专利名称：驱动压电型油墨喷头的方法
技术领域：
本发明主要涉及一种利用压电元件的变形来驱动压电型油墨喷头，从而将油墨从喷嘴喷出的方法，更具体地说，涉及一种驱动压电型油墨喷头的方法，用来改变喷出的墨滴量。
喷墨打印机应用于打印机，传真机等设备中。在这些喷墨打印机中，有利用压电元件的压电型喷墨打印机。压电形喷墨打印机利用压电元件的变形将油墨从喷嘴射出。
在这种类型的喷墨打印机中，要求打印点直径可变，以反映打印的深淡程度。为此，上述打印机必需能改变喷出的墨滴量。
喷墨方法可分为喷墨后正极驱动吸墨的方法，以及吸墨后负极驱动喷墨的方法。按照负极驱动方法，墨滴散射均匀，变成墨滴的机率大。
图25A-25D和图26A-26E是第一种现有技术的示意图。
d31型是一种当压电元件在正电压作用下收缩时可引起较在变形的型号。在这种型号中，压电元件在电场方向的垂直方向上变形。在这种d31型中，当图25A虚线所示的电压作用在压电元件上时，吸墨后就进行喷墨过程。
图26A-26E是喷嘴的放大图。在喷嘴1处形成弯液面10。这里，弯液面的速度矢量以“V”表示。
图26A表示压电元件位于初始状态的喷嘴1和弯液面10的状态。弯液面10的表面张力与压腔内平衡，弯液面10就存在于喷嘴口附近。
图26B表示由于压电元件收缩使得压腔扩大，从而使压腔内负压增大时弯液面10的状态。也就是说，它表明图25A虚线所示的带正斜率的正电压作用时的情形。压腔内的负压比弯液面10的表面张力大，因而弯液面10就向压腔方向后退。
图26C是由于油墨从供墨装置中流入量足以降低压腔内的负压、因而压腔内的负压降低、弯液面10逐渐停止运动时的位置。此时，弯液面10被推到压腔附近。
图26D是压电元件突然向使压腔缩小的方向膨张时弯液面10的位置。也就是说，它表示图25A虚线所示的带负斜率的电压作用时的情形。由于压腔内的正压及弯液面的表面张力的作用，弯液面10产生层流，并具有朝向喷嘴口的较大的速度。因此，变液面10就快速向喷嘴口移动。
图26E表示压电元件膨胀停止时弯液面10的状态。由于油墨流入到供墨装置及喷嘴1内，压腔内的压力变成较大的负压。于是，喷嘴1的油墨突然减速。但是，喷嘴外的墨液速度足以散射出去，因而克服喷嘴1中油墨产生的表面张力，变成墨滴。然后，由于表面张力的作用，速度不足的油墨被迫退回到喷嘴1中。
上述的状态不断重复，即形成墨滴，然后射出。
控制墨滴量的第一种现有技术的方法是减小加在压电元件上的电压幅值至V2，如图25A实线所示。因此就可减小墨滴量。图25B至25D表示喷嘴1和弯液面10喷射小墨滴时的状态。
图25B表示开始吸墨时的状态。弯液面10正向压腔运动。
图25C表示吸完墨开始喷射时喷嘴1和弯液面10的状态。因为加在压电元件上的电压幅值降低，弯液面后退量较图26C小。
图25D表示墨液变成墨滴时喷嘴1和弯液面10的状态。因为弯液面10的后退量减小，墨滴也就减小。
第二种现有技术中控制墨滴量的方法将结合图27A至27D予以说明。
按照第二种方法，是通过改变弯液面后退速度来减小墨滴量。利用这种方法，喷射速度是可控的。更具体地说，如图27A实线所示，压电元件的驱动电压保持不变，而驱动电压的上升斜率变陡。斜率越陡，墨滴的滴量就越小。产生正常墨滴量的驱动波形如图25A虚线所示。
图27B表示开始吸墨时喷嘴1和弯液面10的状态。此时，快速吸墨，使得弯液面10向压腔方向的速度比喷射正常墨滴量时要大(如图27A虚线所示)。这样，弯液面10就被迫向压腔附近移动。
图27C表示吸完墨后开始喷墨时喷嘴1和弯液面10的状态。随着油墨的吸入，弯液面10在喷嘴1内向压腔附近后退，于是油墨就被充分加速。
图27D表示墨液变成墨滴时喷嘴1和弯液面10的状态。具备足够大速度的墨液变成墨滴，然后射出。
第三种现有技术中控制墨滴量的方法将结合图28A至28D予以说明。
根据第三种方法，如图28A实线所示，驱动电压减至V2，与第一种现有技术方法中相同，吸墨时弯液面的后退量降低。与此同时，喷墨时电压变化速度更高，防止喷墨时弯液面速度降低。
图28B表示开始吸墨时喷嘴和弯液面的状态。图28C表示吸完墨后喷嘴和弯液面的状态。压力幅值降低，因此弯液面10没有退到压腔附近。于是，如上所述，将油墨快速射出。此时，将接近喷嘴口附近的油墨射出，而没有获得足够的速度。但是，这些油墨与后面的被充分加速的油墨混合，变成墨滴，墨滴从整体上达到所要求的速度。
图28D表示墨液变成墨滴时，喷嘴和弯液面的状态。被充分加速后的墨液变成墨滴，并散射出去。
第三种方法是为了补偿由于弯液面后退量减小而引起速度的降低。
然而，在第一种现有技术的方法中存在以下问题。
