактивизированным каналам. Результирующая разность потенциалов показана на фиг.12(g). Третий вариант сигнала “активизированный/без выброса” для использования совместно с сигналом “активизированный/выброс” фиг.11(b) изображен на фиг. 13. Импульс 90 имеет ту же самую амплитуду, как и импульс 70, но имеет меньшую длительность и задержан во времени на значение “о”. Результирующая разность потенциалов (фиг.13(g)) имеет два импульса с длительностью у каждого, недостаточной для выброса капли. Такая разность потенциалов имеет удвоенное число фронтов (два восходящих фронта 92, 94 и два нисходящих фронта 96, 98) и, таким образом, имеет потенциал для генерирования двойного значения тока от тока, полученного при разности потенциалов по фиг.12(g). На фиг.14 изображен четвертый вариант, а именно импульс 100, прилагаемый к каналу (е) и имеющий ту же самую амплитуду и длительность, как и у импульса 70, но сдвинутый вперед на величину “р” относительно импульса 70. Результирующая разность потенциалов (фиг.14(g)) имеет как положительные, так и отрицательные элементы, которые вырабатывают положительные и отрицательные волны давления в канале. Сдвиг “р” и длительность импульсов 70, 100 можно выбрать так, что элементы задерживаются на время 2AL/с для того, чтобы возникающие в результате волны давления гасили друг друга в канале, таким образом уменьшая время на полное затухание волн давления в канале и, следовательно, длительность периода выброса капли. Этот принцип гашения известен из вышеупомянутой WO 95/25011, в которой также раскрыт принцип формирования второго импульса с более низкой амплитудой, учитывающий тот факт, что первый импульс гасится раньше, чем происходит затухание. Этот принцип также используется в настоящем изобретении. Сигнал “активизированный/без выброса” в соответствии с фиг.15 имеет преимущество по сравнению с предыдущими вариантами в том, что можно управлять амплитудой и длительностью результирующей разности потенциалов через стенки, соединяющие неактивированный канал. За первым коротким импульсом 110 следует более длинный импульс 112, который имеет идентичную синхронизацию, длительность и амплитуду, как и у импульса 70, за исключением “провала” 114, имеющего ту же самую амплитуду и длительность, как у импульса 36′. Результирующая разность потенциалов представлена на фиг.14(g). Синхронизацию, амплитуду импульса 112 и провал 114 можно выбрать так, чтобы уменьшить длительность периода выброса капли, как объяснено выше. Многие другие изменения вышеупомянутых вариантов осуществления будут очевидны для специалистов и должны рассматриваться как содержащиеся в настоящем изобретении. Во время периодов, когда каналы не активизированы, будет, конечно, иметь место уменьшение энергии, которую они получают, что может, в свою очередь, привести к охлаждению находящихся в них чернил. Однако, поскольку все каналы являются неактивизированными в той же самой пропорции, такое охлаждение будет одинаковым для всех неактивизированных каналов, и температура чернил будет оставаться по существу независимой от характера входных данных выброса капли. В альтернативном варианте осуществления сигнал “активизированный/без выброса” можно подавать во все не выбрасывающие капли каналы, независимо от того, являются ли они активизированными или неактивизированными. На фиг.16 изображены сигналы, которые приложены к четырем соседним каналам в печатающей головке с “общей стенкой” и работающей в трехцикловом режиме. Каналы (а) и (d) принадлежат той же самой активизированной группе каналов и обеспечиваются сигналом “вывод-высвобождение”, “активизированный/выброс” (типа, хорошо известного в данной области техники), и три импульса с уменьшенной шириной 125, 126 и 127, соответственно. Импульс с уменьшенной шириной выбирают для того, чтобы произвести по существу то же самое изменение температуры чернил как импульс 120 “активизированный /выброс”. Подобные сигналы без выброса подают в неактивизированные каналы (b) и (с). Как показано, они идентичны тем, которые приложены к каналу (d), хотя сдвинуты во времени (из более раннего описания (фиг.2-4) следует, что приложение равных напряжений к каналам с обеих сторон стенового привода приведет к нулевой разности потенциалов через стенку и следовательно к нулевому току и перемещению стенки), и будут генерировать то же самое изменение температуры чернил в соответствующем канале, как и импульс 120 выброса. Один результат этой входной дополнительной энергии заключается в том, что печатающая головка работает при более высокой общей температуре. Входная энергия сигналов “без выброса” (продиктованная размером и числом импульсов) в неактивизированных каналах может изменяться в реальном масштабе времени с помощью контроллера для поддержания температуры головки постоянной. Этот способ, а именно возбуждение средства для изменения объема камеры чернильной струйной печатающей головки без выброса капли и с целью повысить температуру чернил в камере, не ограничивается ситуациями, где температура чернил в камере должна