用于驱动喷墨打印机记录头的装置和方法

专利名称：用于驱动喷墨打印机记录头的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于通过液滴排放孔(喷嘴)喷射墨滴并在纸上记录图象的喷墨打印机以及驱动喷墨打印机记录头的装置和方法。
用于通过与一个油墨室连通的液滴排放孔喷射墨滴并在纸上进行记录的喷墨打印机已被广泛采用。在相关技术的这种喷墨打印机中，每个喷嘴设有一个单一的压电元件。压电元件被固定到构成油墨室一个外壁的振动板上，油墨通过一个油墨导管被注入到该油墨室中。压电元件根据外加信号的电压波形发生弯曲来改变油墨室的体积从而产生喷射压力。借助于该喷射压力使一个油墨滴从排放孔喷射出来。
由于在上述喷墨打印机中的喷射压力是借助于改变油墨室的体积来产生的，因此从排放孔喷射出来的油墨是以圆柱形的形状(以一种曳尾的形状)飞行的。在飞行墨滴的顶端和末端之间会造成时间及速度上的差异。从而前面的主油墨滴会伴之以不希望有的微细墨滴(在下面的描述中将称之为伴生墨滴)。这种落在纸上的伴生墨滴会影响打印结果。尽管这种伴生墨滴对于用较大墨滴记录高密度图象的质量不会造成很大的影响，但是，当用小墨滴进行记录用以显示低密度图象或半色调图象时，伴生墨滴将会明显地降低图象质量。因此，当喷射小墨滴时，所产生的伴生墨滴会引起很大的问题。
为解决这一问题，已经有人提出了一些方案。例如，在日本专利申请公报平7-76087(1995)中公开了一种方法，其中，每个喷嘴设有一个单一的压电元件，在两个用于喷射墨滴的电平之间改变加在压电元件上的喷射电压的速度。如

图1所示，喷射电压开始以第一电压变化速度‘V1’增加。然后，喷射电压以高于V1的第二电压变化速度‘V2’增加。在图1中，纵轴表示电压。横轴表示时间。根据该方法，下一个被喷射出来的墨滴紧随前一墨滴的先端。从而油墨柱的顶端与末端之间的速度差降低并减少了伴生墨滴。
另一种方法公开于日本专利申请公报昭59-133067(1984)中，在该方法中，每一喷嘴设有一个单一的压电元件，通过向压电元件外加两个独立的电压脉冲来喷射墨滴。如图2所示，在该方法中，向压电元件外加第一脉冲P1以产生一个第一压力波动以便开始通过一个喷嘴喷射墨滴。然后终止第一脉冲P1并在墨滴通过喷嘴的喷射结束之前向压电元件施加第二脉冲P2以便产生一个第二压力波动。在图2中，纵轴为电压，横轴为时间。根据该方法，通过喷嘴被喷射出来的油墨柱在较早的阶段被切断并抑制伴生墨滴的产生。
在日本专利申请公报昭51-45931(1976)中公开了一种墨滴喷射装置，其中，为每个喷嘴设置两个压力生成装置，通过将两个压力生成装置产生的振动相结合来振动油墨以使墨滴得到喷射。
然而，在上述日本专利申请公报平7-76087(1995)中所公开的方法中，需要使第一电压变化速度V1低于第二电压变化速度V2。从而，与在整喷射周期内电压均以高速度V2变化的情况相比，采用该方法所喷射的墨滴的速度被降低。喷射墨滴速度的降低会导致不稳定的喷射，例如影响墨滴飞行路径的线性以及墨滴速度的变化。结果，可能会发生记录点的偏移并可能降低打印质量。
在上述日本专利申请公报昭59-133067(1984)所公开的方法中，在第一脉冲P1终止后的一段时间间隔Ti之后，外加第二脉冲P2。如果时间间隔Ti过长，则油墨柱的曳尾会变长，因此可能产生伴生墨滴。另一方面，如果时间间隔Ti过短，压电元件则跟不上电压变化，从而不能达到预期的效果。这是因为压元件一般具有其自己的本征振荡特性，并且不能以高于其本征振荡的频率工作。尽管可以通过制造具有较高本征振荡频率的压电元件来解决这一问题，但这是不现实的，这是因为在实际中所能获得的压电元件本征振荡频率是有限度的。此外，在制造这种压电元件时，在技术上难度很大，从而增加了制造成本。此外，在上述公报中，尽管第一脉冲P1的电压V1低于第二脉冲P2的电压V2，但是电压V1需要高于第二电压V2以便使得油墨柱的曳尾端能够接触其顶端并与顶端汇集在一起。但是，提高加在压电元件上的电压会降低压电元件以及由压电元件引起振荡的振动板的使用寿命。同时还会加大残留振荡并可能影响所述频率特征。
在日本专利申请公报昭51-45931(1976)中所公开的上述墨滴喷射装置中采用小输入功率以有效地喷射墨滴。为达到这一目的，分别将高频驱动信号加到两个压力产生装置上，并且改变驱动信号之间的相位差及信号的大小，使得由压力产生装置所引起的振荡有效地相互结合以振荡油墨。从而喷射墨滴。也就是说，该装置并未试图防止伴生墨滴的生成。在该公报中，也没有公开为防止伴生墨滴所需要的压力产生装置的驱动方法和结构。并且也没有提出关于这种方法或结构任何建议。
如上所述，在相关技术中，如果不降低喷射墨滴的速度，不降低装置的寿命，不降低频率特性同时对压电元件本征振荡特征不加限制，就不可能令人满意地减少伴生墨滴。
相关技术的喷墨打印机还存在其它一些问题。图3是在一个相关技术的打印机中记录头和驱动电路的示意图。如图所示，记录头500包括一个喷嘴501和一个与喷嘴501相应设置的压电元件502。压电元件502固定到油墨室(未示出)的一个壁上，油墨通过油墨导管(未示出)被注入到该油墨室中。一个具有特定波形的驱动信号504经过一个通/断开关503被有选择地输入到压电元件502上。就是说，只有当开关503被导通时，驱动信号504才能被输入到压电元件502。在施加驱动信号504时，压电元件502向使油墨室的体积缩小的方向弯曲。从而从喷嘴501喷射出一个墨滴。
对于这类打印机，用于产生半色调图象的方法之一是一个点接一个点地改变墨滴的尺寸。但在图3所示的相关技术记录头的驱动电路中，只输入一种类型的驱动信号504，因此只能进行喷射或不进行喷射控制。从而，尽管能够控制记录点之间的间隔但却不能对从一个墨滴到一个墨滴改变墨滴的尺寸进行控制。从而很难真实地记录各种图象，例如更自然的半色调图象的显示。
本发明的目的是提供一种喷墨打印机和一种用于驱动喷墨打印机记录头的装置和方法，以便抑制伴随着喷射的墨滴所产生的伴生墨滴，并克服上面所提到的问题。
本发明的喷墨打印机包括一个墨滴排放孔，墨滴通过该排放孔被喷射出来；一个向排放孔提供油墨的油墨室；一个用于排放孔的第一压力产生装置，通过位移改变油墨室的体积以产生迫使油墨滴从排放孔喷射的压力；一个用于排放孔的第二压力产生装置，通过位移改变油墨室的体积用来产生可抑制伴随着从排放孔喷射的墨滴而生成微细墨滴的压力；以及一个用于控制第一和第二压力产生装置的位移状态的喷射控制装置。
本发明提供一种用于驱动喷墨打印机的记录头的装置，该打印机包括一个墨滴排放孔，墨滴通过该排放孔被喷射出来；一个向该排放孔供应油墨的油墨室；一个第一压力产生装置，通过位移改变油墨室的体积以产生使墨滴从该排放孔喷射出来的压力；一个用于该排放孔的第二压力产生装置，通过位移改变油墨室的体积以产生一可抑制伴随着从排放孔喷射的墨滴生成微细墨滴的压力。该驱动装置包括一个用于产生可实现第一和第二压力产生装置位移的驱动信号的装置；和一个用于控制向第一和第二压力产生装置提供驱动信号状态的装置。
本发明提供一种用于驱动喷墨打印机记录头的方法，该打印机包括一个墨滴排放孔，墨滴通过该排放孔被喷射出来；一个向该排放孔提供油墨的油墨室；用于该排放孔的第一和第二压力产生装置。该驱动方法包括以下步骤通过向第一压力产生装置提供一个特定波形的喷射驱动信号使第一压力产生装置发生位移来改变油墨室的体积从而产生墨滴从排放孔喷射出来的喷射压力；通过向第二压力产生装置提供一个具有特定波形的辅助驱动信号使第二压力产生装置发生位移来改变油墨室的体积产生一个辅助压力用来抑制伴随着从排放孔喷射出来的墨滴所生成的微细墨滴。对产生喷射压力的状态和产生辅助压力的状态加以控制。
根据本发明的喷墨打印机和驱动喷墨打印机记录头的装置和方法，提供用于排放孔的第一和第二压力产生装置。并控制第一和第二压力产生装置的位移状态。由第二压力产生装置的位移所产生的辅助压力被叠加到由第一压力产生装置的位移所产生的喷射压力上。从而墨滴的曳尾在早期被切断。
本发明的另一种喷墨打印机包括一个墨滴排放孔，墨滴通过该排放孔被喷射出来；一个具有一个壁的油墨室，用于向排放孔提供油墨；一个设置在油墨室壁上的第一压力产生装置，用于通过位移改变油墨室的体积以产生使墨滴通过排放孔喷射出来的压力；一个设置在油墨室壁上的第二压力产生装置，用于通过位移改变油墨室的体积来产生可协助墨滴从排放孔喷射的压力。第一压力产生装置与第二压力产生装置相比，位于墨滴排放孔的较远处。“协助墨滴的喷射”的意思是指通过进行调整使墨滴以一种所希望的状态被喷射。更具体地说，对第一压力产生装置的喷射压力进行特定的调整使得所喷射出来的墨滴具有所需要的尺寸和速度或者说不喷射不希望有的墨滴。这也适用于下面的描述。例如，第二压力产生装置可产生一个抑制伴随所喷射的墨滴而生成的微细墨滴。
本发明提供了另一种用于驱动打印机记录头的装置，所述打印机包括一个墨滴从其中被喷射出来的墨滴排放孔；一个具有一个壁的向排放孔提供油墨的油墨室；一个设置在油墨室壁上的第一压力产生装置，通过位移改变油墨室的体积来产生压力；以及一个设置在油墨室壁上的第二压力产生装置，用于通过位移改变油墨室的体积来改变压力。第一压力产生装置位于比第二压力产生装置距离排放孔更远的位置处。该驱动装置包括一个用于产生主驱动信号和辅助驱动信号的装置，其中，主驱动信号使第一压力产生装置产生一个使墨滴通过排放孔喷射出来的压力，而辅助驱动信号则使第二压力产生装置产生一个协助墨滴通过排放孔喷射的压力；以及一个控制装置，用于控制主驱动信号和辅助驱动信号分别加到第一压力产生装置和第二产生装置上。所述辅助控制信号可以是产生一个压力以便抑制伴随着墨滴生成微细墨滴的信号。
本发明提供另外一种用于驱动喷墨打印机记录头的方法，该打印机包括一个墨滴经其喷射出来的墨滴排放孔；一个具有一个壁的向排放孔提供油墨的油墨室；在油墨室壁上设置的第一压力产生装置，用于通过位移改变油墨室的体积来产生压力；以及设置在油墨室壁上的第二压力产生装置，用于通过位移改变油墨室的体积产生压力。第一压力产生装置与第二压力装置相比位于距墨滴排放孔更远些的地方。该驱动方法包括以下步骤对第一压力产生装置施加一个主驱动信号以产生一个使墨滴经排放孔喷射出来的压力；对第二压力产生装置施加一个辅助信号以便产生一个协助墨滴通过排放孔喷射出来的压力。