在喷嘴中，墨液被压腔中的正压力所驱动并被加速。但是，一旦油墨射出喷嘴口，墨液就不会被加速得更高。因此，采用这种方法时，如果弯液面10的后退量降低，在喷嘴口附近内喷嘴口处的一些油墨从喷嘴口射出而没有被充分加速。
因此，墨液没有达到设定速度就不再被加速。然后，没有被加速的墨液与后面的被充分加速的墨液混合。层流状态消失，墨滴的速度矢量的方向被打乱。这就导致散射稳定性下降。与此相关，墨液混合损失了动能，墨滴的平均速度就降低。导致打印图像紊乱。
而第二种现有技术的方法存在如下问题。
当弯液面10突然后退时，压腔内压力变为正压，如图27D所示，于是在喷嘴径向的速度分布被打乱，导致墨滴的散布方向紊乱，于是，在图27A所示的驱动波形中，时间Trb不能被压缩得太短，这样，墨滴量的变化幅度不能太大。
而第三种现有技术的方法存在如下问题。
(1)正如在第一种现有技术的方法中，因为弯液面后退量降低，所以墨滴的散射方向紊乱。
(2)增加墨滴的滴量变化幅度，需要喷射时弯液面的速度能快速增加。即便喷射时弯液面的速度能快速增加，但是喷射时弯液面的速度受到压电元件的固有频率的限制。于是，墨滴滴量的变化幅度不能太大。
(3)如果喷射时弯液面的速度迅速增加，压电元件的超调量增大，并且产生大量伴随的墨滴。导致打印质量下降，所以墨滴量的变化幅度不能太大。
本发明的主要目的是提供一种驱动压电型油墨喷头的方法，通过它，墨滴量的变化幅度可以加大。
本发明的另一个目的是提供一种驱动压电型油墨喷头的方法，通过它，墨滴量变化幅度可增大，并能防止墨滴速度减小。
本发明还有一个目的是提供一种驱动压电型油墨喷头的方法，通过它，墨滴量的变化幅度可以增大，并能防止墨滴的散射紊乱。
本发明提供了一种驱动压电型油墨喷头的方法，压电型油墨喷头包括贮存油墨的压腔，从压腔中喷出墨滴的喷嘴，和一个压电元件，用于给压腔提供喷射墨滴以及改变所喷出墨滴量的压力。驱动方法包括第一步驱动压电元件使得油墨弯液面从喷嘴的初始位置后退到喷嘴内的第一位置；第二步驱动压电元件使得弯液面迅速从第一位置前进到喷嘴内的第二位置；第三步驱动压电元件使得弯液面从第二位置缓慢前移到初始位置。
根据本发明，吸墨时弯液面的移动量是固定的。然后，通过控制喷墨时弯液面快速向喷嘴口移动的移动量，来改变墨滴量。
根据本发明，吸墨时弯液面的移动量是固定的，于是就易于防止数射紊乱和速度降低。这是从改变弯液面吸墨量的现有技术中得知的。再者，喷墨时弯液面快速向喷嘴口的移动量是可控制的，因此与现有技术不同，它不要求急速的电压变化。于是，墨滴量的变化幅度就可以增大。
本发明的其他特征和优点通过下面结合附图的说明将更显而易见。
附图作为说明书的组成部分，描述了本发明的最佳实施例，结合以上的概要叙述以及下面对最佳实施例的详细说明，附图起到解释发明原理的作用。
图1是本发明第一个实施例的示意图；图2是用于本发明的油墨喷头的结构图；图3A、3B、3C和3D是本发明第一个实施例的运作过程示意图；图4是本发明第一个实施例的特性图；图5A、5B和5C是本发明第二个实施例的示意图；图6是图5A、5B和5C所示的第二个实施例的特性表；图7是本发明第三个实施例的示意图；图8A、8B、8C、3D和8E是本发明第三个实施例的运作过程示意图；图9是本发明第四个实施例的示意图10A、10B、10C、10D和10E是本发明第四个实施例的运作过程示意图；图11是本发明油墨喷头的另一种结构图；图12是本发明第五个实施例的示意图；图13是本发明驱动电路的电路示意图；图14是图13所示驱动电路的时序图；图15是本发明另一个驱动电路的电路示意图；图16是本发明温度与油墨粘度的关系示意图；图17是本发明温度与压电位移量的关系示意图；图18是本发明温度补偿时的波形示意图；图19是本发明温度与喷墨量的关系示意图；图20是本发明的喷头结构示意图；图21是本发明喷头驱动电路结构示意图；图22是本发明打印系统结构示意图；图23A和23B是本发明纸张与打印效果的关系示意图；图24是本发明的另一个打印系统的结构示意图；图25A、25B、25C和25D是第一个现有技术的示意图(第1部分)；图26A、26B、26C、26D和26E是第一个现有技术的示意图(第2部分)；图27A、27B、27C和27D是第二个现有技术的示意图；图28A、28B、28C和28D是第三个现有技术的示意图。
图1是本发明第一个实施例的示意图。图2是油墨喷头的结构示意图。图3A至3D是本发明第一个实施例的运作过程示意图。
首先参见图2来说明油墨喷头的结构。喷嘴1喷出油墨。喷嘴板2形成喷嘴1并构成压腔6的壁。喷嘴板2与压板4之间是弹性元件3。它具有弹性。压板4将压电元件5产生的力传递到压腔6上。压电元件5靠在压板4上，用电压使其位移。压腔6对油墨加压。压腔6与喷嘴1相连通并与油墨箱相连。
