CN100368201C - 液滴喷射头控制装置和图像记录设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种液滴喷射头控制装置，它能够用驱动脉冲对机电换能元件再充电而不需要在记录周期中的附加再充电时段。所述驱动信号包括多个驱动脉冲，并且在每个记录周期中，至少一个驱动脉冲包括：从放电电平向中间电平改变以充电压电元件来喷射液滴的部分；和从中间电平向目标电平改变以将压电元件再充电到目标电平的随后部分。

Description

液滴喷射头控制装置和图像记录设备

技术领域

本发明涉及一种头(head)控制装置和图像记录设备，具体涉及用于控制包括机电换能元件的液滴喷射头的液滴喷射头控制装置和具有所述液滴喷射头控制装置的图像记录设备。

背景技术

诸如打印机、传真机、复印机或绘图机的喷墨图像形成设备包括喷墨头，用于喷射墨滴以记录图像。所述喷墨头具有：喷嘴，通过它来喷射墨滴；墨流动途径，通常包括室，用于向其中的墨施加压力，并且与对应的喷嘴、供墨途径等相通；用于建立和向所述流动路径中的墨施加压力以喷射墨滴的部分。还有用于喷射其它种类的液滴的装置，例如，喷射抗蚀剂的液滴的那些装置和喷射DNA采样的液滴的那些装置。

在喷墨头中，使用各种方法来向在墨流动途径中的墨施加压力，以便形成墨滴和喷射它们。下面的方法是本领域内公知的。

日本未审查的专利公告第2-51734号公开了一种喷墨头，其中将诸如压电元件(压电晶体)的机电换能器用作振动板，以形成用于向墨施加压力的室的振动壁(压力施加室)。当晶体接收到电荷时，振动壁变形并且振动，因此改变墨室的体积和强制在所述室中的一些墨通过喷嘴而出。这是所谓的“压电喷墨头”。

另外，日本未审查的专利公告第61-59911号公开了另一种喷墨头，其中在每个压力施加室中使用电阻器来产生热；这个热使得室中的墨蒸发，并且产生气泡。当所述气泡扩展时，室中的一些墨被压力推出。这是所谓的“热喷墨头”。

而且，日本未审查的专利公告第6-71882号公开了另一种喷墨头，其中面向形成每个压力施加室的壁的振动板布置电极。因为在所述电极和振动板之间产生的静电力，振动板变形和振动，因此改变室的体积和强制所述室中的一些墨通过喷嘴而出。这是所谓的“静电喷墨头”。

上述的喷墨头显示了两种形成墨滴的方法。在其中之一中，相对于压力施加室向内推振动板，降低室的体积和强制一些墨出来。在另一种方法中，相对于室外拉振动板，因此扩展其体积；然后振动板变形以便从扩展的形状恢复到其原始形状，因此强制一些墨出来。

在使用第二种方法(拉振动板)的喷墨头中，作为初始状态，向压电元件施加偏压以将所述元件充电。然后压电元件放电(释放所存储的电荷)，导致压电元件收缩。因此，室的体积增加，这从诸如供墨通道的外部向室内拉入更多的墨。然后，向压电元件施加驱动信号以迅速地将所述元件充电，使得元件迅速扩展，这迅速地减小了室的体积，并且强制一些墨滴通过喷嘴而出。

接着，参照图12和图13A-13H，说明头控制装置的操作，所述头控制装置用于控制喷墨头，所述喷墨头使用第二种方法来利用压电晶体的d33模式来形成三种墨滴(下面称为“点”)。

图12示出了现有技术的头控制装置。

在图12所示的头控制装置中，包括多个驱动脉冲的驱动信号Vcom(图13所示)被从驱动信号产生器101输出，并且通过开关102被输入到压电元件103。开关102根据通过电平移位器105的解码器104的输出信号来接通或断开。

解码器104包括：选通电路110-112，它们分别接收在未示出的存储器中存储的记录数据信号L0、L1、L2和选通信号M0、M1、M2，它们的电平在记录周期内被控制以便选择期望的记录数据；和OR(或)电路113，它们从电路110-112向电平移位器105发送信号。

在此，假定当L0＝1时要形成小点，当L1＝1时要形成中点，当L2＝1时要形成大点；而且，当L0＝L1＝L2＝0时，压电元件将不工作，并且不形成点。

图13A-1 3H示出了当图12中的头控制装置工作以形成上述点时在其中的信号的时序图。具体上，图13A-13H示出了驱动信号Vcom、从驱动信号Vcom选择和被施加到压电元件的信号、和选通信号M0、M1、M2的波形。

当形成大点时，即当L2＝1时，通过设置在图13F所示的从时间T10到时间T11期间M2＝1，用于形成大点的驱动脉冲，图1 3B所示，被从驱动信号Vcom提取，并被施加到压电元件103。

