跨越使用压电驱动的喷墨头的温度均匀性的制作方法

以下公开涉及打印领域，尤其是在打印中使用的喷墨头。

背景技术：

喷墨式打印是一种推动油墨滴(也称为液滴)到例如纸张、3d打印基片等的介质上的打印类型。喷墨式打印机的芯包括具有多个平行布置的以排出油墨液滴的油墨通道的一个或多个打印头(此处被称为喷墨头)。典型的油墨通道包括喷嘴、腔和用于将油墨从腔喷射并通过喷嘴的机构，该机构通常是连接到隔片(diaphragm)的压电驱动器。为了从油墨通道排出液滴，驱动电路为该油墨通道的压电驱动器提供包含喷射脉冲的驱动波。响应喷射脉冲，压电驱动器在油墨通道内部生成压力振荡以将液滴推出喷嘴。提供给各个压电驱动器的驱动波控制液滴如何从每个油墨通道喷射。

在缩小喷墨头的尺寸的尝试中，喷墨头内的油墨通道被更紧密地移动到一起。同样，按需喷墨(dod)打印在向着更高生产力和品质前进，其需要在高喷射频率下喷出的小液滴尺寸。喷墨头传递的打印品质取决于喷出或喷射特性，例如液滴速度、液滴质量(或体积/直径)、喷射方向等。喷墨头的温度或喷墨头中的油墨可能影响油墨粘度和压电电容，其反过来影响喷射特性。因此，希望减轻跨越喷墨头的温度变化的影响以实现高品质打印。

技术实现要素：

此处描述的实施例使用压电驱动器来将热量传递到喷墨头。传统的喷墨头可以包含嵌入到头内的加热器。然而，加热器不能以这样的一种方式被嵌入来提供跨越喷墨头的均匀的温度分布。此处描述的实施例能够通过有选择地点燃喷墨头中的压电驱动器，来提供跨越或贯穿喷墨头的均匀的温度分布。驱动电路为压电驱动器提供非喷射脉冲，使压电驱动器驱动，但不使液滴从油墨通道喷射。压电驱动器将非喷射脉冲中的电能转换为热量，但不会使液滴从它相应的油墨通道被喷射。驱动电路可以有选择地为喷墨头中的压电驱动器提供这些非喷射脉冲以产生跨越喷墨头的均匀的温度分布。

一个实施例是包含这样的喷墨头的系统，该喷墨头包括多个使用压电驱动器将液态材料的液滴喷射到介质上的油墨通道。该系统进一步包括喷射脉冲生成器，喷射脉冲生成器被配置为给压电驱动器提供喷射脉冲以将液滴从油墨通道喷射。该系统进一步包括温度控制器，温度控制器包括非喷射脉冲生成器，非喷射脉冲生成器被配置为给至少一个压电驱动器提供非喷射脉冲以产生热量。非喷射脉冲使至少一个压电驱动器驱动而不从相应的油墨通道喷射液滴。

在其他实施例中，非喷射脉冲具有比喷射脉冲长的脉宽。

在其他实施例中，非喷射脉冲的脉宽在油墨通道的第一套谐振频率和油墨通道的第二套谐振频率之间。

在其他实施例中，非喷射脉冲生成器被配置为对至少一个在阈值时间段内没有被使用的压电驱动器应用非喷射脉冲。

在其他实施例中，温度控制器进一步包括被配置为监控喷墨头中的温度的传感元件。非喷射脉冲生成器被配置为响应喷墨头中的温度低于阈值的判断，为至少一个压电驱动器提供非喷射脉冲。

在其他实施例中，传感元件被嵌入喷墨头中，每个传感元件与喷墨头的不同区域关联。非喷射脉冲生成器被配置为识别喷墨头的区域，识别位于喷墨头的该区域中的至少一个压电驱动器，以及为位于喷墨头的该区域中的至少一个压电驱动器提供非喷射脉冲，该区域中的温度低于阈值。