正电压作用时，压电元件5收缩，按d31型变化。然后，用相反极性驱动压电元件5。
其次，参见图1、图3A至3D，来介绍第一个实施例。
图1表示压电元件5的驱动波形。图1中的虚线表示喷射正常量墨滴时的驱动波形。图1中的实线表示喷射量相对较小的墨滴时的驱动波形。图3A至3D是在图1实线所示波形作用下的运作过程示意图。
图3A表示弯液面从初始位置开始向压腔移动时喷嘴和弯液面的状态。此时，如图1所示，第一种带正斜率的驱动电压加在压电元件5上。在这种电压作用下，压电元件5收缩，因而压腔6内产生负压。弯液面从初始位置向压腔后移。
图3B表示压电元件5刚刚从收缩变为膨胀后弯液面开始快速向喷嘴口移动时喷嘴和弯液面的状态。更具体地说，如图1所示，第一种带正斜率的驱动电压作用在压电元件5上一段时间t1后，接着施加第二种带负陡斜率的驱动电压。经过上述时间段t1后，带正斜率的驱动电压达到驱动电压值V5。带正斜率的驱动电压的最大值与图中虚线所示喷射正常墨滴时的相同。因而，弯液面后退到喷嘴1内的第一个设定位置。后退量与喷射正常量墨滴时的相同。
接着，在第二种带负斜率的驱动电压作用下，压电元件5转为膨胀，因而弯液面快速向喷嘴1口处移动。
图3C表示弯液面刚刚达到喷嘴内的第二位置后突然降低压电元件5的膨胀速度时喷嘴和弯液面的状态。更具体地说，如图1所示，将第二种带负的陡斜率的驱动电压加在压电元件5上一段时间t2。第二种驱动电压的电压差是V4。然后，经过时间t2后，电压转变为第三种带负的平缓斜率的驱动电压。于是压电元件5的膨胀速率突然降低。
在这种情况下，存在于喷嘴1内弯液面边缘的少量油墨被充分加速。接着，喷嘴1内后面的墨液呈快速减速状态。于是，弯液面附近的墨液开始变为墨滴。
图3D表示压电元件5停止膨胀时喷嘴和弯液面的状态。更具体地说，它是在第三种驱动电压作用时间t4后的状态。在这种状态中，充分加速后的少量墨液摆脱表面张力形成墨滴。而且，由于油墨流入到油墨供应装置和喷嘴后压腔6内呈负压，因而喷嘴1内的油墨被迫暂时沿喷嘴向后移动。然后在表面张力作用下，油墨又返回到喷嘴口附近。
这样，改变墨滴量时，油墨后退量的变化是不允许的。于是，墨液在喷嘴内被充分加速。因而，从开始突然膨胀到压电元件5的膨胀速度突然降低之前，通过改变电压差V4就能改变从第一位置到第二位置的移动量。于是墨滴就形成了，其数量与移动量有关。
从开始突然膨胀到压电元件5的膨胀速度突然下降之前，也可通过改变时间段t2来补偿速度，例如，改变快速膨胀时电压的斜率。
图4是本发明第一个实施例的特性图。
图4表示改变上述电压差V4时墨滴量的变化。喷射具有正常墨滴尺寸的墨滴时，测试使用一种喷头，此时吸墨时间t1o 80μs，喷墨时间t3为8μs，电压幅值V5设置为45V(如图1虚线所示)。此时喷头喷射墨滴为55pl。当使用这种喷头，改变电压差V4时，墨滴量降为7pl。
这样，墨滴量变化幅度加大，速度的波动可限制在10％或更低。
图5A、5B和5C是本发明第二个实施例的示意图。图6是与图5A至5C有关的特性表。
如图6所示，相应产生的墨滴量设置1-4级。第1级的驱动波形如图5A至5C的虚线所示。在这种驱动波形中，电压幅值V5是43.5V，吸墨时间t1为80μs，喷墨时间t2为6μs，压差V4/V5为1.0。这设置为正常墨滴尺寸的墨滴量，其数量为56pl。
第2级的驱动波形如图5A的实线所示。在这种驱动波形中，电压幅值V5为43.5V，吸墨时间t1为70μs，喷墨时间t2为3μs，压差V4/V5为0.7，恢复时间t4为22μs。这时墨滴量为31pl。
第3级的驱动波形如图5B的实线所示。在这种驱动波形中，电压幅值V5为43.5V，吸墨时间t1为60μs，喷墨时间t2为1μs，压差V4/V5为0.5，恢复时间t4为24μs，此时墨滴量为12pl。
第4级的驱动波形如图5C的实线所示。在这种驱动波形中，压差V5为43.5V，吸墨时间t1为50μs，喷墨时间t2为1μs，压差V4/V5为0.46，恢复时间t4为24μs。此时墨滴量为5pl。
这样，在这种喷头中墨滴量最大值为56pl，墨滴量可以改变至最小值5pl。而且，吸墨时间可稍稍改变，以改变吸墨速度。由于这种变化，墨滴量变化范围可大大加宽。另外，喷墨速度可通过改变喷墨时间t2来补偿。喷墨速度因而大致恒定。
图7是本发明第三个实施例的示意图。图8A至8E是本发明第三个实施例的运作过程示意图。
图7中虚线表示喷射正常量墨滴时的驱动波形。图7中实线表示喷射较小量墨滴时的驱动波形。图8A至8B是喷射小量墨滴时的运作过程示意图。
图8A表示弯液面开始从初始位置向压腔移动时喷嘴和弯液面的状态。此时，如图7所示，第一种带有正斜率的驱动电压加在压电元件5上。在这种电压作用下，压电元件5收缩，因而在压腔6内产生负压，于是弯液面从初始位置向压腔方向后退。