另外，当形成中点时，即当L1＝1时，通过在图1 3G所示的从时间T11到时间T12期间设置M1＝1，图13C所示用于形成中点的驱动脉冲从在驱动信号Vcom中的脉冲被提取，并被施加到压电元件103。

当形成小点时，即当L0＝1时，通过在图1 3H所示的从时间T12到时间T13期间设置M0＝1，如图13D所示用于形成小点的驱动脉冲从在驱动信号Vcom中的脉冲被提取，并被施加到压电元件103。

以这种方式，通过产生包括用于形成各种点的驱动脉冲的公共驱动信号Vcom、按照预定的选通信号从驱动信号Vcom中选择适当的驱动脉冲、并记录数据信号以接通或关断适当的通道、并且向压电元件施加所选择的驱动脉冲(波形)，可以使用单个驱动信号Vcom来形成不同大小的墨滴、换句话说，是灰度等级的点。

在上述的处理中，在操作压电元件之前，最好是提前向压电元件施加偏压，以将压电元件保持在充电状态(扩展的条件)。如上所述，当压电元件被操作来形成墨滴时，这个充电状态是压电元件的初始条件。例如，这种处理对于在当前的记录周期中不需要形成点的压电元件是必要的。另外，即使对于已经被操作在当前的记录周期中形成点的压电元件，仍然优选的是在施加下一个驱动脉冲之前将压电元件保持在充电状态中。

但是，在例如具有上述配置的头控制装置中，考虑不在当前记录周期中形成点的压电元件，尽管那样，在前一个记录周期中施加偏压，并且所述压电元件被那个偏压保持在充电状态中。因为压电元件的自然放电，所述元件的电势在当前记录周期中降低。

由于这一点，当在下一个记录周期中施加用于喷射墨滴的驱动脉冲时，因为就在喷射前的电势太低，因此难于形成包括期望的墨量的墨滴。

以相同的方式，对于已经在前一个记录周期中被操作来形成点的压电元件，在驱动电压未被施加到压电元件的持续时间中，发生自然放电。如果在施加驱动电压之前的持续时间长，则压电元件的电势因为自然放电而显著地降低；结果，即使在当前的记录周期中选择和施加用于喷射期望的墨滴的期望驱动脉冲，由于就在喷射之前的电势太低，因此难于形成包括期望的墨量的墨滴。

作为对于这个问题的解决方案，日本未审的专利公开第2001-10035号公开了一种喷墨记录设备，其中在每个记录周期的指定定时，从驱动信号选择偏压电平，以将压电元件再无电到所述偏压电平。

但是，在上述的喷墨记录设备中，需要在驱动信号中分配与再充电电平相关联的时间间隔。考虑到开关的反应时间来确定所述时间间隔的长度，即从发出开关命令时的时间到开关实际上被接通或断开的时间的持续时间。通常，所述时间间隔应当被设置为较长。

但是，为了提高图像形成速度，期望使得墨滴喷射时段较短，因此难于保证与墨滴喷射操作无关的附加再充电时间。而且，为了提高灰度等级的数量以改善图像质量，需要在驱动信号中分配更多的脉冲，这也使得难于保证在驱动信号中的附加再充电时段。

发明内容

因此，本发明的一般目的在于解决现有技术的上述问题。

本发明的具体目的是提供一种液滴喷射头控制装置和一种具有所述液滴喷射头控制装置的图像记录设备，所述液滴喷射头控制装置能够使用驱动脉冲来再充电机电换能元件而不在记录周期中提供附加的再充电时段。

为了实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种液滴喷射头控制装置，它向机电换能元件施加驱动信号以改变机电换能元件的形状，以便改变被填充了液体的液滴喷射室的体积，以通过与所述液滴喷射室相通的喷嘴喷射液滴，所述液滴喷射头控制装置包括液滴喷射头驱动单元，它产生包括多个驱动脉冲的多个周期的驱动信号，选择并向机电换能元件施加所述驱动脉冲之一的至少一部分，以改变机电换能元件的形状以喷射液滴，每个驱动脉冲具有：第一部分，它从第一电平改变到第二电平，用于将机电换能元件从第一形状收缩到第二形状；和第二部分，它从第二电平改变到第一电平，用于将机电换能元件从第二形状膨胀回第一形状以喷射液滴，其中在每个周期的至少一个驱动脉冲中，所述第二部分包括：第三部分，用于局部地膨胀机电换能元件的形状以喷射液滴；和在第三部分之后的第四部分，用于将机电换能元件的形状改变回所述第一形状。

优选的是，第一部分将机电换能元件从等同于第一电平的第一电势放电到等同于第二电平的第二电势，第二部分将机电换能元件充电到第一电势以喷射液滴，第三部分将机电换能元件充电到等同于第三电平的第三电势以喷射液滴，和第四部分将机电换能元件再充电到所述第一电势。