根据本发明的喷墨打印机，第一压力产生装置在油墨室壁上远离排放孔的位置处。通过第一压力产生装置的位移改变油墨室的体积并产生一个使墨滴从排放孔喷射出来的压力。第二压力产生装置设置在油墨室壁靠近排放孔的位置处。通过第二压力产生装置的位移改变油墨室的体积并产生一个协助墨滴喷射的压力。
根据本发明的驱动喷墨打印机记录头的装置和方法，主驱动信号加在设置于油墨室壁上远离排放孔的第一压力产生装置上，用于产生通过排放孔喷射墨滴的压力。辅助信号被加到设置在油墨室壁上靠近排放孔处的第二压力产生装置上，用于产生协助墨滴喷射的压力。从而控制墨滴的喷射。
本发明提供另外一种喷墨打印机，该打印机包括一个墨滴通过其喷射的排放孔；多个用于排放孔的能量产生装置，每个能量产生装置产生使墨滴从排放孔喷射出来的能量；以及多个选择装置，每一个选择装置用于相应的能量产生装置以选择多个用于驱动能量产生装置的驱动信号中的任何一个并将该信号提供给相应的能量产生装置。
本发明提供另外一种驱动喷墨打印机记录头的另外一种装置，该打印机包括一个墨滴从其中喷出的墨滴排放孔；以及用于排放孔的多个能量产生装置，每一个能量产生装置产生使墨滴从排放孔喷射出来的能量。该驱动装置包括一个产生用于驱动能量产生装置的多个驱动信号的装置；以及用于相应能量产生装置的多个选择装置，用于选择任何一个驱动信号并将该信号加到相应的能量产生装置上。
本发明还提供了另外一种用于驱动喷墨打印机记录头的方法，该打印机包括墨滴通过其中喷射出来的墨滴排放孔；以及用于排放孔的多个能量产生装置，每一个能量产生装置用于产生使墨滴从排放孔喷射出来的能量。该驱动方法包括以下步骤从多个用于驱动能量产生装置的驱动信号中选择任何一个，用于每个能量产生装置；将所选择的驱动信号加到相应的能量产生装置上。
根据本发明的喷墨打印机和驱动打印机记录头的装置和方法，选择驱动信号中的一个并加到用于排放孔的多个能量产生装置中的每一个上。借助该驱动信号从排放孔中喷射出一个墨滴。
通过下面的描述，将会更加全面地显示出本发明的其它和另外的目的、特征和优点。
图1是一个用以说明驱动一个相关技术喷墨打印机的方法的图示。
图2是一个用以说明驱动另一个相关技术喷墨打印机的方法的图示。
图3是一个相关技术喷墨打印机的记录头和驱动该记录头的线路框图。
图4是本发明喷墨打印机第一实施例的框图。
图5是一个记录头实例的剖视图。
图6是该记录头的剖面图。
图7A和图7B表示从图4中所示的记录头控制器中所输出的驱动信号的一个例子。
图8A至图8C表示了在图7A中所示的用于喷射的驱动信号波形与油墨室的状态及喷嘴中弯液面位置之间的关系。
图9A至图9D表示了在图7A及图7B中所示的驱动信号波形与压电元件位移量之间的关系。
图10表示由图7A和7B中所示的信号波形所喷射的墨滴状态的例子。
图11A和图11B表示从本发明第二个实施例的喷墨打印机记录头控制器所输出的驱动信号的例子。
图12A至图12D表示图11A和图11B中所示的驱动信号波形与压电元件位移量之间的关系。
图13A和图13B表示从本发明第三实施例的喷墨打印机记录头控制器中所输出的驱动信号的例子。
图14A至图14D表示图13A和图13B中所示的驱动信号波形与压电元件位移量之间的关系。
图15表示由图13A和图13B中所示的驱动信号波形所喷射出来的墨滴状态的例子。
图16是一个用于本发明喷墨打印机实施例中记录头的改进形式的俯视图。
图17表示喷射出来的墨滴直径与加在压电元件上电压之间的关系的一个例子。
图18表示喷射出来的墨滴速度与加在压电元件上的电压之间的关系的一个例子。
图19是表示作为本发明第四个实施例的喷墨打印机记录头驱动装置的记录头控制器的框图。
图20A和20B表示由图4中所示的驱动波形发生器所输出的驱动信号的例子。
图21A至图21C表示图20A中所示的喷射用驱动信号的波形与油墨室状态及喷嘴中弯液面位置之间的关系。
图22是表示记录头控制器主要操作的流程图。
图23表示由图19中所示的选择器所选择并组成的其它一些喷射模式。
图24表示由图19中所示的选择器所选择并组成的其它一些喷射模式。
图25表示由图19中所示的选择器所选择并组成的其它一些喷射模式。
图26表示由图19中所示的选择器所选择并组成的其它一些喷射模式。
图27是一个用于本发明实施例喷墨打印机记录头的一个改进形式的俯视图。
现将参考附图更详细地描述本发明的优选实施例。
〔第一个实施例〕图4是一个用于说明本发明第一个实施例的喷墨打印机主要部分的示意图。尽管在本实施例中将要描述的是一个具有多个喷嘴的多喷嘴记录头喷墨打印机，但本发明同样适用于具有单个喷嘴的单喷嘴记录头喷墨打印机。同时也将描述用于实施本实施例喷墨打印机的用于驱动本实施例喷墨打印机记录头的装置和方法。
一个喷墨打印机1包括一个记录头11，用于通过向记录纸2上喷射墨滴在记录纸2上进行记录；一个油墨盒12用于向记录头11提供油墨；一个控制器13用于控制记录头11的位置和纸2的进给；一个记录头控制器14用于通过驱动信号21来控制记录头11的墨滴喷射；一个图象处理器15用于对输入的图象数据进行特定的图象处理并将该数据作为图象打印数据22提供给记录头控制器14；以及系统控制器16用于分别通过控制信号23，24和25来控制控制器13，记录头控制器14和图象处理器15。记录头控制器14相当于本发明的“喷射控制装置”。
图5是图4中所示的记录头11的透视剖面图。图6是图5中所示的记录头11沿箭头Z方向观察时的剖面图。如图所示，记录头11包括一个薄的喷嘴板11，一个堆叠在喷嘴板111上的导管板112；以及一个堆叠在导管板112上的振动板113。这些板相互固定在一起，例如，采用图中未示出的黏合剂来固定。
在导管板112的上表面上，有选择性地形成一些凹面。这些凹面和振动板113形成多个油墨室114以及一个与油墨室114连通的一个公用导管115。在公用导管115和油墨室114之间的连通部分很窄。每个油墨室114的宽度沿公用导管115的反向侧的方向逐渐加大。一对压电元件116a和116b固定在振动板113上，位于油墨室114的正上方。图中未示出的电极位于每个压电元件116a和116b的上、下表面上。由记录头控制器14(图4)来的驱动信号加在这些电极上。从而每个压电元件116a和116b及振动板13被弯曲从而增大(扩大)和缩小(收缩)每个油墨室114的体积。该油墨室对应于本发明的‘油墨室’。
在本实施例中，压电元件116a和116b是这样制造的，即，使得对应于相同外加电压的位移量(在以下的描述中称作位移能力)是相等的。因此，压电元件116a和116b是由相同的材料制成的并且具有相同的厚度和表面面积。从而，利用相同的外加电压会使油墨室114的体积产生一个特定的变化。或者换句话说，压电元件116a和16b的位移能力会由于改变元件116a和116b之间的厚度和表面面积而改变。压电元件116a相当于本发明的‘第一压力产生装置’，压电元件116b相当于本发明的‘第二压力产生装置’。
在面对与公用导管115连通一侧的每一油墨室114部分的宽度逐渐减小。在油墨室114的末端，形成一个贯穿导管板112的厚度的导管孔117。导管孔117与位于最底部的喷嘴板111上所形成的小喷嘴118连通。墨滴通过喷嘴118被喷出。在本实施例中，记录头11具有多个以相同间隔沿纸2(图4)的进给方向(图5中箭头X)排成一行的喷嘴118。喷嘴118可以以任何其它方式排列，例如排成交错的两行。喷嘴118相当于本发明的‘墨滴排放孔’。
公用导管115与图4中所示的油墨盒12(在图5和图6中未示出)连通。油墨通过公用导管115以恒定的速度从油墨盒12中被逐渐地注入到每个油墨室114中。这种油墨的注入可通过毛细管来进行。或者，可提供一个压力机构，通过向油墨盒12施加一个压力来进给油墨。
通过一个未示出的滑架电机和一个相应的滑架机构使记录头11在垂直于X方向的Y方向上往复运动，在进行喷射墨滴时，纸张2在X方向上移动。从而一个图象被记录在纸2上。
尽管图中没有表示出来，记录头控制器14是由下述部分构成的一个微处理器；一个用于存储由微处理器所执行的程序的只读存储器(ROM)；一个随机存取存储器(RAM)，作为一个用于由微处理器执行特定运算的工作存储器和暂存数据存储器等；一个由非易失性存储器制成的驱动波形存储部分；一个数字一模拟(D-A)转换器用于将从存储部分读取的数字数据转换成模拟数据；以及一个放大器，用于将D-A转换器的输出进行放大。驱动波形存储部分保持用以体现驱动记录头11的压电元件116a和116b用的驱动信号21a和21b的电压波形的波形数据项对。例如波形数据项是通过写入示于图7的作为参量(时间和电压参量)的各种数值构成的。在驱动信号21a和21b的每一对之间保持着下面将要描述的一种特殊关系。波形数据项的每一个被微处理器读取并被D-A转换器转换成模拟信号。这些信号被放大器放大并作为驱动信号21a和21b的信号对被输出。信号对的数目等于喷嘴的数目‘n’。记录头控制器14的结构并不限于上面所描述的一种而是可用任何其它方式加以实施。
在驱动信号对中，驱动信号21a被加到相应喷嘴的压电元件116a上。驱动信号21b则被加到相应喷嘴的压电元件116b上。在图4中驱动信号21a和21b信号对用驱动信号21来表示，其中信号对的数目为‘n’。
图7A和图7B表示驱动信号21a和21b的波形的一个周期(T)的例子。图7A与图7B分别表示驱动信号21a和21b。纵轴表示电压。横轴表示时间。在图中，时间从左向右推移。在驱动信号中，驱动信号21a是一个用产生喷射墨滴的压力的驱动信号。驱动信号21a的电压除参考电压0V之外还包括收缩电压Vp和喷射电压Va。驱动信号21b是一个辅助驱动信号用来产生一个用于当喷射墨滴时抑制伴生墨滴的压力。驱动信号21b的电压除参考电压0V之外还包括收缩电压Vp和辅助电压Vb。驱动信号21a及21b信号对由记录头控制器14在喷射周期之间适当地转换到其它信号对并提供给相应的喷嘴。
现参见描述驱动信号21a的重要意义的图8A至图8C。图8A至8C表示驱动信号的波形、加有驱动信号的压电元件116a的动作，以及喷嘴118中的油墨的端点的位置(在下面的描述中称作弯液面位置)的变化之间的关系。图8A表示典型的驱动信号21a的波形的大约一个周期。图8B表示当具有如图8A所示的波形的驱动信号21a加到压电元件116a上时油墨室114的变化状态。图8C表示在喷嘴118中变化着的弯液面的位置。