在其他实施例中，非喷射脉冲生成器被配置为增加提供给至少一个压电驱动器的非喷射脉冲的数目以增加至少一个压电驱动器产生的热量，以及减少提供给至少一个压电驱动器的非喷射脉冲的数目以减少至少一个压电驱动器产生的热量。

在其他实施例中，非喷射脉冲生成器被配置为增大非喷射脉冲的幅度以增加至少一个压电驱动器产生的热量，以及减少非喷射脉冲的幅度以减少至少一个压电驱动器产生的热量。

其他实施例包括操作喷墨头的方法，该喷墨头包括多个使用压电驱动器将液态材料的液滴喷射到介质上的油墨通道。该方法包括为压电驱动器提供喷射脉冲以从油墨通道喷射液滴，以及为至少一个压电驱动器提供非喷射脉冲来产生热量。非喷射脉冲使至少一个压电驱动器驱动而不从其相应的油墨通道喷射液滴。

其他实施例包括系统，该系统包括耦合到喷墨头的温度控制器，其中喷墨头包括多个使用压电驱动器将液态材料的液滴喷射到介质上的油墨通道。温度控制器包括被配置为给至少一个压电驱动器提供非喷射脉冲的非喷射脉冲生成器，以在喷墨头中产生热量而不从其相应的油墨通道喷射液滴。

上述内容提供说明书的一些方面的基本知识。该内容不是说明书的广泛概述。它既不意欲识别说明书的关键或紧要元件，也不意欲刻画说明书的任何范围特定的实施例或权利要求的任何范围。它的唯一目的是作为稍后呈现的更详细的说明前奏，以简化形式呈现说明书的一些概念。

附图说明

现在，仅仅通过实例，并参考附图，描述本公开文本的一些实施例。在所有附图上，相同的参考数字代表相同元件或相同类型的元件。

图1示出喷墨头。

图2示出喷墨头的分解的透视图。

图3是喷墨头内部的一组油墨通道的横截面视图。

图4是单独的油墨通道的横截面视图。

图5示出用于喷墨头的标准喷射脉冲。

图6示出示范性实施例中的喷墨系统。

图7示出示范性实施例中的喷墨头中的传感元件。

图8是示出示范性实施例中的操作驱动电路601的方法800的流程图。

图9是示出示范性实施例中的喷墨头中控制温度的方法的流程图。

图10示出示范性实施例中的喷墨头的喷射特性。

图11示出示范性实施例中的非喷射脉冲。

具体实施方式

图和以下描述阐明特定的示范性实施例。这样理解，本领域技术人员能够设计此处没有明确地描述或展示的、体现实施例原理的以及包含在实施例范畴内的各种配置。此外，此处描述的任何实例是想要帮助理解实施例的原理，并且应当被解释为不局限于这种具体列举的实例和条件。由此，发明构思不局限于下述特定的实施例或实例，而是由权利要求及其等效来限定。

图1示出喷墨头100。尽管图1中不可见，喷墨头100包括喷嘴面板表面102上的一排或多排喷射或喷出诸如油墨(例如，水、溶剂、油或uv固化)的液态材料的液滴的喷嘴。喷墨头100可以包含单色、双色或四色头。喷墨头100包括经由电缆106连接到数据源的集成电子104。

图2示出喷墨头100的分解的透视图。喷墨头100形成多个油墨通道，每个油墨通道都能够分散油墨。尽管此处使用术语“油墨”，喷墨头100能够分散用于打印的不同类型的液态材料。每个油墨通道包括喷嘴、腔和用于从腔喷射油墨并通过喷嘴的机构，示范性地，该机构是隔片和压电驱动器。

在该实例中，喷墨头100包括外壳202、一系列平板203-206和压电装置208。外壳202是刚性构件，平板203-206附着其上形成喷墨头100。外壳202包括用于压电装置208穿过和与隔板203连接的开口210。外壳202进一步包括面对平板203-206的表面上的一个或多个凹槽212，用于给油墨通道供应油墨。凹槽212包括一个或多个与油墨容器进行液体交流的孔213。