按照本发明的上述方面，通过从中间值(第三电平)向第一电平改变的驱动脉冲的部分(第四部分)、而不是在第一电平的信号，来再充电机电换能元件，因此可以较早地开始对机电换能元件的再充电，结果，再充电的持续时间变短。

而且，因为在第三部分引起液滴喷射后，第四部分被应用到机电换能元件，因此再充电操作不影响液滴喷射，并且这减少了由于再充电而导致的坐误喷墨的可能。

而且，因为第四部分被包括在驱动信号的一个周期中，因此不必提供附加的时间间隔来分配用于再充电的信号，所以有可能提高图像形成的速度和改善图像质量。

为了实现上述目的，按照本发明的第二方面，提供了一种图像记录设备，包括：液滴喷射头，它包括多个液滴喷射室和与液滴喷射室相对应的多个机电换能元件，每个所述液滴喷射室被填充了液体并与喷嘴相通；液滴喷射头控制装置，它向机电换能元件施加驱动信号，以改变机电换能元件的形状，以便改变对应的液滴喷射室的体积，用于通过对应的喷嘴喷射液滴来记录图像，所述液滴喷射头控制装置包括液滴喷射头驱动单元，它产生包括多个驱动脉冲的多个周期的驱动信号，并且选择并向机电换能元件之一施加驱动脉冲之一，以改变所述机电换能元件的形状来喷射液滴，每个驱动脉冲具有：第一部分，它从第一电平改变到第二电平，以将所述机电换能元件从第一形状改变到第二形状；和第二部分，它从第二电平改变到第一电平，用于将所述机电换能元件从第二形状改变回第一形状来喷射液滴，其中在每个周期中的至少一个驱动脉冲中，第二部分包括：第三部分，它从第二电平改变到第三电平，用于改变机电换能元件的形状来喷射液滴；和在第三部分之后的第四部分，它从第三电平改变到第一电平，用于将机电换能元件的形状改变回所述第一形状。

优选的是，第一部分将机电换能元件从等同于第一电平的第一电势放电到等同于第二电平的第二电势，第二部分将机电换能元件充电到第一电势以喷射液滴，第三部分将机电换能元件充电到等同于第三电平的第三电势以喷射液滴，第四部分将机电换能元件再充电到所述第一电势。

优选的是，头驱动单元选择在每个周期中的所述至少一个驱动脉冲的第四部分，以同时再充电所述多个机电换能元件。

附图说明

通过下面参照附图详细说明本发明的优选实施例，本发明的这些和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是按照本发明的实施例作为图像记录设备的示例的喷墨记录设备的机械的透视图；

图2是本实施例的喷墨记录设备的机械的横断面侧视图；

图3是本实施例的喷墨记录设备中包括的喷墨头的示例的分解透视图；

图4是沿着本实施例的记录头中包括液体的部分的长边的这个部分的横断面视图；

图5是图4中所述包括液体的部分的放大图；

图6是沿着其短边的所述图4中的部分的横断面视图；

图7是示意地示出本实施例的喷墨记录设备的控制部分的方框图；

图8是在图7中所示的控制部分中的解码器之后的部分的电路图；

图9是用于说明其操作的、本实施例的喷墨头的主要部分的横断面视图；

图10A-10C是在不同的操作步骤中在图9中的喷墨头的相同部分的横断面视图；

图11A-11I是示出本实施例的头控制装置的操作的时序图；

图12示出了现有技术的头控制装置；和

图13A-13H是示出现有技术的头控制装置的操作的时序图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的优选实施例。

图1示出了按照本发明的实施例、作为图像记录设备的示例的喷墨记录设备的透视图。图2是喷墨记录设备的横断面侧视图。

图1和图2所示的喷墨记录设备具有主体1和被容纳在主体1中的打印机器2。打印机器2具有记录头，它包括沿着主扫描方向可移动的托架13、附加到托架13的喷墨头14和墨盒15。打印机器2获取从供纸盒4或手动供纸盘5提供的纸张3，然后在纸张3上记录期望的图像，然后向附加在所述设备的后侧的出纸盘6提供纸张3。

在打印机器2中，第一导杆11位于通过两个未示出的侧板，用作托架13的导向器，并且通过第一导杆11和辅助导杆12，托架13被保持能够在主扫描方向(沿着导杆11的轴方向)中自由地滑动。喷墨头14具有多个单色喷墨头，用于喷射黄色(Y)、青色(C)、品红(M)、黑色(B)或其它颜色的墨滴。喷墨头14沿着喷射墨滴的方向向下延伸被附加到托架13。

墨盒15具有多个墨箱，用于存储和向喷墨头14的对应的单色喷墨头提供上述相应颜色的墨。墨盒1 5被附加到托架13的上侧，并且当其中的墨用完时可以替换在墨盒15中的每个墨箱。