在图8A中，第一个前级步骤是驱动电压从参考电压0V变到收缩电压Vp(从A到B)的步骤。第二个前级步骤是收缩电压Vp保持一个特定期间(从B到C)的步骤。第一步骤是驱动电压从收缩电压Vp1变化到参考电压0V(从C到D)的步骤。第一步骤所需的时间定义为t1。第二个步骤是0V电压保持在待机状态(从D到E)的步骤。第二步骤所需的时间定义为t2。第三个步骤是0V电压变化到喷射电压Va(从E到F)的步骤。第三步骤所需的时间定义为t3。
在本实施例中，第三步骤开始的E点也是喷射的开始点。第一和第二前级步骤及第一和第二步骤处于喷射开始之前。
在A点处和在A点之前，由于加在压电元件116a上的电压为0V，振动板113上没有弯曲，油墨室114的体积为图8B中的最大值PA。在A处，如图8C中的MA所示，弯液面在喷嘴118中的位置从边缘缩回一个特定的距离。
下一步，开始第一前级步骤，逐渐将驱动电压从A点处的0V增加到B点处的收缩电压Vp。从而振动板113向内弯曲，同时油墨室114的体积收缩(图8B中的PB)。由于油墨室114的收缩速度比较慢，油墨室114的体积的降低使喷嘴118中的弯液面位置前进并造成油墨向公用导管115中的回流。向前流的油墨量与向后流的油墨量的比值主要依赖于喷嘴118中油墨流路的流阻以及油墨室114与公用导管115之间的连通部分的流阻。通过将该比值最佳化，将B处弯液面的位置控制在几乎接近喷嘴边缘的位置处，而不从喷嘴边缘凸出，如图8C中的Ms所示。
接着，进行第二前级步骤，通过将驱动电压从B点到C点保持在缩回电压Vp将油墨室114的体积保持恒定。由于在这一步骤的过程中油墨从油墨盒12中连续注入，喷嘴118中弯液面的位置向喷嘴边缘移动。在C处，弯液面的位置前进到稍稍从喷嘴边缘凸出的位置处，如图8C中的Mc所示。
接下来，进行第一个步骤，将驱动电压从C点处使缩回电压Vp降低到D点的参考电压0V。因此，加在压电元件16上的电压降为零，从而振动板113的弯曲消失，油墨室114膨胀，如图8B中的PD所示。从而喷嘴118中的弯曲面向油墨室114缩回。在D点处，弯液面退回到如图8C中MD所示的深度，也就是从喷嘴边缘移开。在第一步骤中，弯液面的缩回量随缩回电压Vp的改变而变化，也就是随C点与D点之间的电位差而变化。因此可以控制墨滴的大小。这是因为墨滴的大小依赖于在喷射开始点处的弯液面的位置，弯液面的位置越深，墨滴的尺寸越小。
然后进行第二个步骤，通过将驱动电压固定到零伏以保持油墨室114的体积不变，从而在从D点到E点的t2时间内保持振动板113不弯曲(图8C中的PD到PE)。在时间t2的过程中，油墨被继续从油墨盒12中注入。从而喷嘴118中弯液面的位置向喷嘴边缘移动。弯液面被推移到图8C中ME所示的状态。弯液面的移动量可通过改变在第二步骤中的时间间隔t2而加以改变。从而可控制第三步骤开始点处的弯液面的位置。就是说，通过调整时间间隔t2可控制墨滴的尺寸。
下一步进行第三步骤，将驱动电压从E点处的0V陡然上升到F点处的喷射电压Va。如前所述，E点是喷射开始点。在点F处，振动板113大大向内弯曲，如图8B中的PF所示。因此油墨室114陡然收缩。从而，如图8C中MF所示，喷嘴118中的弯液面不停地被压向喷嘴边缘，并通过它喷射出一个墨滴。被喷射出来的墨滴在空气中飞行并落在纸2上(图5)。
然后，在点G处，在将驱动电压保持在喷射电压Va一个特定时间段之后，驱动电压再次降低到0V。振动板113则于点H处返回到图8B中PG所示的不弯曲状态。这一状态一直保持到下一个喷射周期的第一前级步骤开始的点I处当驱动电压再次降到0V后，如图8C中的MH所示，弯液面的位置立即缩回，其缩回量相当于被喷射出来的油墨的体积与油墨室114所增加的体积的总和。随着油墨的再次填充，弯液面的位置移动到类似于起始点A处的MA的高度，如图8C中I点处的MI所示，在I点开始下一个喷射周期的第一个前级步骤。
这样，就完成了一个喷射周期。这种操作周期以一种并行的方式对每个喷嘴118重复进行。从而在纸2(图5)上连续地进行图象记录。
在本实施例中，第二步骤所需要的时间t2小于使在第一步骤中缩回的弯液面达到喷嘴边缘所需要的时间。在第二步骤中的喷射电压Va处于可使墨滴喷射范围之内。在图7A中，除CD,DE和EF期间所需的时间之外，其它阶段所需时间表示为AB=t1,BC=t2,FG=t4及FH=t5。
现再次参照图7A和图7B，描述驱动信号21b的波形。在本实施例中，驱动信号21b从A到D的部分与驱动信号21a波形一样。在电压保持为0V的阶段DE′所需的时间t6比驱动信号21a的第二步骤所需的时间t2长。驱动信号21b从参考电压0V升到辅助电压Vb的起始点E′比驱动信号21a的喷射开始点‘te’(点E)滞后一段时间‘td’。在图7B中驱动电压21b从参考电压0V变化到辅助电压Vb的期间E′F′所需的时间用‘t7’表示。从驱动电压21b达到辅助电压Vb的F′点到保持该辅助电压Vb的终止点G′所需的时间用‘t8’表示。在驱动电压21b从辅助电压Vb变化到参考电压0V的期间G′H′所需的时间用‘t9’表示。如下面将要描述的，本发明的特征之一是延迟时间td是适当确定的。
现将简单地描述图4中所示的喷墨打印机1作为一个整体的操作。
在图4中，打印数据从一个信息处理设备，例如个人计算机，输入到喷墨打印机1。图象处理器15对输入数据进行特定的图象处理(例如压缩数据的扩展)并将该数据作为图象打印数据22输入到记录头控制器14。
一旦接收到相当于记录头11的喷嘴数目的‘n’个点的图象打印数据22，记录头控制器14便根据图象打印数据22决定形成一个点所需的墨滴的大小。然后根据所确定的墨滴的尺寸，记录头控制器14决定向每个喷嘴提供驱动信号21a和21b的信号对数。例如，为了显示高密度，选择了获得大尺寸墨滴的一个驱动波形对(其中，t2,Vp和Va比较大)。为了显示低密度或高分辨率，选择可获得小尺寸墨滴驱动波形对(其中，t2,Vp和Va小)。为显示一个精美的半色调图象，选择可达到墨滴尺寸与相邻点稍有不同的驱动波形对。如果喷嘴之间的墨滴喷射特性有偏差，可以选择调整这些偏差的驱动波形对。
在确定了用于‘n’个点的驱动信号对数(即，将要提供数目为‘n’的喷嘴118的信号)之后，记录头控制器14在喷射周期之间的点处将所选择的驱动信号21a提供给记录头11的每个喷嘴118的压电元件116a。同时，记录头控制器14将所选择的驱动信号21b提供给每个喷嘴118的压电元件116b。每个喷嘴118的压电元件116a根据所提供的信号21a执行参照图8B所描述的步骤，以便喷射墨滴。每个喷嘴118的压电元件116b按照所提供的驱动信号21b的电压波形产生位移，并协助由压电元件116a所进行的喷射。
现将参照图7A和图7B，图9A至图9D，以及图10A和图10B，描述本实施例的喷墨打印机的具体功能。
如在相关技术部分中所描述的，在采用压电元件产生压力来喷射墨滴的系统中，在喷射墨滴时常常会产生伴生墨滴，也就是微细的墨滴。由于时间和速度的差异，以圆柱的形式飞行的油墨的曳尾端会被从其顶端分离出来。被分离出来的油墨的端部部分形成微细的墨滴。
在本实施例中，为了防止这种伴生墨滴的产生，通过在点E(喷射开始点‘te’)处增大驱动信号21a并使之从参考电压0V变化到喷射电压Va，以使油墨室114收缩。在将驱动信号21a保持在喷射电压Va的同时，通过将驱动信号21b从参考电压OV高到辅助电压Vb，使油墨室114进一步收缩，油墨室处于收缩状态。下面将参照图9A至9D进一步描述这一特点。
图9A至图9D表示驱动信号21a和21b的电压波形变化及压电元件116a和116b的位移之间的关系。更具体地说，图9A表示驱动信号21a的波形的主要部分。图9B表示压电元件116a的位移。图9C表示驱动信号21b的波形的主要部分。图9D表示压电元件116b的位移。横轴表示时间。图9A和图9C中的纵轴表示电压。图9B和图9D中的纵轴表示位移。
如图9A和图9B所示，随着从点E开始的驱动信号21a的电压的增大，压电元件116a向使油墨室114收缩的方向移动。压电元件116a的位移量在P点处达到最大值，由于惯性力的作用，P点超越电压达到喷射电压Va时的F点。在P点处油墨室114收缩最大。如图9C和图9D所示，驱动信号21b在压电元件116a的位移量达到最大值的P点(即，E′点)处开始从参考电压0V向辅助电压Vb变化。从而压电元件116b进一步向压缩油墨室114的方向移动。压电元件116b的位移量在P′点达到最大值，如上面所提到的，由于惯性力的作用，点P′点超越电压达到辅助电压Vb的点F′。因此在点P′处油墨室114达到最大程度的收缩。这样，在本实施例中，压电元件116a从零位移达到最大位移的P点所需要的时间被定义为延迟时间‘td’。
加有驱动信号21a的喷射电压Va的压电元件116a向收缩油墨室的方向移动从而在油墨室114内产生一个压力。在该压力的作用下，油墨从喷嘴118喷出。此时由喷嘴118喷出的油墨带有曳尾并具有圆柱形的形状。在压电元件116a达到最大位移点时加有驱动信号21b的辅助电压Vb的压电元件116b发生位移，从而在油墨室114内产生另外一个压力。将要被从喷嘴118喷出的油墨柱被该压力进一步挤压。从而油墨柱的曳尾端达到其顶端并与顶端结合成为一整体从而形成一个单一的墨滴。与此同时，造成油墨流的不连续性并且油墨柱在曳尾端之后立即被切断。从而防止了油墨柱曳尾的扩大同时抑制伴生墨滴的生成。
在保持喷射电压Va的同时，在压电元件116a中发生本征振荡。当驱动信号21a由G点处的喷射电压Va变化到H点处的参考电压OV时，压电元件116a的位移返回到零。继续逐渐发生衰减的本征振荡。与此类似在保持辅助电压Vb时，在压电元件中发生本征振荡。当驱动信号21b由G’点处的辅助电压Vb变化到H’点处的参考电压OV时，压电元件116b的位移返回到零。继续逐渐发生衰减的本征振荡。
图10A和图10B表示延迟时间td变化成各种不同数值时墨滴喷射的状态。图10A表示当将延迟时间分别设定为14,15和16μsec.时，墨滴曳尾的切断点的变化情况。图10B表示在开始点‘te’喷射36μsec之后墨滴的状态，其中压电元件116a仅被驱动信号21a所移动以及延迟时间分别设定为14,15和16μsec。压电元件116a和116b的厚度为25μm，振动板113的厚度为25μm。图7A和图7B中所示的驱动信号21a和21b的时间和电压参数按以下方式确定。每个时间参数的单位为‘μsec.’。每个电压参数的单位为‘伏特’。
τ1=30,τ2=10；t1=9,t2=2,t3=4,t4=20,t5=8,t6=17,t7=4,t8=20,t9=8；td=15,Vp=35,Va=30,Vb=30。