喷墨头100的平板203-206被彼此固定或粘合以形成叠层板结构，该叠层板结构粘贴到外壳202。叠层板结构包括以下平板：孔板206、一个或多个腔板205、限流板204和隔片板203。孔板206包括多个形成为一行或多行的喷嘴220。腔板205形成有多个对应于孔板206的喷嘴220的腔221。每个腔221能够保存要被喷射到相应的喷嘴220外的油墨。限流板204形成多个限定器222。限定器222将腔221流动地连接到喷墨源，并控制油墨流动到腔221。隔片板203形成有隔片223和过滤部224。每个隔片223包含一片响应压电装置208的驱动而振动的半柔性材料。过滤部224从进入油墨通道的油墨中移除异物。

压电装置208包括多个压电驱动器230；每个油墨通道一个压电驱动器230。压电驱动器230的末端接触隔片板203中的隔片223。外部驱动电路(例如，电子设备104)能够选择性地对压电驱动器230应用驱动波，其针对各个油墨腔振动隔片223。隔片223的振动使得油墨被从相应的喷嘴220喷射或喷出。喷墨头100可以因此通过有选择性地“激活”油墨通道来将油墨排出它们各自的喷嘴，来打印期望的图案。

图3是喷墨头100内部的一组油墨通道302的横截面视图。喷墨头100包括多个平行的油墨通道302，部分油墨通道302在图3中示出。每个油墨通道302包括压电驱动器230、腔310和喷嘴220。压电驱动器230被配置为接收驱动波，并响应驱动波上的喷射脉冲驱动或“点燃”。油墨通道302中的压电驱动器230的点燃在油墨通道302内创建压力波，使得液滴从喷嘴220喷射。

图4是单独的油墨通道302的横截面视图。图4中示出的板结构意指油墨通道302的基本结构的实例。可能有额外的平板被用于不同于图4所示的板结构，并且图4没必要按比例绘制。隔片板203显示为连接到外壳202。隔片板203的过滤部228与凹槽212形成的供应歧管402对齐。限流板204夹在隔片板203和腔板205中间。限流板204包括控制油墨从供应歧管402到腔310的流动的限定器222。腔板205为油墨通道302形成腔310。孔板206具有对于油墨通道302的喷嘴220。

压电驱动器230是油墨通道302的驱动装置，以便喷射液滴。压电驱动器230直接转换电能到线性运动。为了从油墨通道302喷射，带有一个或多个喷射脉冲的驱动波被提供给压电驱动器230。喷射脉冲引起压电驱动器230的变形、物理位移或撞击，其反过来使腔310的腔壁变形。腔壁的形变在油墨通道302内部产生(当遇到特定条件时)能够从油墨通道302喷射液滴的压力波。标准喷射脉冲因此能够使得当油墨通道302空闲时，带有期望特性的液滴从油墨通道302喷射。图5示出用于喷墨头的标准喷射脉冲500。喷射脉冲500可以具有以下参数特征：上升时间、下降时间、脉宽和幅度。喷射脉冲500从基准电压转换为目标喷射电压。基准和目标喷射电压之间的电位差代表喷射脉冲500的幅度。喷射脉冲500的这些参数可以影响来自喷墨头的液滴的喷射特性(例如，液滴速度和质量)。例如，喷射脉冲500的目标幅度提供从油墨通道喷射的期望的速度和质量的液滴。可以为不同类型的喷墨头选择标准喷射脉冲500来产生具有期望的形状(例如，球形)、尺寸、速度等的液滴。

下面提供使用喷射脉冲500从油墨通道喷射液滴的实例，例如从图4中的油墨通道302喷射。喷射脉冲500的上升沿502(即，第一斜边)引起压电驱动器向第一方向位移，其增大油墨通道并在油墨通道内产生负压力波。如同正压力波一样，负压力波在油墨通道内传播并被油墨通道中的结构变化反射。喷射脉冲500的下降沿504(即，第二斜边)引起压电驱动器向相反的方向位移，其缩小油墨通道到它的原始大小并产生另一个正压力波。当喷射脉冲500的下降沿504的时间合适时，压电驱动器位移生成的缩小油墨通道尺寸的正压力波将会与反射的正压力波结合形成足够大的能够使液滴从油墨通道的喷嘴喷射的合成波。因此，喷射脉冲500的下降沿产生的正压力波动作以增强由于喷射脉冲500的上升沿502而在油墨通道内反射的正压力波。油墨通道的几何形状和驱动波被设计为在喷嘴处生成大的正压力峰，其驱使油墨通过喷嘴。