墨盒15具有在其上侧的用于与空气交流的空气孔、在其下侧的用于向喷墨头14供墨的供给孔和其中被填充了墨的多孔材料。由于多孔材料的毛细作用力，要被提供到喷墨头14的墨被保持在略负的压力。从墨盒15，墨被提供到喷墨头14。

第一导杆11被插入托架13的后侧(沿着纸张传送方向的下游侧)，同时保持托架13沿着第一导杆11可自由地滑动。托架13的前侧(沿着纸张传送方向的上游侧)被辅助导杆12固定，同时保持托架13沿着辅助导杆12可自由地滑动。为了驱动托架13以沿着主扫描方向扫描，定时皮带20被缠绕在由主扫描马达17驱动的主动皮带轮18和从动摩擦轮19之间，并且被固定到托架13；由于主扫描马达17的前后旋转，托架13前后移动。

注意，作为一个示例，喷墨头14被叙述为具有多个单色喷墨头。喷墨头14也以被配置为具有单个头，所述单个头具有多个喷嘴，用于喷射不同颜色的墨滴。而且，如下所述，喷墨头14是压电头，其中压力施加室的侧壁的至少一部分由振动板形成，并且这个振动板被压电元件变形和振动。

另一方面，为了从供纸盒4向在喷墨头14下的位置传送纸张3，布置了：供纸辊21和摩擦垫22，用于从供纸盒4分离和供给纸张3；导向器23，用于引导纸张3；传动辊24，用于颠倒纸张3以进一步传送；辊25，被压在传动辊24的表面；辊26，用于限制纸张3被送出的角度。

传动辊24被副扫描马达27经由一系列齿轮驱动来旋转。

纸张导向器29对应于托架13的移动范围、沿着主扫描方向而被提供，以将从传动辊24送出的纸张3引导到在喷墨头14下部的位置。在沿着纸张传送方向的下游侧，辊31和支撑物32被布置来在输送方向中送出纸张3。而且，形成纸张供应路径的输送辊33、支撑物34和导向器35与36被提供来向出纸盘6发送纸张3。

当在纸张3上记录图像时，在移动托架13的同时，喷墨头14被驱动来按照图像信号向静止的纸张3喷射墨滴，以记录一行；然后纸张3被移动一行以便记录下一行。当接收到记录完成信号或用于指示托架13的当前位置在纸张3的记录区域的尾部的信号时，上述的记录操作结束，并且纸张3被输出。

在沿着第一导杆11的记录区域以外的位置，恢复单元37被布置以便解决喷墨头14的喷墨问题。恢复单元37具有顶盖、吸收器和清洁器。在等待时，托架13被移动到恢复单元37，在这里，恢复单元37盖住喷墨头14以保持其喷嘴湿润以防止喷墨问题。另外，在记录操作期间，从喷墨头14喷射附加的墨量，不用于记录而用于清洗喷墨头14，使得在所有喷嘴的粘度系数保持不变，以保持不变的喷墨性能。

当发生喷墨故障时，喷墨头14的喷嘴被恢复单元37的顶盖密封，并且通过管道，吸收器从喷嘴吸入和排出墨以及与墨一起的气泡，并且清洁器清洁附着在喷嘴上的墨和其它灰尘，以使得喷墨头14可以从喷墨故障恢复。由吸收器吸出的墨被排出到用于收集废墨的箱，并且被存储在吸墨材料中。

接着，参照图3-6来详细地说明喷墨记录设备的喷墨头14。图3是示出喷墨头14的结构的分解透视图；图4是沿着其长边的、包括墨的喷墨头14的一部分的横断面视图；图5是图4所示的所述部分的核心部分的放大视图；图6是沿着其短边的、在图4中的所述部分的横断面视图。

如在上述图中所示，喷墨头14包括从单晶硅形成的基底41、与基底41的下侧接合的振动板42、以许多喷嘴45形成并且与基底41的上侧接合的喷嘴板43。

在图4-6中，附图标记46表示由基底41、振动板42和喷嘴板43形成的压力施加室。压力施加室46与喷嘴45相通(communication)。

附图标记48表示液体室，它通过作为液体电阻器的供墨通道47向压力施加室46供墨。

压力施加室46、供墨通道47和液体室48的侧壁作为基底41的侧表面，并且与墨接触，在这些侧壁上，由可抵抗液体腐蚀的有机树脂形成膜50。

如图3中所示(也参见图4)，在其中每个对应于压力施加室46的位置提供两行成叠的压电元件52。压电元件52与振动板42的下侧接合，并且被固定在底座53上。定位架54被布置为围绕所述两行成叠的压电元件52并且与底座53接合。