如图10A所示，在延迟时间分别为14,15和16μsec.时，墨滴的切断点分别从喷射开始点‘te’各经过31.2,29.2和31.6μsec.之后的点。如图10B所示，在由喷射开始点‘te’起36μsec.的每种状态下，在延迟时间分别为14,15和16μsec.的任何一种情况下，墨滴曳尾的切断都比仅用压电元件116a进行喷射时的切断开始得早。特别是，当延迟时间td被设定为15μsec.时，墨滴的长度比延迟时间分别为14和16μsec.时要短。
如上所述，通过向压电元件116b加上驱动信号21b可使切断墨滴曳尾的点提前。从而抑制了伴生墨滴的生成。特别是，当将延迟时间td设定为15μsec.时，墨滴曳尾被在最早点处切断，并最有效地抑制伴生墨滴的生成。在本实施例中，15μsec.的延迟时间近似等于从压电元件16a开始位移的点到压电元件116b的位移达到最大值的点所需要的时间。这就是说，按以下方式进行控制可最有效地抑制伴生墨滴的生成，即，在压电元件116a由驱动信号21a的喷射电压Va所造成的位移量达到最大值的点处，使压电元件116b通过提升驱动信号21b的辅助电压Vb开始发生位移。
根据到目前为止所描述的本实施例，为对应于每个喷嘴的每个油墨室114提供116a和116b两个压电元件。当由一个压电元件116a开始墨滴喷射时，在油墨室114被压电元件116a的位移压缩的同时，油墨室114被另一个压电元件116b的位移进一步压缩。从而，墨滴曳尾在较早阶段被切断同时伴生墨滴的生成被抑制。特别是，在压电元件116a的位移量达到最大值的点处开始压电元件116b的位移可最有效地抑制伴生墨滴的生成。
本发明并不局限于如图9A至9D所示的当压电元件116a的位移量达到最大值时开始压电元件16b的位移这一实施例。尽管本实施例是优选实施例，但是在油墨室被压缩的任何时刻(即，图9B的E点和H点之间)开始压电元件116b的位移，均可达到类似的效果。
〔第二个实施例〕现将描述另一个实施例。
如图11A和图11B的用于防止伴生墨滴生成的本发明第二个实施例的喷墨打印机中，从记录头控制器14输出的驱动信号21a′在E点处(喷射开始点‘te’)从参考电压0V升到喷射电压Va，从而使压电元件116a向压缩油墨室的方向移动。然后，在G点处开始向扩大油墨室114的方向移动移动元件16a。与此同时，一个从记录头控制器14输出的驱动信号21b′由参考电压0V升到辅助电压Vb，以便使向扩大油墨室的方向进行压电元件116a的位移几乎与向压缩油墨室的方向移动压电元件116b同时进行。第二个实施例的喷墨打印机的结构与示于图4至图6的第一个实施例结构类似，从而省略对它的描述。
图11A和图11B表示相应于前述第一个实施例的图7A和图7B的一个周期(T)的驱动信号21a′和21b′的波形。由于驱动信号21a′和21b′具有类似于图7A和图7B中所示的驱动信号21a和21b的波形图样，所以为了方便描述，用同样的标号表示相应的电压变化点、电压参数和时间参数。
驱动信号21a′是一个用于产生喷射墨滴的压力的驱动信号。驱动信号21a′的电压包括除参考电压0V之外的缩回电压Vp和喷射电压Va。驱动信号21a′的意义与参照图8A至图8C所描述的前一个实施例的驱动信号21a的意义类似，所以省略对它的描述。驱动信号21b′是当喷射墨滴时产生用于抑制伴生墨滴的压力的辅助驱动信号。驱动信号21b′的电压包括除参考电压0V之外的缩回电压Vp和辅助电压Vb。驱动信号21a′和21b′信号对在喷射周期之间由记录头控制器14适当地转换到另一个信号对并加到相应的喷嘴上。在该第二实施例中，同样，第二步骤所需的时间t2小于使在第一步骤中缩回的弯液面达到喷嘴边缘所需的时间。第三步骤中喷射电压Va处在允许墨滴喷射的范围内。
现将参照图11A和图11B详细描述驱动信号21b′的波形。在本实施例中，驱动信号21b′的从A至D的部分类似于驱动信号21a′的波形的相应部分。电压维持0V的期间DE′所需的时间t6等于驱动信号21a′的DG期间(=t2+t3+t4)。驱动信号21b′在G点(=点E′)处开始从参考电压0V升向辅助电压Vb，在点G处驱动信号21a′开始从喷射电压Va向参考电压0V下降。如上所述，本发明的特点之一是，与驱动信号21a′下降从而将压电元件116a向扩大油墨室的方向移动的同时，驱动信号21b′增大使压电元件116b向压缩油墨室的方向移动。下面将描述这一特点。
现参考图11A和图11B以及图12A至图12D，描述对第二实施例的具体操作。图12A至图12D表示驱动信号21a′和21b′的电压波形与压电元件116a和116b的位移之间的关系，它相应于上述第一实施例的图9A至图9D。
如图12A和12B所示，随着驱动信号21a′的电压开始从E点的升高压电元件116a向压缩油墨室的方向移动。压电元件116a的位移量由于惯性力的作用在越过F点的P点处达到最大值，在点F处电压达到喷射电压Va。油墨室114在点P处受到最大的压缩。驱动信号21a′在P(图12A中的G点)点处开始下降并于点H处达到参考电压0V。从而压电元件116a向扩大油墨室的方向移动并返回到初始状态。如图12C和图12D示，驱动信号21b′在等于点G的点E′处开始从参考电压0V向辅助电压Vb上升，在G点处驱动信号21a′开始下降。因此，压电元件116b向压缩油墨室114的方向移动。如前面所述，由于惯性力的作用，压电元件116b的位移量在越过F′的P′处达到最大值，在F′点处电压达到喷射电压Vb。
在上面描述的本实施例中，与压电元件116a向扩大油墨室的方向移动的同时，压电元件116b从没有位移的状态向压缩油墨室的方向移动。即，压电元件116a和116b的位移以并行的方式向互相相反的方向发生。
被加上驱动信号21a的喷射电压Va的压电元件116a向收缩油墨室的方向移动以便在油墨室114中产生一个压力。油墨被该压力喷射出喷嘴118。在这种情况下，被从喷嘴118喷出的油墨是带有曳尾的并具有圆柱的形状。接着，压电元件116a开始向扩大油墨室的方向移动，油墨的曳尾被缩回并变薄。在点P(点E′)处压电元件116b向收缩油墨室的方向移动以便在油墨室114中产生另外一个压力。油墨柱被该压力挤压并在油墨流中产生间断。从而油墨在较早阶段被切断，防止油墨曳尾扩展。从而抑制了伴生墨滴的生成。
在点H处，压电元件116a的位移返回零，然后压电元件116a中发生逐渐衰减的本征振荡。类似地，压电元件116b的位移在点H′处返回零，并在压电元件116b中产生逐渐衰减的本征振荡。
现将描述一个特定的例子。压电元件116a和116b的厚度为25μm，振动板113的厚度为25μm。图11A和11B中所示的驱动信号21a′和21b′的时间和电压参数确定如下。每个时间参数的单位为‘μsec.’。每个电压参数的单位为‘伏特’。
τ1=30,τ2=10；t1=9,t2=2,t3=2,t4=3,t5=11,t6=7,t7=2,t8=8,t9=8；Vp=35,Va=33,Vb=30。
根据到目前为止所描述的实施例，对应于每个喷嘴的每个油墨室114设有两个压电元件116a和116b。通过向压缩油墨室的方向移动一个压电元件116a开始墨滴的喷射。然后，与压电元件116a向扩大油墨室的方向移动的同时，另一个压电元件116b开始从零位移状态向压缩油墨室的方向移动。从而，油墨滴曳尾在早期阶段被切断，抑制伴生墨滴的生成。特别是，通过使压电元件116a在处于或接近压电元件116a在压缩油墨室的方向上的位移量达到最大值的点处开始返回(开始向扩大油墨室的方向移动)，可更有效地抑制伴生墨滴的生成。
本发明并不局限于压电元件116a开始向油墨室扩大的方向移动的点G与压电元件116开始向压缩油墨室的方向移动的点E重合这一实施例。可以这样确定时间的，使得压电元件116b向压缩油墨室的方向的移动近似地与压电元件116a向扩大油墨室114的方向的移动同时进行。为达到该状态的条件是图11A和图11B中所示的时间参数满足下面的表达式(1)和(2)。
t1+t2+t4＜t6+t7…(1)t2+t3+t4+t5＞t6…(2)本发明不局限于这样的实施例，在该实施例中，压电元件116a在压电元件116a本身的移动达到最大值的点处开始返回初始状态(在扩大油墨室的方向)。换句话说，压电元件116a可在任何其它点处开始返回初始状态。但是如果压电元件16a的位移量为最大值的点处或接近该点处压电元件开始返回初始状态可使墨滴曳尾在更早的阶段变弱。从而可使墨滴尺寸变小。
〔第三个实施例〕现将描述本发明的另外一个实施例。
如图13A和图13B所示的在用于防止伴生墨滴生成的本发明第三个实施例的喷墨打印机中，由记录头控制器14中输出的驱动信号21b″预先维持在缩回电压Vp以保持压电元件116a收缩。在这种状态下，借助一个从记录头控制器14中输出的驱动信号21a″执行压电元件116a的第一至第三步骤(图8A至图8C)。在第三步骤之后借助驱动信号21a″将压电元件116a向收缩油墨室的方向移动的状态下，令驱动信号21b″下降，使得压电元件116b向扩大油墨室的方向移动。第三实施例的喷墨打印机的基本结构与图4至图6所示的第一实施例的结构类似，从而省略对它的描述。
图13A和图13B表示对应前述第一实施例的图7A和图7B的一个周期(T)的驱动信号21a″和2b″的波形。由于驱动信号21a″具有类似于图7A中所示的驱动信号21a的波形图样，同时驱动信号21b″具有类似于图7B中所示的驱动信号21b的开始半个波形的波形图样，所以为方便描述起见，用类似的符号表示相应的电压变化点、电压参数和时间参数。
驱动信号21a″是用于产生喷射墨滴压力的驱动信号。除参考电压0V之外驱动信号21a″的电压包括缩回电压Vp和喷射电压Va。驱动信号21a″的意义类似于参照图8A至图8C所描述的的前述实施例的驱动信号21a的意义，从而省略对它的描述。驱动信号21b″是一个辅助驱动信号，用于产生喷射墨滴时抑制伴生墨滴生成的压力。驱动信号21b″的电压包括参考电压0V和缩回电压Vp。驱动信号21a″和21b″信号对喷射周期之间在由记录头控制器14适当地转换并加到相应喷嘴上。在第三个实施例中，同样，第二步骤所需的时间t2小于在第一步骤中缩回的弯液面达到喷嘴边缘所需的时间。在第三步骤中的喷射电压Va处于容许墨滴喷射的范围。