喷墨头的温度可能影响喷射特性。因此，希望跨越喷墨头具有均匀的温度分布，这样对于每个油墨通道，喷射特性也同样均匀。为了产生跨越喷墨头的均匀的温度分布，喷墨头中的压电驱动器被用于将电能转换为热量。如果喷墨头的区域是“冷的”，那么专门的波形被提供给那个区域的压电驱动器，以便在不引起那些压电驱动器喷射油墨的情况下产生热量。这种理念的更详细的说明在下文描述。

图6示出示范性实施例中的喷墨系统600。喷墨系统600包括用于为例如喷墨头620的喷墨头的压电驱动器提供波形的驱动电路601。喷墨头620被示出为包括多个油墨通道622，每个油墨通道622包括压电驱动器630、腔632和喷嘴634。喷墨头620的展现只是实例，驱动电路601可以连接到不同类型的喷墨头。喷墨头620可以具有如图1-4所示的喷墨头100所示的类似的结构。

驱动电路601包括喷射脉冲生成器602和温度控制器604。喷射脉冲生成器602包括为喷墨头620的压电驱动器630生成驱动波的电路、固件或部件，其中驱动波包含喷射脉冲。“喷射脉冲”被定义为使液滴带有期望的特性从油墨通道622被喷射的脉冲。喷射脉冲生成器602被配置为有选择性地为油墨通道622提供喷射脉冲以将油墨排出到介质上。此处描述的介质包括任何类型的材料，在该介质上油墨或其他液体被喷墨头使用用于打印，例如纸张、3d打印基片、布料等。

温度控制器604包括电路、固件或调整、修改或改变跨越喷墨头620的温度的部件。温度控制器604包括非喷射脉冲生成器606。非喷射脉冲生成器606包括电路、固件或为喷墨头620的压电驱动器630生成加热波的部件，其中加热波包含非喷射脉冲。“非喷射脉冲”被定义为使油墨通道的压电驱动器驱动或点燃而不使液滴被从油墨通道喷射的脉冲。例如，非喷射脉冲的脉宽可以比喷射脉冲长，这样液滴不会从油墨通道喷射。在谐振频率约83khz的喷墨头中，标准喷射脉冲的脉宽约6微秒。在脉宽6微秒下，油墨通道中的压力波在喷嘴处组合并达到峰值，以从喷嘴喷射液滴。如果非喷射脉冲在83khz的头具有约12-14微秒的脉宽，那么压力波可以在油墨通道中彼此相消干涉，这样组合的压力波不够大来将液滴从油墨通道喷射。

在一个实施例中，温度控制器604同样可以包含传感元件608。传感元件608包括电路、固件或测量或监控喷墨头620中的温度的部件。一个或多个传感元件608可以附于或嵌入喷墨头620内，并为温度控制器604提供喷墨头620的温度数据。例如，传感元件608可以包括嵌入喷墨头620内的热电偶。传感元件608可以沿着喷墨头620的长度(和宽度)分布，这样可以监控喷墨头620不同区域的温度。图7示出示范性实施例中的喷墨头620中的传感元件608。图7的视角是从喷墨头620的喷嘴面板表面来看。传感元件608嵌入或连接到喷墨头620，并沿着喷墨头620的长度702和/或宽度704分布。在该实施例中，每个传感元件608与喷墨头620的区域关联。例如，一个传感元件608关联区域721，另一个传感元件608关联区域722，另一个传感元件608关联区域723等。每个传感元件608被配置为测量它关联的区域(721、722、723……)的温度，并回报温度数据给温度控制器604(参见图6)。