如图5所示，通过交错地叠放压电膜55和内部电极56来形成每个压电元件52。每个压电元件52的扩展和收缩引起压力施加室46的扩展和收缩。在此，假定每个压电元件52的压电常数是d33。如果向压电元件52之一施加驱动信号，则所述压电元件52被充电和扩展；另一方面，如果在压电元件52中存储的电荷被释放(放电)，则压电元件52收缩。在底座53和定位架54中，形成穿透孔，以从外部向液体室48供墨。这是图4所示的供墨孔49。

使用支顶架(head frame)57来接合基底41的外围和振动板42的边缘，所述支顶架57是通过压注模制、由环氧树脂或PPS(聚苯硫醚(Polyphenylenesulfide))形成的，并且通过粘合剂来固定支顶架57和底座53。而且，为了向压电元件52施加驱动信号，FPC(柔性印刷电路)电缆58通过焊料或ACF(各向异性导电膜)或通过引线结合法连接到压电元件52。在FPC电缆58中，驱动电路(驱动器IC)59被固定，以选择性地向压电元件52施加驱动信号。

在此，作为基底41，具有晶体取向(110)的单晶硅基底通过使用氢氧化钾水溶液(KOH)或其它碱腐蚀溶液的各向异性的蚀刻来处理，结果形成用作压力施加室46的穿透孔、用作供墨通道47的凹槽和用作液体室48的穿透孔。

振动板42由诸如镍的金属板制成，并且通过电铸被形成。如图6所示，为了振动板42容易在对应于压力施加室46的区域变形，这些区域形成得薄(下面被称为凹口61)，并且用于与压电元件52连接的振动板42的区域形成得厚(下面被称为突出部分62)。另外，对应于在两个液体室之间的隔离壁的振动板42的区域也形成得厚(以下称为突出部分63)。振动板42的上平表面通过粘合剂与基底41连接，并且突出部分62的端部也使用粘合剂与支顶架57连接。在底座53和突出部分63之间，形成柱子64。柱子64与压电元件52具有相同的形状。

喷嘴板43与基底41接合。在喷嘴板43中，喷嘴45形成为直径10微米到30微米，并且在对应于相应的压力施加室46的位置。例如，喷嘴板43可以由不锈的镍或其它金属、金属和聚酰亚胺树脂膜或其它树脂的混合物、硅或上述材料的混合物构成。另外，在沿着喷墨方向的喷嘴板43的表面(也称为“喷射表面”)上，形成滤水膜(water-shedding film)，以保证喷嘴板43相对于墨的滤水质量。可以通过诸如镀或涂滤水剂的任何公知方法来形成这种滤水膜。

接着参照图7来说明上述喷墨记录设备的控制部分。

图7是示出本实施例的喷墨记录设备的控制部分的方框图。

本实施例的喷墨记录设备的控制部分由引擎控制器组成，所述引擎控制器包括打印机控制器70和头驱动电路71。

打印机控制器70包括：接口(I/F)72，用于通过电缆或网络从主机接收记录数据；CPU73，用于打印机控制器70的整体控制；RAM74，其中存储各种数据；ROM75，其中存储用于数据处理的各种例程；振荡电路(OSC)76；驱动信号产生电路(GNRTR)77，它产生驱动信号Vcom以控制喷墨头14的操作；接口(I/F)78，用于向头驱动电路71发送被用作点图形数据(位图数据)的记录数据和驱动信号。

RAM74被用作缓冲器和工作存储器。ROM75存储由CPU73执行的各种控制例程、字体数据、图形函数和各种步骤。CPU73读出在接口72的接收缓冲器中的记录数据，将它们转换为中间代码，并且在RAM74的指定区域的中间缓冲器中存储中间代码。CPU73首先从RAM74读出中间代码，并且使用在ROM75中存储的字体数据来将所述中间代码扩展为点图形数据，然后再次向RAM74的另一个指定区域存储所述点图形数据。

一旦CPU73获得了喷墨头14可以用来在纸张3上记录一行的点图形数据的数量，则这个数量的点图形数据与由振荡电路76产生的时钟信号CK同步地通过接口78被发送到头驱动电路71，作为串行数据SD。

头驱动电路71被内置在驱动器IC 59中，并且包括：移位寄存器81(SHT-REG)，包括时钟信号CK的串行数据SD和来自打印机控制器70的记录数据被输入到其中；锁存电路82(LTCH)，它使用来自打印机控制器70的锁存信号LAT来锁存移位寄存器81的值；解码器83(DEC)，它按照来自打印机控制器70的控制信号CS来解码在锁存电路82中存储的数据；电平移位电路84(电平移位器：LVL-SHT)，它改变解码器83的输出的电平；模拟开关阵列(或开关电路)85，它通过电平移位器84被接通或关断。