下面参照图13A和图3B对驱动信号21b″的波形作进一步详细的描述。在本实施例中，驱动信号21b″和驱动信号21a″一样，在AB部分由参考电压0V变化到缩回电压Vp。缩回电压Vp一直维持到F点之后的特定点C′，在F点处，驱动信号21a″达到喷射电压Va。在点C′处，缩回电压Vp陡然降低到参考电压0V。在图13A和图13B中，时间‘td’是从驱动信号21a″的开始点‘te’(即，点E，在该点处驱动信号21a″开始从参考电压0V向喷射电压Va上升)直到点C′的时间，在C′点处驱动信号21b″开始从缩回电压Vp向参考电压0V下降。在缩回电压Vp需要维持的部分BC″所需要的时间表示为t1+t2+td，其中，td＞t3。在图13B中在驱动信号21b″由缩回电压Vp变化到参考电压0V的C′D′部分所需的时间用t1′表示。本发明的特点之一是延迟时间td是适当确定的。
现将参照图13A和13B到图15描述第三个实施例的操作。图14A至图14D表示驱动信号21a″和21b″的波形和压电元件116a和116b的位移之间的关系，它相应于前面第一个实施例的图9A至图9D。
如图14C和图14D所示，通过预先将驱动信号21b″维持在缩回电压Vp处将靠近喷嘴的压电元件116b维持在向油墨室压缩的方向移动的状态。如图14A和图14B所示，在这种状态下，靠近导管的压电元件116a随着驱动信号21a″电压的增大在E点处开始向压缩油墨室的方向移动。通过惯性力，压电元件116a的位移量在超过F点的P点处达到最大值，在F点处电压达到喷射电压Va。如图14C和14D所示，驱动信号21b″在F点之后的一个特定点C′(即，从喷射点‘tc’[=点E]推迟一个时间‘td’之后的点)处开始从缩回电压Vp向参考电压0V下降，在F点处驱动信号21a″达到喷射电压Va。然后，驱动信号21b″在点D′处达到参考电压0V。从而压电元件116b陡然向扩大油墨室的方向移动。
如图14A和图14B所示，加有驱动信号21a″的喷射电压Va的压电元件116a向收缩油墨室的方向移动，从而在油墨室内产生一个压力。油墨借助这一压力被喷出喷嘴118。这时，从喷嘴118喷出的油墨是带有曳尾的并具有圆柱形的形状。另一方面，从压电元件116a开始位移起推迟一段时间‘td’后，于C′点处，加在压电元件116b上的电压从缩回电压Vp降到参考电压0V。从而压电元件116b陡然向扩大油墨室的方向移动以便在油墨室内产生一个负压。将要通过喷嘴118伸出的油墨柱的曳尾被该负压拉回。从而在油墨流中产生一个间断，油墨柱在其尖端和其曳尾之间被切断。这样就防止了曳尾的扩展并抑制伴生墨滴的生成。
在维持喷射电压Va的同时，在压电元件116a中产生本征振荡。当驱动信号21a″在G点处从喷射电压Va向参考电压0V变化时，压电元件116a的位移返回到零，并且随后在压电元件116a中产生逐衰减的本征振荡。在电压渐达到参考电压0V的D′点之后，在压电元件116b中围绕着将要位移位置产生逐渐衰减的本征振荡。
图15A和图15B表示在喷射开始点‘te’(点E)和点C′之间的延迟时间td变化到不同值时墨滴的喷射状态，在C′点处驱动信号21b″开始下降。图15A表示延迟时间分别设定为10,9,8和7μsec.时墨滴曳尾被驱动的点的变化。图15B表示在喷射开始点‘te’32μsec.之后墨滴的状态，其中，分别为仅有压电元件116a被切断信号21a″位移和延迟时间设定为10,9,8和7μsec.时的情形。压电元件116a和116b的厚度为25μm，振动板113的厚度为为25μm。示于图13A和图13B中的驱动信号21a″和21b″的时间和电压参数设定如下。时间的单位为‘μsec.’。电压单位‘伏特’。
τ1=30,τ2=10；t1=9,t2=2,t3=5,t4=50,t5=50,t6=1；t α=9；Vp=35,Va=35,Vb=35.。
如图15A所示，延迟时间td分别设定为10,9,8和7μsec.时，切断墨滴的点分别为从喷射开始点‘te’推迟23,21.8,22.8和36μsec.之后的点。如图15B所示，在从喷射开始点‘te’起均推迟32μsec.之后的状态下，在延迟时间td分别设定为10,9和8μsec.的任何一种状态下，墨滴曳尾均比仅用压电元件116a进行喷射时切断得早。特别是，与延迟时间td设定为其它数值的情况相反，当将延迟时间td设定为9μsec.时不产生伴生墨滴。但是，如果将延迟时间设定为7μsec.或更低，由压电元件116a产生的喷射压力被压电元件116b所产生的负压抵消，喷射墨滴的速度降低。特别是，当延迟时间td为5μsec.时没有墨滴被喷射出来。
如上所述，通过向压电元件116b施加驱动信号21b″可提前墨滴曳尾的切断点。从而抑制伴生墨滴的生成。特别是，如果延迟时间td设定为9μsec.时，墨滴曳尾在最早的点处被切断，伴生墨滴的生成受到最有效地抑制。在本实施例中，延迟时间9μsec.近似等于从压电元件116a开始位移的点到压电元件116a达到最大位移的点P处(图9B)所需要的时间。就是说，在由驱动信号21a″的喷射电压使压电元件116a的位移量达到极大值的点处令驱动信号21b″下降，压电元件116b开始向扩大油墨室的方向位移，可最有效地抑制伴生墨滴的生成。
根据到目前为止所描述的本实施例，为对应于每一喷嘴的每个油墨室114提供两个压电元件116a和116b。靠近喷嘴的压电元件116b预先向压缩油墨室的方向移动。在这种情况下，通过使靠近油墨注入机构的压电元件116a向压缩油墨室的方向移动开始喷射墨滴。然后另一个压电元件116b向扩大油墨室的方向移动以便在油墨室114内产生一个负压。从而墨滴曳尾在早期阶段被切断并抑制伴生墨滴的生成。特别是，在压电元件116a向压缩油墨室方向的位移量达到最大值的点处令压电元件116b开始向扩大油墨室的方向移动，可最有效地抑制伴生墨滴的生成。
本发明并不局限于在压电元件116a的位移量达到最大值的点处开始使压电元件116b发生位移。尽管本实施例是优选的，但在压电元件116a开始移动后的任意点处开始压电元件116b的位移都可达到类似的效果。
本发明不仅限于到目前为止所描述的各实施例，而是可以用其它一些方式加以实施。
例如，上述各实施例中(图7A和图7B，图11A和图11B，图13A和图13B)的时间和电压参数不过是一些例子而已，可以将它们适当地变为其它数值。例如，在前述各实施例中，尽管驱动信号21a和21b等的缩回电压均为Vp，但这些电压也可以具有不同的数值。
在前述各实施例中，靠近油墨注入机构的压电元件116a被用做产生喷射压力的装置，而靠近喷嘴的压电元件116b则被作为产生防止伴生墨滴的压力装置。或者反过来，靠近喷嘴的压电元件116b可被作为产生喷射压力的装置，而靠近油墨注入机构的压电元件116a可被用作产生防止伴生墨滴的压力的装置。
尽管前述各实施例中每个喷嘴设有两个压电元件，但也可对每个喷嘴提供三个或更多个压电元件。这些压电元件被分成用于进行喷射的压电元件和用于抑制伴生墨滴的压电元件。驱动信号21a等加在用于喷射的压电元件上，而驱动信号21b等则被加在用于抑制伴生墨滴的压电元件上。三个或更多个压电元件的位移量可以是相互相等的，也可以是相互不同的。从而可对伴生墨滴的抑制进行更精密地控制。
在上述各实施例中，每个喷嘴118设有一个油墨室114，对应于每个油墨室设有两个压电元件116a和116b。或者换种方式，例如，如图16所示，对于一个喷嘴118设有两个油墨室114a和114b，并设有分别对应于油墨室114a和及114b的压电元件116a和116b。图16是记录头11部分的俯视图，其中相同的附图标记代表图5中所示的相同部件，但在这里省略了振动板113。在图示的结构中，与一个油墨室114a相关的压电元件116a的行为对另一个油墨室114b影响较小。从而降低了压电元件116a和116b之间的相互干扰可获得更高质量的图象。
现将参照图17和图18描述本发明的喷墨打印机的特有功能。
图17表示墨滴直径和外加电压之间的关系，其中墨滴的喷射是由压电元件116a或者116b或者由两者共同执行的。横轴表示外加电压。纵轴表示墨滴的直径。带有圆点的曲线200a表示仅用远离喷嘴118(即，靠近油墨注入机构)的压电元件116a进行墨滴喷射时的墨滴直径。带有三角形的曲线200b表示仅用靠近喷嘴118的压电元件116b进行墨滴喷射时墨滴的直径。带有正方形的曲线200ab表示压电元件116a和11b共同进行喷射时墨滴的直径。如图所示，不管外加电压如何，当利用靠近油墨注入机构的压电元件116a喷墨时，墨滴直径较大，而专利用压电元件116a和116b同进行喷墨时，墨滴直径也较大。就是说，仅用靠近油墨注入机构的压电元件116a进行喷射时得到比仅用靠近喷嘴的压电元件116b喷射时较小的墨滴。
图18表示喷射墨滴的速度与外加电压之间的关系，其中，墨滴的喷射是由压电元件116a或116b或由两者同时进行的。横轴表示外加电压。纵轴表示喷射墨滴的速度。带有圆点的曲线201a表示仅由靠近油墨注入机构的压电元件116a进行墨滴喷射的时喷射墨滴的速度。带有三角形的曲线201b表示仅由靠近喷嘴118的压电元件116b进行墨滴喷射时的喷射墨滴的速度。带有正方形的曲线201ab表示同时用压电元件116a和116b进行墨滴喷射时的墨滴喷射速度。
如图所示，不管外加电压如何，当用两个压电元件116a和116b进行喷射时，可获得最高墨滴速度。当仅用靠近油墨注入机构的压电元件116a进行喷射时速度较低，而仅用靠近喷嘴的压电元件116b喷射时，则速度更低。就是说，用靠近油墨注入机构的压电元件116a进行喷射时获得的喷射速度高于仅用靠近喷嘴的压电元件116b时的速度。
根据这些结果，将远离喷嘴的压电元件116a用于墨滴喷射，而将靠近喷嘴的压电元件116b用于抑制伴生墨滴。这就是为什么将驱动信号21a加在压电元件116a而将驱动信号21b加到压电元件116b上的原因。从而伴生墨滴的生成受到抑制，墨滴的尺寸减小，喷射墨滴的速度加大。
本发明并不局限于到此为止所描述的各实施例，而是还可以用其它方式加以实施。例如，尽管压电元件116b被用作产生抑制伴生墨滴的辅助压力的装置，但本发明也可应用其它可产生辅助压力的装置以达到同样的效果。
例如，本发明的发明人观察了在利用喷射用的压电元件进行目的喷射之后的油墨弯液面的位置以证实甚至在用于喷射的压电元件的短期振动几乎消失之后，弯液面的位置仍显示出很大的起伏(长时间的残余振动)。发明人已经提出采用适当的定时来驱动辅助压电元件以便抑制弯液面的这种残余振动。在这种情况下，通过将辅助压电元件置于靠近喷嘴处而将喷射用压电元件置于远离喷嘴处，同样达到喷射墨滴的较高速度和较小的墨滴尺寸同时还可以抑制残余振动。