图8B表示压电元件5刚刚从收缩转为膨胀后弯液面开始快速向喷嘴1口处移动时喷嘴和弯液面的状态。更具体地说，如图7所示，第一种带正斜率的驱动电压作用在压电元件5上一段时间t1，结果是，弯液面后退到喷嘴1内第一设定位置处。因此，后退量与喷射正常墨滴时相同。
此时，墨液仍具有向压腔移动的残余速度。如果立即转为喷墨过程，相对于所需速度而言，必定存在对喷墨无益的能量。于是，如图7所示，在向压腔移动完成后，停止运动一固定时间段(t5-t2)，直至墨液的速度消失而不会转到下一阶段。
如图8C所示，在第二种带负斜率的驱动电压作用下，压电元件5转为膨胀。于是弯液面快速向喷嘴1口处移动。
当弯液面达到喷嘴内第二位置时，压电元件5的膨胀速度突然减小。图8D表示此时喷嘴和弯液面的状态。更具体地讲，如图7所示，将第二种具有负的陡斜率的驱动电压加在压电元件5上一段时间t2。这里产生的压差为V4。然后，经过时间t2之后，电压转变为第三种带负的平缓斜率的驱动电压。于是压电元件5膨胀速度突然降低。
在这种情况下，存在于喷嘴1内弯液面边缘的少量油墨被充分加速，这时喷嘴1内后面的油墨呈突然减速状态。于是，弯液面附近的墨液开始变成墨滴。
图8E表示压电元件5停止膨胀时喷嘴和弯液面的状态。更具体地讲，它是第三种驱动电压作用时间段t4后的状态。在这种状态下，充分加速的少量墨液摆脱表面张力，成为墨滴。而且，由于油墨流入供墨装置和喷嘴1内使压腔6内呈负压，因而喷嘴1内的油墨被迫暂时沿喷嘴向后移动。然后，由于表面张力作用，油墨返回到喷嘴口附近。
在第三个实施例中，当改变墨滴量时，油墨后退量的变化是不允许的，因而墨液在喷嘴内就能被充分加速。这样，从开始突然膨胀到压电元件5的膨胀速度突然降低之前，通过改变压差V4来改变从第一位置到第二位置的移动量。因而，墨滴就形成了，其数量与移动量有关。
从开始突然膨胀到压电元件5膨胀速度突然降低之前，改变时间t2也可以补偿速度，例如，改变快速膨胀时电压的斜率。
而且在喷墨之前存在一个吸收墨液速度的过程，因而油墨喷射能量利用效率高。
图9是本发明第四个实施例的示意图。图10A至10E是本发明第四个实施例运作过程示意图。
图9的虚线表示喷射正常量墨滴时的驱动波形。图9的实线代表喷射较小量墨滴时的驱动波形。图10A至10E是喷射较小墨滴量时的运作过程示意图。
图10A表示弯液面从初始位置开始向压腔移动时喷嘴和弯液面的状态。这时，如图9所示，第一种带正斜率的驱动电压作用在压电元件5上。在这种电压作用下，压电元件5收缩，因而在压腔6内产生负压。于是弯液面从初始位置向压腔后退。
图10B表示压电元件5刚刚从收缩转为膨胀后弯液面开始快速向喷嘴1口处移动时喷嘴和弯液面的状态。更具体地讲，如图9所示，第一种带正斜率的驱动电压加在压电元件5上一段时间t1。结果是，弯液面后退到喷嘴1内第一个设定位置。后退量与喷射正常量墨滴时的相同。
当第二种带负斜率的驱动电压作用时，压电元件5转为膨胀。于是弯液面快速向喷嘴1口处移动。
当弯液面到达喷嘴内第二位置时，压电元件5的膨胀速度突然降低。图10C表示此时喷嘴和弯液面的状态。更具体地讲，如图9所示，第二种带负的陡斜率的驱动电压作用在压电元件5上一段时间t2，产生的压差为V4。
在这种情况下，喷嘴1内存在于弯液面边缘的少量油墨被充分加速。然后，喷嘴1内后面的墨液呈突然减速状态。于是，弯液面附近的墨液开始变成墨滴。
墨液开始变成墨滴时，弯液面停止运动。图10D表示此时喷嘴和弯液面的状态。因此，通过暂时使弯液面停止运动，就易于防止具有充分动能的墨液与不具备足够动能的墨液混合。由于这种措施，就可能防止墨滴速度降低及墨滴量增加。
然后经过时间t5之后，电压转变为第三种带负的平缓斜率的驱动电压。于是压电元件5的膨胀速度减弱。
图10E表示弯液面低速返回到初始位置时喷嘴和弯液面的状态。在这种状况下，被充分加速的少量墨液摆脱表面张力变成墨滴。而且，由于油墨流入到供墨装置和喷嘴1内而使压腔6内产生负压，因而喷嘴1内的油墨被迫暂时向喷嘴内移动。然后，由于表面张力作用，油墨返回到喷嘴口附近。
同样在第四个实施例中，改变墨滴量时，不允许改变油墨后退量，因而墨液在喷嘴内被充分加速。这样，从开始突然膨胀到压电元件5的膨胀速度突然降低之前，通过改变电压差V4就可改变从第一位置到第二位置的移动量。于是，墨滴就产生了，其数量与移动量有关。
从开始突然膨胀到压电元件5的膨胀速度突然降低之前，通过改变时间t2也可以补偿速度，例如改变快速膨胀时电压斜率。
而且，在喷墨过程中使弯液面暂时停止运动，因而就易于防止具备充分动能的墨液与不具备充分动能的墨液混合。由于这种措施，就可能防止墨滴的速度降低，也能防止墨滴量增加。因此，就能产生较小量的墨滴，能在较大范围内控制墨滴量。