开关电路85用于输入来自打印机控制器70的驱动信号产生电路77的公共驱动信号Vcom，并且连接到对应于喷嘴的每个压电元件52。

在此，假定在本实施例的喷墨记录设备中，记录数据具有两比特的数据D0和D1，用于喷墨头14的每个通道，以便在一个记录周期中获得四个灰度等级的墨滴。被发送到移位寄存器81的串行记录数据SD首先被锁存电路82锁存，并且被锁存的记录数据SD(两比特数据D0和D1)在被输入控制信号CS(包括信号M0N、M1N、M2N和M3N)的解码器83处被解码。解码的记录数据的电平被电平移位器84移位，以便能够驱动开关电路85的开关；例如，被解码的记录数据的电平被增加到几十伏特。所述被增加电平的信号被输入到开关电路85。

来自驱动信号产生电路77的驱动信号Vcom被输入到开关电路85的输入端，并且压电元件52连接到开关电路85的输出端。因此，例如，在当被施加到开关电路85的记录数据是“1”的时段中，从驱动信号Vcom获得的驱动脉冲被施加到压电元件52，并且压电元件52响应于驱动脉冲而扩展和收缩。相反，在当被施加到开关电路85的记录数据是“0”的时段中，没有驱动脉冲被输出到压电元件52。

图8示出了在图7中的解码器83之后的电路。注意，图8仅仅示出了整个电路的一个通道。

如上所述，对于喷墨头14的每个通道，两比特数据D0和D1(下面被称为“喷墨数据”)被锁存在锁存电路82中。在此，作为示例，假定当D1＝1和D0＝1时，喷射形成大点的墨滴，当D1＝1和D0＝0时，喷射形成中点的墨滴，当D1＝0和D0＝1时，喷射形成小点的墨滴，当D1＝0和D0＝0时，不喷射墨滴。

来自打印机控制器70的控制信号CS被输入到解码器83的解码单元DCN。控制信号CS包括选通信号M0N、M1N、M2N和M3N，其定义用于形成期望的灰度等级的墨滴和用于再充电压电元件52的时间间隔。相同的选通信号M0N、M1N、M2N和M3N被输入到解码器83中的所有解码单元DCN。

解码单元DCN包括四个选通电路G0-G3和一个OR(或)选通电路G4。数据D1和D0与选通信号M0N、M1N、M2N和M3N同时被输入到四个选通电路G0-G3。四个选通电路G0-G3的输出被输入到OR(或)选通电路G4。解码单元DCN的输出通过作为电平移位器84的电平移位器LSN被输入到开关电路85中包括的模拟开关ASN。

驱动信号Vcom被输入到模拟开关ASN，当模拟开关ASN被接通时，驱动信号Vcom的对应部分被施加到压电元件52，作为喷墨头14的驱动信号。

因此，按照分别与大点、中点、小点的喷射和无喷射相关联的选通信号M0N、M1N、M2N和M3N，开关电路85的对应的模拟开关ASN被接通或关闭。

具体上，当解码单元DCN的输出是“1”时，模拟开关ASN接通，并且公共驱动信号Vcom被施加到压电元件52。当解码单元DCN的输出是“0”时，模拟开关ASN关断，并且驱动信号Vcom不被施加到压电元件52，并且解码单元DCN的输出在高阻抗状态。

接着，参见图9、图10A-10C和图11A-11I，说明用于控制墨滴喷射的上述头控制装置的操作。

图9是本实施例的喷墨头14的主要部分的横断面视图；图10A-10C示出了本实施例的喷墨头14的操作。

首先，参照图9和图10A-10C，说明压力施加室和压电元件的操作，所述压电元件被操作来拉或推压力施加室的侧壁。注意，虽然在图9和图10A-10C中所示的喷墨头的构成元件与图3到图6所示的那些不同，但是喷墨头的基本配置是相同的，因此在此使用相同的附图标号来用于在图3-6中所示的相同的构成元件。

图9所示的喷墨头14在自由状态，即没有驱动电压被施加到压电元件52。从这个状态，如果接通电源，则喷墨头14的状态改变到图10A所示的那个状态。图10A所示的状态是在其操作期间的喷墨头14的初始状态。在所述初始状态中，向压电元件52施加偏压以充电压电元件52。在接收到电荷后，压电元件52在其厚度方向上扩展(所谓的“d33”模式：在厚度方向上的变形)，并且压力施加室46的体积与图9所示的平衡状态相比较减小。

当要从喷嘴45喷射墨滴时，如图10B所示，压力施加室46首先被外拉。详细而言，在初始状态中在压电元件52中存储的电荷被释放(放电)，并且压电元件52收缩，因此，压力施加室46的体积增大。结果，从外部的墨箱向压力施加室46中拉入墨。同时，喷嘴45的弯月面相对于压力施加室46被内拉。

接着，如图10C所示，通过电缆58向压电元件52施加驱动脉冲，以迅速地充电压电元件52和将其再次扩展。因此，压力施加室46的体积大大地减小，喷射墨滴。

在所述过程中，可以通过例如使用比图10A更小的步长控制压电元件52的扩展电平，可以形成精细的墨滴。有可能通过使得改变压电元件52的扩展电平的步长足够小来微妙地控制精细墨滴的形成和获得更多的灰度等级。