本发明的发明人提出了一种喷墨打印机，当将该打印机接通电源进行第一次墨滴喷射或者当准备通过一个长期没有进行喷射的喷嘴喷射墨滴时，通过在喷射进行之前利用该辅助压电元件使弯液面进行微小的预振动，可以通过喷嘴进行顺滑地墨滴喷射。在这种情况下，通过将辅助压电元件置于靠近喷嘴处，将喷射用压电元件置于远离喷嘴处，同样可同时达到喷射墨滴的较高速度和较小的墨滴尺寸，以及顺滑的墨滴喷射。现将描述本发明的另一个实施例。
在第四个实施例中，对于相同的外加电压，压电元件116a和116b(图5和图6)具有相互不同的油墨驱动能力。油墨驱动能力指的是改变油墨室114体积的能力。具体地说，压电元件116a具有大于压电元件116b的油墨驱动能力。因此，压电元件116a和116b是相同材料制成的，具有相同的厚度而压电元件116a则具有比压电元件116b更大的表面面积。因此，相对于同样的外加电压，压电元件116a所引起的油墨室114体积的变化大于由压电元件116b所引起的变化。从而，只要外加的喷射电压(下面将描述)相等，当将该电压加到压电元件116b上时就可获得与压电元件116a相比较小的墨滴直径。元件116a与116b之间的表面面积之比可以是二比一。或者，该比值可以是任何其它比值。压电元件116a和116b相当于本发明的一个“喷射能量产生装置”。
图19是示于图4的记录头控制器14的框图。如图所示，该记录头控制器14包括多个选择器141-1至141-n；一个驱动波形发生器142，用于产生两种基本驱动信号145-1和145-2；以及一个选择控制器143，用于控制波形选择器141-1至141-n的操作；其中‘n’代表一个等于喷嘴118的数目的正整数。
由驱动波形发生器142输出的驱动信号145-1和145-2各自被分支成‘n’个分别将被输入到选择器141-1至141-n的驱动信号。选择控制器143以特定的定时将选择信号146-1至146-n输入到各个选择器141-1至141-n。选择信号146-1至145-n是用来为记录头11的每个喷嘴118选择基本驱动信号145-1或者选择基本驱动信号145-2，并用来指示是将该信号加在压电元件116a上或是加在116b上。选择器141-1至141-n根据该选择信号选择驱动信号145-1或者选择驱动信号145-2。选择器141-1至41-n将所选择的信号分别作为驱动信号21-1a(和21-1b)至21-na(和21-nb)加到墨滴喷射部分中的各个压电元件116a(和116b)上。驱动信号21-1a至21-na和21-1b至21-nb相当于图4和图19中的驱动信号21。选择器141-1至141-n相当于本发明的“选择用装置”。
尽管图中没有示出，驱动波形发生器142是由以下部件构成的一个微处理器；一个用于存储由微处理器执行的程序的只读存储器(ROM)；一个随机存取存储器(RAM)，它作为用于由微处理器执行特殊运算的工作存储器以及数据暂存器等；一个由非易失性存储器制成的驱动波形存储部分；一个数字一模拟(D-A)转换器，用于将从存储部分读取的数字数据转换成模拟数据；以及一个放大器，用于将D-A转换器的输出加以放大。驱动波形存储部分保存表示用于驱动记录头11的基本驱动信号145-1和145-2的电压波形数据。每-波形数据项由微处理器读取并由D-A转换器转换成模拟信号。这些信号被放大器放大并作为驱动信号145-1和145-2被输出。驱动波形发生器142的结构并不仅上面所描述的结构而是可以以其它方式来实现。
图20A和图20B表示从波形发生器142输出的基本驱动信号145-1和145-2的波形的一个周期(T)的例子。图20A和20B每个分别表示一个驱动信号145-1和145-2。纵轴表示电压。横轴表示时间。在图中，时间从左向右推移。驱动信号中的驱动信号145-1具有一个恒定电压(V1)波形，它不允许墨滴喷射。恒定电压V1不等0V。另一方面，驱动信号145-2具有一个特定起伏的波形。驱动信号145-2的电压包括除参考电压V1之外的电压0V和高于V1的电压V2。
如图20A和图20B所示，驱动信号于选择器141-1至141-n中于喷射周期之间的转换点ts处被转换到其它的信号。驱动信号可以在该周期内的一个特定点ts′处被转换到其它信号。转换点ts′是这样一个点，即在从0V变化到V2的过程中，驱动信号波形于该点处与参考电压V1相交。转换点ts′与该周期结束点之间的时间用τ1表示，而在该周期开始点与转换点ts′之间的时间则用τ2表示。
为了描述驱动信号145-2的作用，现参照图21A至图21C。图21A至图21C表示驱动信号145-2的波形，压电元件(在本实施例中为压电元件116a)以及喷嘴118中油墨端点的位置(下面将称做弯液面的位置)之间的关系。图21A表示基本驱动信号145-2的波形。用转换点ts分开来的部分相当于波形的一个周期。符号ts表示各周期之间的转换点。符号ts′表示设在周期之内的转换点。符号te表示喷射开始点。图21B表示当把具有图21A所示的波形的驱动信号加到压电元件116a上时油墨室114的变化状态。图21C表示喷嘴118中变化着的弯液面的位置。为便于描述，图21A表示同样波形的驱动信号的周期重复。
在图21A中，第一个步骤是驱动电压从第一电压V1(恒量)变化到0V(从A到B)的步骤。第一个步骤所需要的时间定义为t1．第二个步骤是维持0V电压处于待机状态的步骤(从B到C)。第二步骤所需的时间定义为t2。第三步骤是0V电压变化到第二电压V2的步骤(从C到D)。第三个步骤所需的时间定义为t3。在以下的描述中，第一电压V1称之为缩回电压。第二电压V2称之为喷射电压。
记录头11以一个恒定的频率(例如，其数量级为1到10KHz)被驱动。墨滴喷射周期T由驱动频率决定。第三步骤开始点C和G等是喷射开始的点(喷射开始点‘te’)。第一和第二步骤在开始喷射之前。
在点A处和在点A之前，如图21B中的PA所示，当向压电元件116a外加一个电压V1并保持不变时，振动板113稍稍向内弯曲。从而将油墨室114导向收缩状态。在点A处，如图21C的MA所示，弯液面在喷嘴118中的位置近似等于喷嘴边缘。
接着，通过将驱动电压从A点处的V1降低到B点处的0V电压执行第一步骤。加在压电元件116a上的电压降低到零，从而振动板113的弯曲消失，油墨室114扩大成图21B中PB所示的状态。从而，喷嘴118中的弯液面向油墨室114缩回。在B点处，弯液面缩回到如图21C中MB所示的深度，也就是从喷嘴边缘移开。
弯液面在第一步骤中的缩回量通过改变A点和B点之间的电位差(缩回电压V1)而改变。因此，可以在第二步骤的结束点处，也就是在第三步骤的开始点处，调整弯液面的位置。在第三个步骤开始点处，弯液面的位置，即，喷嘴边缘到弯液面的距离，对第三步骤内所喷射的墨滴的尺寸有影响。随着该距离的增加会降低墨滴的尺寸。从而通过增加弯液面的缩回量(具体地说，缩回电压V1)可缩小墨滴的尺寸。
接着，执行第二步骤，通过将驱动电压固定为零，保持油墨室114的体积以便在从B点到C点(图21C中的PB到PC)的时间区间t2内保持振动板113不弯曲。在时间t2期间内油墨继续由油墨盒12内注入。因此喷嘴118中弯液面的位置向喷嘴边缘移动。弯液面的位置前进到如图21C中点C处所示的MC的状态。
弯液面的移动量可通过改变第二步骤所需的时间t2加以改变。从而可调整第三步骤开始点处的弯液面位置。因此，可通过调整时间t2控制墨滴的大小。具体地说，随着缩短时间t2，缩小墨滴的尺寸。
接下来，通过陡然增加驱动电压，从C点处的电压0V增加到D点处的电压V2执行第三步骤。如前面所述，点C是喷射开始点te。由于D点处将高喷射电压V2加到压电元件116a上，振动板113大大向内弯曲，如图21B中的PD所示。从而油墨室114陡然收缩。因此如图21C中的点MD所示，喷嘴118中弯液面不停地被压向喷嘴边缘，通过该喷嘴喷射出一个墨滴。被喷射出来的墨滴在空气中飞行并落到纸2(图4)上。如上所述，随着喷嘴边缘与第三步骤开始点C之间距离的增加，墨滴的尺寸缩小。
由于振动板113的弯曲量随着喷射电压V2的大小而变化，所以可通过调整喷射电压V2来改变喷射墨滴的大小。具体地说，随着喷射电压V2的降低墨滴的尺寸缩小。
接着，将驱动电压再次降低到V1，使振动板113稍稍向内弯曲返回到初始状态(图21B中的PE)。将这一状态一直维持到点F，在点F处开始下一喷射周期的第一步骤。在驱动电压再次降低到V1的E点处，如图21C的ME所示，弯液面的位置的缩回量近似等于被喷射出的油墨体积与油墨室114的体积的增加量的总和。随着油墨的再填充，弯液面的位置在点F处返回到图21C的MF所示的喷嘴边缘的位置处，在点F处开始下一喷射周期的第一步骤。这一状态类似于A点处的MA。
这样就完成了一个喷射周期。对于喷嘴118的每一个喷嘴并行地重复这一操作周期。从而连续地在纸2(图4)上进行记录。第二步骤所需时间t2小于第一步骤中缩回的弯液面达到喷嘴所需要的时间。在第三步骤中的喷射电压V2处于允许墨滴喷射的范围内。在第三步骤中的电压梯度为常数。
现参照图22说明图19中所示的喷墨打印机1作为一个整体的操作。图22表示在记录头控制器14(图19)中一个喷射周期的主要操作。
在图4中，打印数据从一个信息处理设备，例如个人计算机，输入到喷墨打印机1中。图象处理器15对输入的数据进行特定的图象处理(例如压缩数据的扩展)并将该数据作为图象打印数据22输入到记录头控制器14中。
一旦接受到对应于记录头11的喷嘴数目‘n’个点的图象打印数据22(图22中的步骤S101)，记录头控制器14中的控制器143根据图象打印数据22确定对于每个喷嘴118为形成一个点的墨滴的大小。然后控制器143根据所确定的墨滴的大小，来确定将要在选择器14-1至141-n处被选择的驱动信号波形对与压电元件116a或116b的组合。具体地说，控制器143确定将要在选择器141-j处被选择的驱动波形，同时变量‘j’从‘1’增加到‘n’，并确定将驱动信号加到压电元件116a和116b的哪一个上(步骤S102至105)。所选择的基本驱动信号145-1或145-2可在每一周期被转换(在转换点ts处)，以便按原样采用初始波形。或者，所选择的驱动信号145-1或145-2可在一个周期进行的过程中于转换点ts′处被转换，以便产生一个复合波形。此外，所选择的信号145-1或145-N可在各周期之间的点和周期过程当中的点两个点处被转换。