图11是油墨喷头的另一种结构图。图12是本发明第四个实施例的示意图。
如图11所示，喷嘴板2构成喷嘴1。壁件11构成压腔6的壁。压电元件7构成压腔6的壁。压电元件7在两面分别带有电极8a、8b。
压电元件7采用d33型，在电压作用下压电元件7膨胀。因为压电元件7构成压腔6的部分壁，所以喷头制造费用显著降低。
图12表示图1所示的第一个实施例作用在d33型喷头时的驱动波形。也就说，在初始位置处加电压V5。在此作用下，如图11的虚线所示，压电元件7膨胀，压腔6缩小。
喷墨时，驱动电压向0V降低。因而压电元件7收缩足以在压腔6内产生负压。于是油墨吸入到喷嘴1内。当驱动电压变为0V时，压电元件7膨胀。接着，以陡的斜率提高驱动电压至正电压V4。
达到V4后，又以平缓斜率提高驱动电压至V5。
在这个实施例中，与第一个实施例相同，实现了图3A至3D的运作过程。这个实施例也与第一个实施例具有相同的运作效果。而且，第三和第四个实施例也可适用。
图13是本发明一个驱动电路实施例的示意图。图14是时序图。按照此实施例，通过改变每个喷嘴上施加的电压来反映点的深浅程度。
参见图13，ROM20存贮用于产生深浅程度驱动波形的数据。数模(D/A)转换器30-32将ROM给定的驱动数据转换成模拟量。积分电路33-35将D/A转换器30-32的输出量积分。放大电路36-38将积分电路33-35的输出量放大。
打印波形发生单元21-23产生彼此不同的驱动波形，它由D/A转换器30-32、积分电路33-35和放大电路36-38组成。
在各喷嘴上都带有压电元件51-5n，用以驱动压腔。在各压电元件51-5n上装有开关电路61-6n，根据驱动波形选择单元24的选择信号，选择打印波形发生单元21-23产生的驱动波形，将其加在压电元件51-5n上。
驱动波形选择单元24由译码器40，移位寄存器41和寄存器42组成。译码器40将二位深浅程度数据信号，它代表从图中未显示的打印控制单元传来的每个点深浅程度数值，转化为并行的三位译码信号。移位寄存器41由3n位移位寄存器组成，根据各点产生的采样时钟信号来接收译码信号。寄存器42由3n位移位寄存器组成，数据每n个点产生的锁存时钟信号来锁存移位寄存器41的内容。
下面解释运作过程。在未显示的打印控制单元的控制下，ROM20将三种m位驱动波形发生数据输出到三个打印波形发生单元21-23上。打印波形发生单元21-23内的D/A转换器30-32产生与数据信号相应的电压值。接着，积分电路33-35将产生的电压积分，输出驱动波形。驱动波形取决于D/A转换器30-32中时间和电压值，以及积分电路33-35的积分常量。积分电路33-35的输出值被放大电路36-38放大，输出到开关电路61-6n上。
另一方面，代表所喷射各点深浅程度数值的二进制数据信号被输入到译码器40上，将其转换成三位译码信号。这些信号的各位与开关电路61-6n的开关相对应。因此，根据深浅程度数据信号输出3位译码信号，使得3位中1位固定为“通”，或所有的位均是“断”。
这些三位译码信号根据采样时钟信号依次进入到移位寄存器41内。当所有压电元件51-5n的信号进入到移位寄存器41内，移位寄存器41的内容根据锁存时钟信号寄存到寄存器42内。因而，移位寄存器41处于等待输入下一个打印信号的状态。
寄存器42内存贮的信号输出到与压电元件51-5n相连的开关电路61-6n上。在开关电路61-6n中，根据这些信号，三个开关中的一个为“通”，或所有开关均呈“断”状。
因此，压电元件51-5n可以处于下列状态不打印时不需施加波形，或施加由打印波形发生单元21-23产生的喷射高密点，正常密度点或低密度点的区动波形。
参见图14作出进一步的解释。深浅程度数据信号被定义为二位信号，具有值“0”-“3”。接着，将这些信号的每一个传送到压电元件51-5n上。这些信号代表下次喷墨时压电元件51-5n喷射的油墨密度。例如，如果深浅程度数据信号是二位信号，这代表四种类型如“不印刷”、“高密度”、“正常密度”和“低密度”。
译码器40将深浅程度数据信号转换成三位译码信号。根据采样时钟信号，将转换的深浅程度数据信号采入到移位寄存器41内。所有的深浅程度数据信号采入到移位寄存器41后，根据锁存信号，移位寄存器41的内容复制到寄存器42上。寄存器42的信号可选择开关电路61-6n的开关状态。
ROM20将相应于“高密度”、“正常密度”和“低密度”的驱动数据输出到打印波形发生单元21-23上。此时输出的改变波形电压的信号从D/A转换器30-32输出端输出。转换速度取决于D/A转换器30-32输出的电压值。而且，提高输出电压的时间也取决于D/A转换器30-32的信号输出时间宽度。