图11A-11I是在本实施例的上述头控制装置中使用的信号的时序图，用于进一步说明头控制装置的操作。

图11A示出了由驱动信号产生电路77产生的驱动信号Vcom的波形。在驱动信号Vcom中，存在：驱动脉冲P1，用于在从时间T0到时间T1的时段中形成大点；驱动脉冲P2，用于在从时间T1到时间T2的时段中形成中点；驱动脉冲P3，用于在从时间T2到时间T3的时段中形成小点。

在本发明中，驱动脉冲P3包括在图11A所示的时间T3后的分量P31，并且分量P31升高到指定的电平Vb。而且，在本发明中，在分量P31的时段中，喷墨头14不被操作来形成墨滴。

图11B示出了用于形成大点的通道的压电元件52的响应信号Vh11(在压电元件52上的电压)，图11C示出了用于形成中点的通道的压电元件52的响应信号Vh10，图11D示出了用于形成小点的通道的压电元件52的响应信号Vh01，图11E示出了不喷射液滴的通道的压电元件52的响应信号Vh00。

图11F-11I示出了被输入到解码单元DCN的选通信号M3N、M2N、M1N、M0N。

如图11F-11I所示，信号M3N在从时间T0到时间T1的时段中和在从时间T3到时间T4的时段中是“0”，信号M2N在从时间T1到时间T2的时段中和在从时间T3到时间T4的时段中是“0”，信号M1N在从时间T2到时间T4的时段中是“0”，信号M0N在从时间T3到时间T4的时段中是“0”。

接着，使用上述结构，说明在不同灰度等级的墨滴喷射的操作。

在图11 A所示的记录周期的T0-T1的时段中，对应于使得喷射大墨滴以形成大点的压电元件52的模拟开关ASN被接通。即，其中D1＝1、D0＝1的记录数据SD、以及其中M3N＝0的控制信号CS被输入到解码单元DCN，以便喷射墨滴以形成大点。因此，在从T0到T1的时段中，对应的模拟开关ASN被接通，并且在驱动信号Vcom的从T0到T1的时段中驻留的驱动脉冲P1被施加到压电元件52。因为驱动脉冲P1被施加到压电元件52，如图11B所示，压电元件52被再充电，并且信号Vh11(压电元件52的电势)从放电状态的电平再次增加到电势Vb，通过喷嘴45喷射墨滴以形成大点。

在这个时段期间，模拟开关ASN在不要求喷射形成大点的墨滴的其它通道中是关闭的，即在这个记录周期中，模拟开关ASN在用于喷射形成中点的墨滴的通道、用于喷射形成小点的墨滴的通道和不喷射墨滴的通道中是关闭的。因此，在这些通道中，压电元件52开始略微地放电。结果，如图11C-11E所示，从时间T0，在压电元件52的电势(即分别是信号Vh10、Vh01、Vh00)开始从初始电势Vb略微地降低。

在图11A所示的记录周期的从T1到T2的时段中，对应于使得喷射墨滴以形成中点的压电元件52的模拟开关ASN被接通。换句话说，其中D1＝1、D0＝0的记录数据SD、以及其中M2N＝0的控制信号CS被输入到解码单元DCN，以便喷射形成中点的墨滴。因此，在从T1到T2的时段中，对应的模拟开关ASN被接通，并且在驱动信号Vcom的从T1到T2的时段中驻留的驱动脉冲P2被施加到压电元件52，并且在这个通道中从喷嘴45喷射用于形成中点的墨滴。

在上述步骤中，因为驱动脉冲P2被施加到压电元件52，如图11C所示，压电元件52被再充电，并且信号Vh10(压电元件52的电势)被从放电状态的电平再次增加到电势Vb，喷射墨滴。

另外，因为在用于喷射形成大点的墨滴的通道中模拟开关ASN是关闭的，如图11B所示，从时间T1，在这个通道中的、压电元件52的电势(信号Vh11)开始从电势Vb略微地降低。而且，因为模拟开关ASN在用于喷射形成小点的墨滴的通道中保持关闭，因此如图11D所示，在这个通道中的压电元件52继续放电，并且在这个通道中的、压电元件52的电势(信号Vh01)继续降低。类似地，因为模拟开关ASN在这个记录周期中在不喷射墨滴的通道中保持关闭，因此如图11E所示，在这个通道中的压电元件52继续放电，在这个通道中的、压电元件52的电势(信号Vh00)继续降低。尽管如此，在从T0到T1的时段中，因为模拟开关ASN在用于喷射形成大点的墨滴的通道中从T0到T1接通(图11F)，在这个通道中的压电元件52的放电量(信号Vh11)与在用于形成小点的通道中和不形成任何点的通道中的放电量相比较较小。