图8是示出示范性实施例中的操作驱动电路601的方法800的流程图。方法800的步骤将针对图6中的喷墨系统600来描述，尽管本领域技术人员会理解此处描述的方法可以通过其他未示出的装置或系统来进行。此处描述的方法的步骤不是全部，并且可以包含其他未示出步骤。

在步骤802中，在正常打印操作下，喷射脉冲生成器602为喷墨头620提供驱动波。喷射脉冲生成器602为喷墨头620中选定的油墨通道622中的压电驱动器630提供喷射脉冲以在介质上形成图像。发送到选定的油墨通道622的喷射脉冲使选定的油墨通道622中的压电驱动器630喷射液滴。

在打印操作期间，喷墨头620中可能有不均匀的喷射模式，使得喷墨头620中的一些油墨通道622暂停一段时间。因此，喷墨头620的一些区域可能比其他的冷，引起跨越喷墨头620的不均匀的温度分布。此外，打印机内部的环境条件可能引起跨越喷墨头620的不均匀的温度分布。不均匀的温度分布可能给喷墨头620的喷射特性带来消极影响。

为了创建更均匀的温度分布，非喷射脉冲生成器606为喷墨头620中的压电驱动器630提供一个或多个非喷射脉冲(步骤804)。响应非喷射脉冲，压电驱动器630将脉冲的电能转换为热量而不从他们相应的油墨通道喷射液滴。因此，压电驱动器630能够增加喷墨头620的温度而不实际将油墨喷射到介质上。非喷射脉冲生成器606可以调整压电驱动器630产生的热量的量，以便达到目标热量。例如，非喷射脉冲生成器606可以增加发送到压电驱动器630的非喷射脉冲的数目来增加压电驱动器630产生的热量，或者可以减少发送到压电驱动器630的非喷射脉冲的数目来减少压电驱动器630产生的热量。此外或可选择地，非喷射脉冲生成器606可以增加非喷射脉冲的幅度来增加压电驱动器630产生的热量，或者可以减少非喷射脉冲的幅度来减少压电驱动器630产生的热量。非喷射脉冲生成器606能够有选择性地为喷墨头620中的压电驱动器630提供非喷射脉冲来改变跨越喷墨头620的温度。

非喷射脉冲生成器606可以基于各种因素判断哪个压电驱动器630发送非喷射脉冲。例如，非喷射脉冲生成器606可以对阈值时间段内没有使用的油墨通道622中的压电驱动器630应用非喷射脉冲。基于试验或者环境条件，非喷射脉冲生成器606可以对已知具有更低温度的区域中的压电驱动器630应用非喷射脉冲。基于传感元件608的数据，非喷射脉冲生成器606可以对压电驱动器630应用非喷射脉冲，其在图9中被进一步描述。

图9是示出示范性实施例中的喷墨头中控制温度的方法900的流程图。方法900的步骤将针对图6中的喷墨系统600来描述，尽管本领域技术人员会理解此处描述的方法可以通过其他未示出的装置或系统来进行。

一个或多个传感元件608监控喷墨头620中的温度，并将表明喷墨头620中的温度的数据提供给非喷射脉冲生成器606(步骤902)。如上所述，传感元件608可以关联喷墨头620的不同区域，并将它们的关联区域的温度数据提供给非喷射脉冲生成器606。这种方式，喷墨头620的不同区域中的温度测量可以独立进行。非喷射脉冲生成器606判断喷墨头620中的温度是否低于阈值(步骤904)。如果喷墨头620中的温度低于阈值，那么非喷射脉冲生成器606为喷墨头620中的压电驱动器630提供一个或多个非喷射脉冲(步骤906)。响应非喷射脉冲，压电驱动器630将脉冲的电能转换为热量而不从他们相应的油墨通道喷射液滴。非喷射脉冲生成器606能够有选择性地为喷墨头620中的压电驱动器630提供非喷射脉冲来改变喷墨头620的局部区域中的温度。如图7所示，传感元件608可以关联喷墨头620的局部区域721-723。当传感元件608提供关于喷墨头620的特定区域721-723的温度数据时，非喷射脉冲生成器606可以识别喷墨头620的该区域中的一个或多个压电驱动器630。非喷射脉冲生成器606可以随后为被识别为在喷墨头620的该区域中的压电驱动器630提供非喷射脉冲。这样，加热将在喷墨头620中局部进行以沿着喷墨头620生成均匀的温度分布。