поддерживаться независимо от входных данных выброса капли, и, следовательно, прием может использоваться везде, где необходимо нагревать чернила, например, в частности, но не исключительно, с целью уменьшения изменений температуры (и таким образом, изменений скорости выброса) в разных каналах. Кроме того, например, печатающая головка может включать датчик температуры и контроллер печатающей головки, размещенный для регулировки амплитуды или количества сигналов без выброса, подаваемых для того, чтобы поддерживать постоянную температуру печатающей головки на основе сигнала обратной связи, поступающего от датчика. Альтернативно, можно использовать сигнал обратной связи от датчика температуры окружающей среды и датчика температуры печатающей головки. Кроме того, необходимо отметить, что существуют неоднородные потери тепла на всем протяжении печатающей головки. Например, наиболее высокие потери тепла происходят не в каналах, а в крайних точках матрицы. В этих каналах может произойти перегрев при использовании сигналов без выброса капли. При необходимости можно также нагревать выбранные каналы для того, чтобы компенсировать изменения (температуры) чернил различных цветов, таким образом выравнивая цвет. Способ в равной степени применим для каналов с выбросом или без выброса: в последнем случае за один период выброса капли можно прикладывать как импульс нагрева, так и импульс выброса капли. Изменения скорости выброса капли происходят также в начале работы печатающей головки. Даже в вариантах осуществления, описанных выше, где температура чернил остается независимой от данных печати, теплота, которая выделяется в канале, будет увеличивать температуру чернил в этом канале до тех пор, пока не достигнет рабочей температуры, при которой теплота, выделяемая в каналах, не станет равна теплоте, рассеиваемой, например, с помощью конвекции от печатающей головки, с помощью сквозного потока чернил. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, изменения скорости, связанные с таким изменением температуры, можно избежать с помощью подачи в каналы принтера (печатающей головки), которые находились длительное время в неработающем состоянии, ряда импульсов без выброса капли для того, чтобы нагреть чернила до рабочей температуры. В случае приводов типа, показанного в качестве примера на фиг. 2-4, постоянные времени нагревания составляют от 2 до 5 с. Обычно, это время имеет порядок времени, которое тратит принтер (печатающая головка) при получении данных и выполнении других подготовительных операций, и поэтому это не вносит дополнительную задержку. Настоящее изобретение никоим образом не ограничено теми вариантами осуществления, которые были приведены выше лишь в качестве примера. В частности, изобретение применимо к любому устройству осаждения капель, содержащему камеру, снабженную жидкостью для получения капель и сообщающуюся с соплом для выброса из нее капель, и средство привода, приводимое с помощью электрических сигналов для того, чтобы изменять объем камеры. Такое возбуждение не обязательно должно быть пьезоэлектрическим, оно может использовать, например, электростатическое средство. Аналогично, управление по заряду/току, а не по электрическому потенциалу (которое используется в данных примерах) может оказаться полезным. Настоящее изобретение также применимо к печатающим головкам, работающим в “многоимпульсном” режиме, т.е. последовательный выброс нескольких капель из канала, которые затем объединяются в полете или на подложке для печати для получения единственной печатной точки. Путем изменения количества выбрасываемых капель, можно управлять размером печатной точки. Такая работа описана в ЕР-А-0 422 870 и обычно известна как операция выбора “шкалы яркости”. На фиг.17 представлено известное восьмиуровневое многоимпульсное функционирование (семь уровней серого плюс белый) с сигналом 130 возбуждения “вывод-высвобождение”, который можно подавать на три (не обязательно соседние) канала (а), (b) и (с) в ответ на данные печати, определяющие плотность печати 7/7, 4/7 и 1/7, соответственно, при этом большое увеличение температуры чернил будет происходить в том случае, когда выбрасывается большое число капель, чем в случае, когда выбрасывается малое или нулевое количество капель. Таким образом, существует возможность различия по температуре и вязкости чернил между каналами, что приводит к ошибкам печати, и в действительности эти проблемы возникают наиболее остро в печатающих головках, работающих в многоимпульсном режиме. Это проявляется при большем количестве используемых фронтов сигналов и при эффекте пониженного охлаждения более маленьких капелек. Решение этой проблемы, в соответствии с настоящим изобретением, показано в качестве примера на фиг.18. Видно, что в тех каналах (b) и (с), где используется меньше, чем максимально возможное количество (семь в приведенном примере) импульсов возбуждения, можно подавать дополнительные импульсы 135, которые устраняют этот недостаток. Амплитуду и/или длительность дополнительных импульсов 135 