图14表示将上述的第二和第三个实施例的驱动波形结合起来的驱动波形。时间t6设为“0”时，它代表第三个实施例的驱动波形。时间t7设为“0”时，它表示第二个实施例的驱动波形。如果时间t6和t7均为零，它表示第一个实施例的驱动波形。
因而，打印波形发生单元21-23产生三种深浅程度的驱动波形。因此，根据与深浅程度数据信号选择与压电元件51-5n相连的开关电路61-6n。将代表深浅程度数据信号的驱动波形加在压电元件51-5n上。于是，由于压电元件51-5n的驱动就会喷出墨滴，其量与深浅程度相适应。
图15是本发明实施例的另一个驱动电路的电路图。如图15所示，与图13相同的部件标以同样的数字。在本实施例中，唯一的打印波形发生单元21产生驱动波形以喷出具有一定深浅程度的墨滴。打印波形发生单元21将驱动波形转换为与时间有关的深浅程度数值，并将其输出，这样就形成了点的深浅程度。
开关电路6-1至6-n与压电元件51-5n相对应，决定是否将驱动电压加在压电元件51-5n上。在未显示出的打印控制单元的控制下，ROM20依次将三种m位驱动波形发生数据输出到唯一的打印波形发生单元21上。在这种打印波形发生单元21中，D/A转换器30产生与数据信号相对应的电压。接着，积分电路33将产生的电压积分，输出驱动波形。驱动波形取决于D/A转换器的时间和电压值，以及积分电路33的积分常量。积分电路输出量33被放大电路36放大，并将其输出到每个压电元件51-5n上。
另一方面，代表每个喷嘴喷墨通/断状态的1位打印选择信号根据采样时钟信号依次传送到移位寄存器41上。当所有的压电元件51-5n的信号传送到移位寄存器41时，移位寄存器41的内容根据锁存时钟信号寄存到寄存器42内。于是，移位寄存器41处于等待输出下一个打印信号的状态。
将寄存器42寄存的信号输出到与压电元件51-5n相连的开关6-1至6-n上。这些信号控制6-1至6n通或断。
因此，压电元件会出现以下状态不打印时不需施加驱动波形，或施加打印波形发生器21产生的驱动波形。驱动波形依次为喷射高密度点、正常密度点和低密度点的波形。
ROM20依次将与“高密度”、“正常密度”和“低密度”相应的驱动数据输出到打印波形发生单元21内，因而驱动波形随深浅程度而变化。在每种深浅程度的驱动波形中，打印选择信号置为通/断状态，将相应于特点深浅程度的驱动信号作用在特定的压电元件51-5n上。于是在压电元件51-5n驱动下，将代表特定深浅程度的墨滴从喷嘴射出。
接着，将介绍周围温度与油墨喷射量间的关系。
图16是温度与油墨粘度之间的关系图。图17是温度和压电元件位移量之间的关系图。图18是温度补偿时的驱动波形图。图19是温度与油墨喷射量之间的关系图。图20是本发明喷头的结构图。图21是本发明的喷头驱动电路的结构图。
如图16所示的温度与油墨粘度之间的关系。随着温度升高，油墨粘度降低。而且，如图17所示，根据温度与压电位移量之间关系，随着温度升高，压电件位移量变大。
因此，如图19虚线所示，在较高温度时，油墨喷射量变大。也就是说，低温时压电元件的位移量小，油墨粘度增加，导致油墨喷射量降低。于是打印密度降低。反之，高温时压电元件的位移量升高，油墨粘度降低，导致油墨喷射量增加。因此打印密度增加。
防止油墨喷量随温度变化涉及到随温度改变驱动信号。这就需要准备与温度有关的各项驱动数据。与温度有关的各项驱动数据的准备费时，而且，ROM20也需要有一定的存贮空间。
为避免这点，按照本实施例，没有随驱动数据而改变驱动幅度，如图18所示。更具体地讲，如图18所示，低温时提高驱动信号的幅值，而高温时降低驱动信号的幅值。
由于这种调整，如图19实线所示，油墨喷射量恒定，而与喷头的温度无关。
图20和图21表示实现这种无需改变驱动数据的方法。如图20所示，油墨喷头13有四个喷嘴单元12，并列设置。这种喷头13的打印面板14上装有测温装置15。由热敏电阻构成的测温装置15安装在喷头13附近，用来测定喷头13的温度。
如图21所示，喷头驱动电路由参考电压发生电路46、幅值电压发生电路46、驱动波形发生电路39和放大电路36组成。参考电压发生电路46为电压幅值发生电路45提供参考电压Vr。
幅值电压发生电路45由乘法型数模(D/A)转换器组成。代表幅值电压的幅值数据Dg输入到幅值电压发生电路45中，它就产生一个幅值电压Vg，其大小与幅值数据Dg相应。
由未显示出的打印控制电践来给定幅值数据Dg。打印控制电路通过测温装置15的测定值来决定幅值数据Dg，将它输出到幅值电压发生电路45上，如图18所示，打印控制电路根据测温装置15测定的温度来调整幅值数据Dg。例如，低温时提高幅值，高温时降低幅值。