例如，为表现高密度，选择可获得大墨滴的驱动波形和压电元件组合，为表现低密度或高分辨率则选择产生小墨滴的驱动波形和压电元件的组合。为了表现半色调图象，选择可获得墨滴大小与相邻墨滴稍微不同的驱动波形和压电元件的组合形式。如果喷嘴之间的墨滴喷射特性有差异，则可选择能矫正这些差异的驱动波形与压电元件的组合。
一旦对数目为‘n’的所有波形选择器141-1至141-n确定了驱动波形和压电元件的组合形式(步骤105中的Y)，控制器143将选择信号146-1至146-n输出到各选择器141-1至141-n用于指令所选择的加以已确定波形的驱动信号和所选择的其上加有驱动信号的压电元件(116a或116b)。控制器143在周期之间的转换点ts或周期过程中的转换点ts′或者在两个点上输出选择信号(步骤S106)。
根据在上述点处输入的选择信号146-1，选择器141-1选择驱动信号145-1或145-2提供给相应喷嘴的每个压电元件116a和116b。同样的步骤适用于其它选择器141-2至141-n。从而，具有如图20A和20B中所示的波形的驱动信号145-1或145-2或者具有复合波形的信号作为驱动信号21-1a至21-na被提供给记录有11中每个喷嘴的压电元件116a。复合波形是通过在周期过程中的点ts′处转换驱动信号145-1或145-2产生的。与此同时，驱动信号145-1或145-2或者具有复合波形的信号作为驱动信号21-1b至21-nb被提供给记录头11中每个喷嘴的压电元件116b。根据所提供的驱动信号的电压波形对于记录头11上的每个喷嘴的压电元件116a和16b完成参照图21A至图21C所描述的三个步骤。从而喷射出对每个喷嘴具有特定大小的墨滴。
图23至图26表示一些加在压电元件116a和116b上的驱动信号波形的一些例子，这里将注意力集中在一个特定的喷嘴上。在这些例子中，通过在周期之间的点ts和周期过程中的点ts′处转换在驱动信号145-1和145-2之间的选择以及在其上加有驱动信号的压电元件116a和116b之间的转换，可获得总数为(12+1)种类型的喷射模式。类型‘+1’指的是不允许喷射墨滴的模式，其中，在第一部分τ1和第二部分τ2对两个压电元件116a和116b均外加恒定电压的驱动信号145-1(图20)。但这种模式未表示在图23至图26中。
现将参照图23至图26描述喷射模式。在这些表中，‘名称’指的是每种喷射模式的名称。驱动信号加于其上的压电元件116a和116b在‘压电元件’列中分别用‘a’和‘b’表示。‘所加的驱动信号波形’表示通过波形选择和组合实际加到压电元件116a和116b上的驱动信号的电压波形。‘1’表示选择的是图20A中的驱动信号145-1。‘2’表示所选择的是图20B中的驱动信号145-2。在图中所示的波形上，圆点表示在该处实际执行转换的点。在‘缩回步骤’和‘喷射步骤’列中，‘a’和‘b’分别表示压电元件116a和116b中哪一个允许弯液面在第一步骤中缩回以及哪一个允许在第三步骤进行墨滴喷射。‘a+b’表示压电元件116a和116b均允许缩回或喷射。‘-’表示不执行该步骤。
如图23所示，喷射模式α1至α3只允许由压电元件116b缩回。喷射模式α1同样只允许借助压电元件116b进行喷射。喷射模式α2只允许压电元件116a进行喷射。喷射模式α3允许压电元件116a和116b两者进行喷射。
具体地说，在喷射模式α1中，在第一部分τ2和第二部分τ1两个部分中均为压电元件116a选择驱动信号145-1。在第一部分τ2和第二部分τ1两个部分中均为压电元件116b选择驱动信号145-2。在喷射模式α2中，为压电元件116a在第一部分τ2中选择驱动信号145-1，在第二部分τ1中选择驱动信号145-2。为压电元件116b在第一部分τ2中选择驱动信号145-2，在第二部分τ1中选择驱动信号145-1。在喷射模式α3中，为压电元件116a在第一部分τ2中选择驱动信号145-1，在第二部分τ1中选择驱动信号145-2。为压电元件116b在第一部分τ2和第二部分τ1中均选择驱动信号145-2。因此，在喷射模式α1中每一个加在压电元件116a和116b上的波形和在喷射模式α3中加在压电元件116b上的波形分别与图20A和20B所示的驱动信号145-1和145-2的波形相同。其它波形是新产生的组合波形。
如图24所示，喷射模式β1至β3每一个只允许由压电元件116a缩回。喷射模式β1允许由压电元件116b喷射。喷射模式β2允许由压电元件116a喷射。喷射模式β3允许由压电元件116a和116b两者进行喷射。喷射模式的细节与图23所示类似，从而省略对它们的描述。
如图25所示，喷射模式γ1至γ3每个均允许由压电元件116a和16b两者缩回。喷射模式γ1允许由压电元件116b喷射。喷射模式γ2允许由压电元件116a喷射。喷射模式γ3允许由压电元件116a和116b两者进行喷射。喷射模式的细节与图23所示类似，省略对它们的描述。
如图26所示，喷射模式δ1至δ3均不允许缩回。喷射模式δ1允许由压电元件116b喷射。喷射模式δ2允许由压电元件116a喷射。喷射模式δ3允许由压电元件116a和压电元件116b两者喷射。喷射模式的细节与图23所示类似，省略对它们的描述。
如上所述，在图23中所示的α1至α3任何一种喷射模式中，在第一部分τ2中通过将驱动信号145-2加到压电元件116b上使弯液面缩回，并在第二部分τ1中选择驱动信号145-2。但是，在第二部分τ1的喷射步骤，随着αi的下标‘i’的增加，加有信号的压电元件从只有116b变化到只有116a，进一步变化到两个压电元件116a和116b。如上所述，由于压电元件116b的表面面积小于压电元件116a的表面面积，所以通过加有相同的驱动信号145-2由压电元件116a所引起的油墨室114的体积的变化量大于由压电元件116b所引起的油墨室114体积的变化量。类似地，由两个压电元件116a和116b所引起的油墨室114的体积变化量大于仅由压电元件116a所引起的变化量大。因此，所喷射的墨滴的尺寸按α1至α3的顺序增大。
类似地，在图24中，喷射的墨滴的尺寸从喷射模式1到3增大。同样的道理也适用于图25所示的喷射模式组γ1至γ3以及图26所示的喷射模式组δ1至δ3。在每一组中，墨滴的尺寸随下标‘i’的增加而增大。
例如，具有相同下标的喷射模式组α1至α3(α组)和喷射模式组β1至β3(β组)的喷射模式相互比较时，β组的弯液面缩回量较大，因为在α组中弯液面的缩回是由表面面积较小的压电元件116b进行的，而在β组中弯液面的缩回量则是由表面面积较大的压电元件116a进行的。因此，在这里，只要是在具有相同下标的喷射模式之间进行比较，在β组中将倾向于获得较小的墨滴。但是，在β组中，弯液面由于压电元件116a的运动产生位移，该压电元件116a在第二步骤结束喷射刚一开后的一个特定期间(在该期间内电压学0V变化到参考电压V1)内容许一个较大的体积变化。因此根据压电元件116a和116b之间的表面面积之比以及参考电压V1与喷射电压V2之比，有可能会产生相反的效应(即，在β组可能获得较大的墨滴)。这些也同样适用于图24中所示的β组与图25中所示的γ之间的关系和图26所示的δ组与其它各组之间的关系。因此，总而言之，可通过适当确定压电元件116a与116b之间的表面面积比及参考电压V1与喷射电压V2的比值来控制所喷射的墨滴的大小。
现将注意力集中在一个特定周期，各喷嘴的喷射模式是相互独立的。从而可以将通过喷嘴喷出的墨滴从一种尺寸改变成另一种尺寸，同时在所有喷嘴中进行同步喷射并通过根据喷嘴的喷射特性改变喷射模式来调整喷嘴之间的偏差。
根据到目前为止所描述的实施例，为对应于每个喷嘴的每个油墨室114设置具有相互不同喷射能力的两个压电元件116a和116b。通过在喷射周期的点ts处和在周期内的点ts′处进行信号之间的转换，向压电元件116a和116b上提供多种基本驱动信号的选择。因此，可获得数目远大于基本波形的墨滴喷射模式。从而可获得多种图象的表达方式。换句话说，不用在驱动波形发生器142中生成很多种类型的波形就可达到多种墨滴喷射的控制。从而可减轻加到发生器142以及记录头控制器14上的负担。
本发明并不局限于上述实施例而是可以用其它方式加以实施。
例如，在上述实施例中，对于单个喷嘴提供一个油墨室114，提供两个对应于该油墨室114的压电元件116a和116b。或者换种方式，例如，如图27所示，对于一个单一的喷嘴118可提供两个油墨室114a和114b，同时可提供每个分别对应于油墨室114a和14b的压电元件116a和116b。图27是记录头11的部分俯视图，其中，相同的标号表示与图5中所示的相同的部件，并略去振动板13。在图示的结构中，相对于一个油墨室114a的压电元件116a的行为对另一个油墨室114b的状态的影响较小。因此，压电元件116a和116b之间的干扰减小，从而可获高质量的打印图象。
尽管图20A和图20B所示的驱动信号被用做基本波形，但可采用具有其它任何波形的信号。就是说，除在上述实施例中的恒定电压波形(驱动信号145-1)之外，驱动波形发生器142产生一种类型的驱动信号145-2作为具有特定起伏的驱动信号。或者说，通过适当确定缩回电压V1，喷射电压V2和第二步骤所需的时间t2可产生两种或多种每个具有特定起伏的驱动信号。这些驱动信号可被用于波形选择和组合。在这种情况下，可获得更多的喷射模式。
尽管在上述实施例中，为每个喷嘴提供了两个油墨驱动能力相互不同的压电元件，但也可以为每个喷嘴提供三个或更多个油墨驱动能力不同的压电元件。可将具有从两个基本波形选择出来的或组合成的波形信号加到每个压电元件上。从而获得更多种喷射模式。
此外，可提供三个或更多个具有相互不同的油墨驱动能力的压电元件同时可采用三个或更多个具有特定起伏的驱动信号作为基本波形。将要加在压电元件上的波形选择和组合可根据这些基本波形来进行。从而可获得还要多的喷射模式。
尽管在上述实施例中是通过改变压电元件的表面面积的方法使得压电元件116a和116b的油墨驱动能力相互不同，但也可采用其它任何方法获得不同的油墨驱动能力。例如，它们的材料和厚度可以是相互不同的。例如降低厚度可增大油墨驱动能力。