необходимо выбирать такими, чтобы выброс капли не происходил, но наряду с этим в чернилах возникало бы то же самое изменение температуры, как и при использовании импульсов 130 возбуждения. Таким образом, полная рассеянная энергия за период активизации Т остается независимой от данных печати. Как известно также из ЕР-А-0 422 870, операцию “шкала яркости” можно выполнить в группах или с помощью соседних каналов, работающих в противофазе. В предыдущем случае, применимы способы групповой работы, описанной по отношению к вышеупомянутой “двоичной” (выброс 1 капли или отсутствие выброса) работе: неактивизированные каналы могут оставаться полностью в нерабочем состоянии или в них могут подаваться сигналы без выброса капли типа, упомянутого выше. Можно также возбуждать каналы без выброса капли меньшим числом сигналов, имеющих большую длительность, чем у импульсов с выбросом капли, но при этом получая то же самое изменение температуры чернил. Следует отметить, что другие сигналы с выбросом капли (например, сигналы “вывод-высвобождение-повторное нагружение” на фиг.5(а)) можно также использовать при операции “шкала яркости” вместе с их соответствующими сигналами без выброса. Предполагается, что потери на гистерезис в пьезоэлектрическом материале являются главной (но не единственной) причиной нагревания чернил в каналах печатающей головки. Возбуждение каналов вызовет перемещение чернил в каналах, которое в свою очередь увеличит температуру с помощью трения жидкости, причем высокий уровень работы приведет к более высокому увеличению температуры чернил, чем низкий уровень. Другой источник теплоты связан с потерями в сопротивлении возбуждающих электродов. Полученные эмпирическим способом сигналы без выброса будут учитывать такие дополнительные механизмы потерь. Их можно также включить в большей или меньшей степени в математическую модель, описанную выше. Как упомянуто в начале описания, “тепловые” печатающие головки работают на принципе нагревания чернил в камере, на основе которого образуется пузырек пара, который выталкивает чернила из камеры через сопло. Такое нагревание локализуется в той части канала, в которой размещается нагреватель, однако, было определено, что в чернилах, находящихся в сопле и в части канала, расположенного рядом с ним, которая удалена от нагревателя, могут возникать проблемы, связанные с изменением скорости выброса капли из-за разности температур чернил, подобные проблемам, обсужденным со ссылкой на фиг.1. Предполагается, что решения, описанные выше, по отношению к устройствам с “изменяемым объемом камеры” можно также применить к “тепловым” печатающим головкам. В частности, в канал можно подавать сигналы возбуждения без выброса, причем сигналы выбирают так, чтобы возникало то же самое изменение температуры жидкости в сопле, как у сигналов с выбросом капли. Прием, согласно которому подают импульсы 24, 26, 30, 32, 36 с короткой длительностью по фиг.11-15, включает дополнительный аспект настоящего изобретения, состоящий в способе управления устройством для осаждения капель, содержащим камеру, снабженную жидкостью для получения капли, сопло, сообщающееся с каналом для выброса из нее капель, и средство привода, имеющие первый и второй электроды и активизируемые с помощью разности потенциалов, прикладываемых на первом и втором электродах, для выброса капли из камеры через сопло, при этом способ заключается в подаче на первый электрод первого напряжения, отличного от нуля, в течение первой длительности, подаче на второй электрод второго напряжения, отличного от нуля, в течение второй длительности, причем первое и второе напряжения приложены вместе в течение промежутка времени меньшего, чем по меньшей мере один из первой и второй длительностей. Этот дополнительный аспект имеет, в частности, преимущество при подаче коротких импульсов типа, показанных на фиг.11-15. Для печатающей головки, работающей на частоте выброса капли 100 кГц, например, такие импульсы могут иметь длительность короче 1 мкс. Схема для выработки таких коротких импульсов может быть сложной и, следовательно, дорогой. Используя вышеупомянутую вторую концепцию, можно подавать импульсы с короткой длительностью с использованием сигналов с более длинной длительностью, которые проще вырабатывать. Концепция может также использоваться при работе печатающей головки с “общей стенкой” в двухцикловом, двухфазовом режиме, как обсуждено в WO 96/10488. Последовательные каналы в матрице поочередно отнесены к одной из двух групп, причем каждая группа поочередно активизируется для выброса капли в последовательных циклах. Внутри каждого цикла, последовательные каналы в группе выбрасывают капли в противофазе. Этот режим особенно подходит для многоимпульсной работы, причем ряд капель выбрасывается из канала в любом одном цикле в соответствии с входными данными, таким образом формируя соответствующую “печатную точку”. На фиг.19 изображены сигналы напряжения, которые подают на четыре соседних канала а, b, с, d печатающей головки с “общей стенкой” для того, чтобы