驱动波形发生装置39由乘法型数/模(D/A)转换器及积分电路组成，如图13所示。这样，乘法型D/A转换器完成驱动数据(波形数据)Dw的D/A转换，此时幅值电压发生电路45的幅值电压起到参考电压的作用。如图13所示，将驱动数据Dw从ROM20中输出。
这种乘法型D/A转换器的输出量由积分电路积分，产生驱动信号Vw。接着，放大电路36将驱动信号Vw放大，并将输出信号Vout输出到压电元件上。
这样，不改变驱动数据(波形数据)，而只改变驱动信号的幅值。于是，不需要各种与温度有关的驱动数据。因此，既不需要准备各种与温度有关的驱动数据，也不需要增大ROM20的容量。
如果在打印一页时，对因温度而产生的油墨喷量进行了修正，那么就导致一页中打印密度可能改变。因此，就需要页间修正。
下面就如何控制油墨喷量适应纸张类型作一说明。
打印介质与油墨间的亲合力应对二者都是合适的。于是，油墨注入量因油墨和打印介质的种类而改变。因此，用于本设备的油墨和打印介质要有所限制，避免油墨注入量发生变化。
但是仍需要使用各种打印介质。因此，在限定的打印介质之外，打印质量降低不可避免。特别是在再生纸上打印时，沿纸的纤维易出现污迹。而在涂层纸上打印时，是否容易出现污迹取决于与油墨的兼容性。
在这种情况下，通过改变与所使用的纸张相应的油墨喷射量来获得理想的打印效果。
图22是本发明打印系统结构的方块图。图23A和23B分别是纸张和打印效果的关系图。
打印设备7带有图像存储器71。在当典型的记录纸上打印时，将打印字样存在图像存储器71内。如图23A所示，已备好一个打印字样，即通过调整油墨量为“大”、“中”、和“小”将楷体“odoroku”(字面意思是“惊”)打印在再生纸上。如图23B所示，已准备了一个打印字样，即通过调整油墨量“大”“中”“小”将楷体“odoroku”印在涂层纸上。
于是，这些打印字样就储存在图像存储器71内。
操作板72由选择记录纸类型的开关、用来显示选择的记录纸打印字样的显示单元(如液晶板)、以及选择油墨喷射量的开关，用来从显示器上选择合适的图像质量。
打印数据处理单元70处理由主机80传送来的打印数据。例如，打印数据处理70将打印数据转换为图像数据，油墨喷射量计算单元73计算出与由操作板72设定的油墨喷射量相应的油墨喷射量控制数据。喷头控制单元74根据喷射量控制数据而产生上述驱动波形，并根据打印数据来控制打印机打印单元75。打印机打印单元75即为上述的油墨喷头。
下面介绍运作过程。根据来自主机80的输入指令，打印数据处理单元70产生要打印的全部或部分图像。油墨喷射量计算单元计算出与此图像相应的油墨喷射量。喷头控制单元74产生出与油墨喷射量相应的驱动波形，通过控制打印机打印单元75来进行打印。
在这种情况下，操作者从操作板72输入所用纸的类型。所输入的纸张类型的打印字样从图像存储器71中读出。将打印字样显示在操作板72的显示单元上。例如，如果纸张设定为再生纸，对于再生纸油墨量为“小”、“中”和“大”时，显示出三种打印字样，如图23A所示。再者，如果纸张为涂层纸时，对于涂层纸油墨量为“小”、“中”和“大”时显示出三种打印字样，如图23B所示。
看到显示内容后，操作者可选择最佳的图像质量。然后通过损伤板72的开关，输入“大”“中”“小”量油墨中的一种。油墨喷射量计算单元73根据选择的油墨量计算出油墨喷射量，控制喷头控制单元74。
参见图23A和23B，对喷墨记录纸设置为“中”量油墨。从图23A和23B可以看出，在设置为“中”量油墨时发丝和污迹很明显。就能意识到将油墨量调为“小”就能提高图像质量。
因此，相应于记录纸类型要获得最佳图像质量的打印效果是容易的。用于喷墨打印机的记录纸各类可增多。而且，在打印前就可显示图像质量，因此不需要打印实验。因而就避免记录纸和油墨浪费。
接着介绍另外一种可以根据所用纸张来改变油墨喷射量从而获得最佳打印效果的打印系统。
图24是本发明另一个打印系统的结构图。
主机80带有图像存储器71，它由ROM或硬盘组成。将在典型记录纸上打印的打印字样存储在图像存储器71内。例如，如图23A所示，已备有油墨量设置为“大”、“中”和“小”时在再生纸上打印的打印字样。如图23B所示，就备有在油墨量设置为“大”、“中”和“小”时在涂层纸上打印的打印字样。
操作板82包括选择记录纸类型的开关、用来显示所选记录纸的打印字样的显示单元(如显示器)、以及选择油墨量的开关用来从显示器上选取合适的图像质量。
打印机驱动器(软件)83具有打印图像产生功能和打印密度指令产生功能。打印图像产生功能产生打印机的打印图像。打印密度指令产生功能根据从操作板82上传来的油墨喷射量，产生打印机打印密度指令。