非喷射脉冲生成器606可以为没进行打印操作的压电驱动器630提供非喷射脉冲。例如，非喷射脉冲生成器606可以与喷射脉冲生成器602通信以识别哪个油墨通道622正在被用于打印操作。那么非喷射脉冲生成器606可以选择其他没有被用于打印操作的油墨通道，并使用这些油墨通道来加热喷墨头620。

非喷射脉冲的参数可以基于喷墨头的喷射特性来确定。图10示出示范性实施例中的喷墨头的喷射特性。图10中的纵轴代表喷墨头中测量的液滴的速度，图10中的横轴代表提供给喷墨头的喷射脉冲的不同脉宽。由于喷墨头中的油墨通道的结构，有针对油墨通道的谐振频率。当油墨通道中的反射压力波增强正压力波时，油墨通道的谐振频率出现。在图10所示的实例中，当喷射脉冲的脉宽在大约3到11微秒之间时，一套谐振频率1002的出现，峰值大约在6微秒处。当喷射脉冲的脉宽在大约15-22微秒之间时，另一套谐振频率1004出现，峰值大约在18微秒处。可以有未示出的其他谐振频率。在图10中同样明显的是油墨通道在谐振频率1002-1004之间没有喷射液滴(即，液滴速度是零)。例如，当喷射脉冲的脉宽在大约12到14微秒之间时，油墨通道不响应脉冲喷射液滴。因此，此处描述的非喷射脉冲可以设置为具有在油墨通道的该些套谐振频率1002-1004之间的脉宽，在该实例中大约在12到14微秒之间。可选择地，喷射脉冲的脉宽可以设置为在谐振频率1004与下一个谐振频率(图10中未示出)之间。因此，在另一个实例中，非喷射脉冲可以设置为具有大约24到26微秒之间的脉宽。

图11示出示范性实施例中的非喷射脉冲1100。在该实例中，非喷射脉冲1100的脉宽在油墨通道的该些套谐振频率1002-1004之间，大约在13微秒。当该非喷射脉冲1100被提供给压电驱动器时，压电驱动器将脉冲中的电能转换为热量而不会引起液滴从油墨通道中喷射。这种方式，压电驱动器可以被用作喷墨头中的加热器，使得跨越喷墨头的温度分布均匀。

图中所示的或此处描述的各种部件中的任何一个可以作为硬件、软件、固件或这些的一些组合实现。例如，部件可以作为专用硬件实现。专用硬件可以被称为“处理器”、“控制器”或一些类似的专业词汇。当通过处理器提供时，功能可以通过单个专用处理器，通过单个共享处理器或通过多个单独的其中一些可以共享的处理器提供。另外，术语“处理器”或“控制器”的明确的使用不应当被解释排除其他能够执行软件的硬件，其可以隐含地包括而不限于，数字信号处理器(dsp)硬件、网络处理器、专用集成电路(asic)或其他电路、现场可编程门阵列(fpga)、用于存储软件的只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、非易失性存储器、逻辑电路或其它一些物理硬件部件或模块。

同样，部件可以作为通过处理器或计算机执行的指令实现，以完成该部件的功能。一些指令的实例有软件、程序代码和固件。当通过处理器执行时，指令是可操作的，以便引导处理器完成元件的功能。指令可以存储在处理器可读的存储装置上。存储装置的一些实例有数字或固态存储器、例如磁盘和磁带之类的磁存储媒介、硬盘驱动器或光可读数字数据存储媒介。

尽管此处描述了具体的实施例，本发明的范围并不局限于的那些具体的实施例。本发明的范围由下面的权利要求及其任意等效定义。

本申请基于2016年3月1日提交的美国优先权申请文件no.15/058,089，其整个内容通过引用合并于此。