выполнить двухцикловую/двухфазовую работу в соответствии с вышеупомянутой концепцией настоящего изобретения. Соответствующее изменение разности потенциалов на стенках, формирующих каналы a-d, изображено на фиг.20. Левая сторона фиг. 19 соответствует первому циклу работы, где группа, включающая каналы (а) и (с), является активизированной. В каждый канал в неактивизированной группе (которая включает каналы (b) и (d)) подается общий повторяющийся сигнал 191, который в представленном примере содержит прямоугольный импульс длительностью AL/c, за которым следует период прерывания работы с такой же длительностью AL/c. Подобные периодические сигналы 192 и 192′, имеющие одинаковую амплитуду, прикладывают к активизированным каналам, при этом длительности прямоугольного импульса и периода прерывания равны 2AL/C, а сигнал 192′, приложенный к каналу (с), сдвинут по фазе на 180o относительно сигнала 192, приложенного к каналу (а). На фиг.20 изображены результирующие разности потенциалов 201 и 202, приложенные на стенки привода, формирующие каналы (а) и (с), и которые приводят к возбуждению типа “вывод-высвобождение-повторное нагружение” канала (а), таким образом производя выброс капли. Поскольку подобное возбуждение канала (с) происходит позже на 2AL/C, выброс капли из этого канала будет в противофазе с выбросом капли из канала (а). Оба канала (а) и (с) можно возбуждать несколько раз в прямой последовательности в соответствии с входными данными печати для того, чтобы выбрасывать несколько капель и формировать печатную точку соответствующего размера. На правой стороне фиг.19 и 20 показано подобные характеристики для случая, когда вторая группа, включающая в себя каналы (b) и (а), активизирована и возбуждается в соответствии с данными печати. Фиг.21 и 22 подобны фиг.16 и 17 в изображении того, что температуру жидкости для получения капли в камере можно поддерживать независимой от входных данных выброса капли с помощью приложения дополнительных импульсов без выброса (в этом случае разность 221 потенциалов имеет ширину, недостаточную для возбуждения выброса капели) вместо того, чтобы прикладывать импульсы выброса. Амплитуду, длительность и число этих импульсов можно выбрать, используя эмпирические или теоретические способы, описанные выше, так, чтобы генерировать потери (особенно на гистерезис) и, таким образом, осуществлять нагревание так, чтобы температура чернил в канале оставалась независимой от числа импульсов выброса, приложенных во время периода выброса капли. На фиг. 23 показан альтернативный вариант осуществления концепции “два цикла/две фазы”. Периодический “пилообразный” сигнал 231 напряжения возбуждения (известный сам по себе в технике) подают в неактивизированные каналы (b) и (d), в то время как активизированные каналы (а) и (с) подают прямоугольные сигналы 232 и 232′ с той же самой амплитудой, но с уменьшенной вдвое частотой повторения, причем сигнал 232, подаваемый к каналу (а), находится в противофазе с сигналом 232′, который подают к соседнему каналу в той же самой группе, а именно в канал (с). Разность потенциалов на стенках канала активизированных каналов изображена на фиг. 24 и снова пилообразной формы, при этом он имеет удвоенную амплитуду каждого из сигналов возбуждения, прикладываемых к каналам в соответствии с фиг.23, из-за действия спада напряжения активизированного канала, хотя напряжение, подаваемое непосредственно в соседние каналы, повышается. Справа на фиг.23 и 24 показан случай, когда каналы (b) и (d) активизированы. Будет очевидно, что выброс капли, инициированный вертикальным фронтом сигнала, может иметь место на более высокой частоте, чем это возможно в варианте осуществления по фиг.19. Однако, выброс капли между соседними каналами в той же самой активизированной группе будет все еще оставаться в противофазе. Кроме того, было определено, что этот сигнал уменьшает перекрестное наложение давления между каналами в печатающей головке с “общей стенкой”, которое в противном случае могло бы привести к случайному выбросу чернил из каналов, из которых не должно происходить выброса. Каждый признак, раскрытый в этом описании (которое включает формулу изобретения) и/или изображенный на чертежах, может быть включен в изобретение независимо от других раскрытых и/или изображенных признаков. Текст реферата приведен здесь как часть описания. В устройстве для осаждения капель, содержащем один или более независимо камер, активизируемых с возможностью выброса чернил, электрические сигналы подают для уменьшения изменения температуры жидкости для получения капель между разными камерами и с изменениями входных данных выброса капли. Короткие импульсы разности потенциалов, подходящие для воздействия на температуру жидкости для получения капель в камере, можно получить с помощью подачи импульсов напряжения с большей длительностью в средство возбуждения чернильной камеры. Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 18.03.2004
Извещение опубликовано: 20.10.2005 БИ: 29/2005
|
||||||||||||||||||||||||||