此外，可使压电元件116a和116b由相同材料制成，具有相同的表面面积和相同的厚度，从而具有相同的油墨驱动能力。在这种情况下，参照图23至26，喷射模式α1,α2,β1和β2相同。模式α3和β3也相同。因此，喷射模式的数目是六，比上述实施例的十二种模式(图23至图26)少，但与采用单一的压电元件的情况相比，仍获得多种喷射模式。或者，也可提供三个或更多个具有相同油墨驱动能力的压电元件。
尽管在上述实施例中提供了将注意力集中到控制墨滴大小的波形选择和组合上，但也可将注意力集中到控制墨滴速度的波形选择和组合上。进而，可同时控制墨滴的尺寸和速度。
尽管驱动信号的选择不仅是在各周期之间的点进行转换的，同时也是在周期过程中的点处转换的，这种选择也可以是在前一种点处或在后一种点处被转换的。但是，通过在两个点处都进行转换可获得更多的波形。
如上所述，可将前面所述的各实施例组合起来，以便为每个喷嘴提供多个压电元件。对每个压电元件可选择并施加某些驱动信号，这些信号包括用于调制墨滴大小的信号和用于抑制伴随喷射的墨滴的微细墨滴。对通过喷嘴喷射的墨滴控制和对抑制伴生墨滴的控制由驱动信号来进行。从而，如墨滴大小等喷射状态也可进行多种多样的变化。同时也可抑制不希望有的伴生墨滴的生成。
另外，当用于产生喷射压力的压电元件位移进行喷射时，可将一个驱动信号加到用于产生辅助压力的压电元件上，该驱动信号用于防止因产生喷射压力用的压电元件的位移而引起的产生辅助压力用的压电元件的位移。因此，当产生喷射压力的压电元件喷射墨滴时，可防止因产生喷射压力的压电元件的位移而引起的产生辅助压力的压电元件的位移。因而，这样产生的喷射压力可几乎没有损失地用于墨滴的喷射。这样就确保了喷射特性的不变。从而，就可获得所希望的墨滴尺寸和速度并稳定地进行恒稳的喷射。
如前面所述，用于产生辅助压力的压电元件可抑制伴随喷射墨滴的微细墨滴。因此，在抑制不希望有的伴生墨滴的同时，稳定地进行恒稳的墨滴喷射。
此外，可生成各种类型的驱动信号，包括用于调制墨滴大小的信号和辅助信号，该辅助信号用于消除由另外的喷嘴进行墨滴喷射所造成的影响。对每个压电元件可选择并施加某些驱动信号。这样，可降低各喷嘴之间的干扰。从而降低各喷嘴中喷射状态的偏差，可稳定地获得高质量的打印输出。
显然，根据上面的技术可实现本发明的多种改型和变型。因此，应当理解，在所附的权利要求的范围内，本发明可用不同于上面所具体模式的方法加以实施。
权利要求
1.一种喷墨打印机，包括一个墨滴排放孔，墨滴通过所述排放孔被喷射出来；一个油墨室，用于向所述排放孔提供油墨；一个为所述排放孔设置的第一压力产生装置，用于通过位移改变油墨室的体积产生一个令墨滴从所述排放孔喷射出来的压力；一个为所述排放孔设置的第二压力产生装置，用于通过位移改变油墨室的体积产生一个压力，该压力用于抑制伴随着从排放孔喷射出来的墨滴所产生的微细墨滴；以及一个喷射控制装置，用于控制所述第一和第二压力产生装置的位移状态。
2.一种用于驱动喷墨打印机用的记录头的装置，所述喷墨打印机包括一个油墨排放孔，墨滴通过该排放孔被喷射出来；一个用于向所述排放孔提供油墨的油墨室；一个为所述排放孔设置的第一压力产生装置，用于通过位移改变油墨室的体积产生使墨滴从排放孔喷射出来的压力；一个为所述排放孔设置的第二压力产生装置，用于通过位移改变油墨室的体积产生一个压力该压力用于抑制伴随着墨滴从排放孔的喷射产生的微细墨滴；所述驱动装置包括一个用于产生使所述第一和第二压力产生装置发生位移的驱动信号的装置；一个用于控制向第一和第二压力产生装置提供驱动信号的状态的装置。
3.一种用于驱动喷墨打印机用的记录头的方法，所述喷墨打印机包括一个墨滴排放孔，墨滴通过该排放孔被喷射出来；一个用于向所述排放孔提供油墨滴油墨室；为所述排放孔设置的第一和第二压力产生装置；该方法包括以下步骤通过向第一压力产生装置施加一个具有特定波形的用于喷射的驱动信号使第一压力产生装置发生位移而改变油墨室的体积，来产生一个使墨滴从排放孔喷射出来的喷射压力；以及通过向第二压力产生装置施加一个施加一个具有特定波形的辅助驱动信号使第二压力产生装置发生位移而改变油墨室的体积，产生一个辅助压力，用于抑制伴随经排放孔所喷出墨滴的微细墨滴的生成；其特征在于，喷射压力的产生状态和辅助压力的产生状态是受到控制的。
4.一种喷墨打印机，包括一个墨滴排放孔，墨滴通过该排放孔被喷射；一个具有一个壁的油墨室，用于向所述排放孔提供油墨；一个设置在油墨室壁上的第一压力产生装置，用于通过位移改变油墨室的体积产生一个使墨滴经所述排放孔喷射出来的压力；一个设置在油墨室壁上的第二压力产生装置，用于通过位移改变油墨室的体积产生一个协助油墨经所述排放孔喷射出来的压力；其特征在于，第一压力产生装置位于比第二压力产生装置远离墨滴排放孔的位置处。
5.如权利要求4所述的喷墨打印机，其特征在于，第二远离产生装置产生一个抑制伴随喷射的墨滴的微细墨滴的生成的压力。
6.一种用于驱动喷墨打印机用的记录头的装置，所述喷墨打印机包括一个墨滴排放孔，墨滴经该排放孔被喷射；一个具有一个壁的油墨室，用于向所述排放孔提供油墨；一个设置在油墨室壁上的第一压力产生装置，用于通过位于改变油墨室的体积产生一个压力；以及一个设置在油墨室壁上的第二压力产生装置，用于通过位于改变油墨室的体积产生一个压力；其中，第一压力产生装置位于比第二压力产生装置远离墨滴排放孔的位置处；该驱动装置包括一个用于产生一个驱动信号和一个辅助驱动信号的装置，所述主驱动信号用于使第一压力产生装置产生一个使墨滴经所述排放孔喷射出来的压力，所述辅助驱动信号用于使第二压力产生装置产生一个协助墨滴经所述排放孔喷射的压力；以及一个控制装置，用于进行如下的控制，使得主驱动信号和辅助驱动信号各自被提供给第一压力产生装置和第二压力产生装置。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二压力产生装置通过采用一个辅助驱动信号产生一个用于抑制伴随墨滴的微细墨滴的生成。
8.一种用于驱动喷墨打印机用的记录头的方法，所述喷墨打印机包括一个墨滴排放孔，墨滴经该排放孔被喷射；一个具有一个壁的油墨室，用于向所述排放孔提供油墨；一个设置在油墨室壁上的第一压力产生装置，用于通过位于改变油墨室的体积产生一个压力；以及一个设置在油墨室壁上的第二压力产生装置，用于通过位于改变油墨室的体积产生一个压力；其中，第一压力产生装置位于比第二压力产生装置远离墨滴排放孔的位置处；该驱动方法包括以下步骤将一个主驱动信号加在第一压力产生装置上用于产生一个经过所述排放孔喷射墨滴的压力；以及将一个辅助信号加到第二压力产生装置上，用于产生协助墨滴经排放孔喷射的压力。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，提供一个加在第二压力装置上的所述辅助信号用于产生一个抑制伴随墨滴的微细墨滴的生成。
10.一种喷墨打印机，包括一个墨滴排放孔，墨滴经该排放孔被喷射出来；为所述排放孔设置的多个能量产生装置，每个装置用于产生使墨滴从所述排放孔喷射出来的能量；以及分别为各个能量产生装置提供的多个选择装置，用于为能量产生装置选择多个驱动信号中的任何一个，并将所选择的信号提供给各能量产生装置。
11.如权利要求10所述的喷墨打印机，其特征在于，所述能量产生装置对应于施加的特定一个驱动信号，能量产生装置具有相互不同的油墨驱动能力。
12.如权利要求10所述的喷墨打印机，其特征在于，所述选择装置在应当墨滴喷射周期和下一个周期之间的点处将驱动信号的选择转换成另一种选择。
13.如权利要求10所述的喷墨打印机，其特征在于，所述选择装置在包括墨滴喷射周期过程中的一个点在内的任意点处将驱动信号的选择转换成另外一种选择。
14.一种用于驱动喷墨打印机用的记录头的装置，所述打印机包括一个墨滴排放孔，墨滴经该排放孔被喷射；以及多个为所述排放孔设置的多个能量产生装置，其中的每一个均用于产生使墨滴经所述排放孔喷射的能量；所述驱动装置包括一个用于产生驱动能量装置用的多个驱动信号的装置；以及分别为每个能量产生装置设置的多个选择装置，用于选择任何一个驱动信号并将所靠选择的信号加到各能量产生装置上。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，相对于外加的一个特定驱动信号所述能量产生装置具有相互不同的油墨喷射驱动能力。
16.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述选择装置在一个油墨喷射周期和下一个周期之间的点处将驱动相互的选择转换成另一种选择。
17.如权利要求14所述的装喷墨打印机，其特征在于，所述选择装置在包括墨滴喷射周期过程中的一点在内的任何点处将驱动信号的选择转换成另外一种选择。
18.一种用于驱动喷墨打印机用的记录头的方法，所述打印机包括一个墨滴排放孔，墨滴经该排放孔被喷射；以及为所述排放孔设置的多个能量产生装置，每一个能量产生装置用于产生使墨滴经所述排放孔喷射的能量；该方法包括以下步骤为每个能量产生装置选择用于驱动能量产生装置的多个驱动信号中的任何一个；以及将所选择的驱动信号提供给各个能量产生装置。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，相对于一个外加的特定驱动信号，所述能量产生装置具有相互不同的喷墨驱动能力。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在墨滴喷射的一个周期与下一个周期之间的点处将驱动信号的选择转换成另外一个。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在包括墨滴喷射周期过程中的一个点在内的任何一个点处，将驱动信号的选择转换成另外一种选择。
全文摘要
本发明提供一种喷墨打印机和一种用于驱动喷墨打印机用的记录头的装置和方法,用于抑制伴生墨滴。为对应于一个喷嘴的每一个油墨室设置两个压电元件。通过将一个用于墨滴喷射的驱动信号加在压电元件之一上,并将用于抑制伴生墨滴的驱动信号在喷射墨滴时加在另一个压电元件上调节压电元件的位移时间。由后一个压电元件的位移所产生的辅助压力叠加在由前一个压电元件位移产生的喷射压力上。墨滴的曳尾在早期阶段被切断,同时伴生墨滴的生成受到抑制。
文档编号B41J2/045GK1223201SQ981269
公开日1999年7月21日 申请日期1998年11月28日 优先权日1997年11月28日
发明者堀井伸一, 池本雄一郎, 雪田康夫, 德永洋, 岸本正树, 矢仓雄次, 谷川彻, 西正太, 铃木健二 申请人:索尼公司