打印数据处理单元70处理从主机80的打印机驱动器83传来的打印数据(包括油墨喷射量)。喷头控制单元74根据油墨喷射量控制数据产生上述驱动波形，并且根据打印数据来控制打印机的打印单元75。打印机打印单元75即为上述的油墨喷头。
下面介绍操作过程。根据从主机80给定的打印数据，打印数据处理单元70产生要打印的全部或部分图像。喷头控制单元74产生与油墨喷射量相应的驱动波形，并且通过控制打印机打印单元75来进行打印。
在操作之前，操作者从操作板82上输入所使用的纸张类型。从图像存储器81中读取对应输入纸张类型的打印字样。这种打印字样显示在操作板82的显示单元(显示器)上。例如，如果纸张为再生纸，对于再生纸当油墨量为“小”、“中”和“大”时显示三种打印字样，如图23A。另外，如果纸张为涂层纸时，对于涂层纸当油墨量为“小”、“中”和“大”时显示三种打印字样，如图23B所示。
看到显示内容后，损伤者可选择最佳的图像质量。然后，通过操作板82的开关输出“大”、“中”和“小”量油墨中的一种。打印机驱动83的打印密度指令产生功能产生出与所选油墨量相一致的打印密度指令(油墨喷量)。然后，将打印密度指令和打印数据一起输出到打印机7上。
这样，就可获得相应记录纸类型具有最佳图像质量的打印结果。因而用于这种喷墨打印机的记录纸种类可以增多。而且，因为打印前显示了图像质量，就不需要打印实验或类似的工作。此外，主机用大量存贮空间存贮了字样图像，因此打印机本身就不需要大容量内存。
除了以上讨论的实施例之外，本发明也可为下列情形(1)用三个实施例描述了驱动方法。但是，例如，第二个实施例和第三个实施例结合起来也是能够实现的。
(2)用图2和图11所示的喷头来说明油墨喷头，但也可为其它形式。
到目前为止，本发明都是通过各实施例来予以讨论的。在本发明要旨范围内的各种变化都是可以实现的。这些变化并不排除在本发明范围之外。
总上所述，本发明有以下效果。
(1)吸墨时弯液面的移动量固定，因此就易于防止墨滴散射紊乱及速度的降低。
(2)喷墨时，弯液面快速向喷嘴口移动时移动量是可以控制的，因而墨滴量的变化幅度就增大了。
权利要求
1.一种驱动压电型喷墨头的方法，压电型喷墨头包括接收油墨的压腔，将墨滴从该压腔喷出的喷嘴，以及为该压腔提供压力的压电元件用来喷射墨滴和改变所喷墨滴量，该方法包括第一步驱动上述压电元件使得油墨弯液面从上述喷嘴的初始位置退到喷嘴内第一位置；第二步驱动上述压电元件使得弯液面快速从第一位置前进到喷嘴内的第二位置；第三步驱动上述压电元件使得弯液面从第二位置缓慢前移到初始位置。
2.根据权利要求1所述的驱动压电型喷墨头的方法，所述第二步是根据所喷射的墨滴尺寸来改变弯液面从第一位置到第二位置的移动量。
3.根据权利要求1所述的驱动压电型喷墨头的方法中，还包括在上述的第一步和第二步之间存在第四步，驱动压电元件使得弯液面在第一位置处缓慢停止一段预定时间。
4.根据权利要求1所述的驱动压电型喷墨头的方法中，还包括在上述第二步和第三步之间存在第五步，驱动压电元件使得弯液面在第二位置处缓慢停止一段预定时间。
5.根据权利要求3所述的驱动压电型油墨喷头的方法中，还包括在上述第二步和第三步之间存在第五步，驱动压电元件，使得弯液面在第二位置处缓慢停止一段预定时间。
6.根据权利要求2所述的驱动压电型油墨喷头的方法中，上述第二步是根据所喷墨滴量来改变弯液面从第一位置到第二位置的移动速度。
7.根据权利要求2所述的驱动压电型油墨喷头的方法中，上述第二步是根据所喷墨滴量的减少来降低弯液面从第一位置到第二位置的移动量。
8.根据权利要求6所述的驱动压电型油墨喷头的方法中，所述第二步是根据所喷墨滴量的减少来提高弯液面从第一位置到第二位置的移动速度。
9.根据权利要求1所述的驱动压电型油墨喷头的方法中，所述第一步是在所述压电元件上作用带第一斜率特性的第一驱动电压；所述第二步是在所述压电元件上作用与第一斜率特性相反的第二陡斜率特性的第二驱动电压；所述第三步是在所述压电元件上作用比第二斜率特性平缓的第三斜率特性的第三驱动电压。
全文摘要
本发明所披露的是利用压电元件的变形来驱动压电型油墨喷头将油墨从喷嘴射出的方法。驱动方法包括第一步驱动压电元件使得油墨弯液面从喷嘴的初始位置后退到喷嘴内的第一位置,第二步驱动压电元件使得弯液面快速从第一位置前进到喷嘴内的第二位置,以及第三步驱动压电元件使得弯液面从第二位置缓慢前移到初始位置。通过改变第二步中从第一位置到第二位置的移动量来改变墨滴量。
文档编号B41J2/045GK1172732SQ971155
公开日1998年2月11日 申请日期1997年6月11日 优先权日1996年6月11日
发明者中村盛吉, 纳浩史, 仙波聪史, 三上知久 申请人:富士通株式会社