在图11A所示的记录周期的从T2到T3的时段中，对应于使得喷射用于形成小点的墨滴的压电元件52的模拟开关ASN被接通。换句话说，其中D1＝0、D0＝1的记录数据SD、以及其中M1N＝0的控制信号CS被输入到解码单元DCN，以用于喷射形成小点的墨滴。因此，在从T2到T3的时段中，对应的模拟开关ASN接通，并且在驱动信号Vcom的从T2到T3的时段中驻留的驱动脉冲P3被施加到在这个通道中的压电元件52，并且从这个通道中的喷嘴45喷射用于形成小点的墨滴。

在上述步骤中，因为驱动脉冲P3被施加到引起喷射形成小点的墨滴的压电元件52，如图11D所示，所述压电元件52被再充电，并且信号Vh01被从放电状态的电平再次增加到电势Vb，喷射墨滴并形成小点。

另外，因为模拟开关ASN在用于喷射形成中点的墨滴的通道中关闭，如图11C所示，从时间T2开始，在这个通道中的压电元件52的电势(信号Vh10)开始从电势Vb略微地降低。而且，因为模拟开关ASN在用于喷射形成大点的墨滴的通道中保持关闭，如图11B所示，在这个通道中的压电元件52继续放电，并且在这个通道中的压电元件52的电势(信号Vh11)继续降低。类似地，因为模拟开关ASN在这个记录周期中不喷射墨滴的通道中保持关闭，如图11E所示，在这个通道中的压电元件52继续放电，并且在这个通道中的压电元件52的电势(信号Vh00)继续降低。

在从T2到T3的时段中，在形成大点的通道、形成中点的通道、不形成任何点的通道中，模拟开关ASN关闭。出于如上所述的相同原因，在从T2到T3的时段中，因为压电元件52的放电持续时间在不形成任何点的通道中最长(图11E)，并且在喷射形成中点的墨滴的通道中最短(图11C)，因此压电元件52的放电量在形成中点的通道中最小、在形成大点的通道中第二最小、在不形成任何点的通道中最大。

注意，引起喷射形成小点的墨滴的驱动脉冲P3增加，直到时间T3；它不升高到电势Vb。即，驱动脉冲P3使得喷射形成小点的墨滴，但是在这个喷射中，压电元件52不足够地扩展。压电元件52在时间T3后保持在这个状态中。

然后，在图11A所示的记录周期的从T3到T4的时段中，选通信号M3N、M2N、M1N和M0N全是“0”(M3N＝M2N＝M1N＝M0N＝0)，所以模拟开关ASN与记录数据D1和D0的值无关地在所有通道中接通，因此，在所有通道中的压电元件52被再充电，并且在形成小点的通道中的压电元件52在驱动脉冲P3后被充电。

通过使用信号P31来执行从时间T3到时间T4的时段中的上述再充电，所述信号P31是在时间T3后的驱动脉冲P3的分量，在此信号喷射形成小点的墨滴。

另外，如图11B-11E所示，在时间T3的信号分量P31的电平略低于电势Vb，并且信号分量P31从这个电平升高到电势Vb。

在时间T3，在用于形成不同大小的点的不同通道中的压电元件52的放电量略微不同，因此在不同通道中的压电元件52的电势在时间T3略微不同。从这些电势，在不同通道中的压电元件52在从T3到T4的时段中被再充电到电势Vb。

由于再充电，在不同通道中的压电元件52扩展并且趋向于从对应的压力施加室喷墨。但是，在从T3到T4的时段中，在不同通道中的压电元件52的电势的变化小，并且不引起喷墨。

汇总上述说明，通过从略低电平向目标电势Vb上升的信号P31、而不是通过在目标电势Vb的平缓电平来再充电压电元件，因此可以比使用平缓电平Vb的时间更早地开始压电元件的再充电。因此，通过平缓电平Vb的再充电的持续时间变短。

因为在再充电期间的压电元件的电势的改变小，因此所述再充电不影响下一个喷墨操作。

另外，按照本发明，可以同时再充电多个压电元件，因此可以使得相关联的电路简单。

而且，因为信号P31在由驱动脉冲P3引起的墨滴喷射操作后的时间T3被施加到压电元件，因此通过信号P31的再充电不影响墨滴喷射操作，并且减少了由于再充电引起的错误喷墨。

而且，因为在一个记录周期(从时间T0到时间T4)中包括信号P31，因此不必分配用于再充电信号的附加时段，所以有可能提高图像形成的速度和改善图像质量。

如果在模拟开关被关断后过去的时段和在所过去的时段后压电元件的放电量是已经知道的(假设压电元件已经被充电到目标电势Vb，即压电元件的初始电势是Vb)，并且如果可以保证在其它通道中不从这些信息元件发生错误的喷射，则足够的是，在从T3到T4的时段仅仅将选通信号M0N和M1N设置为“0”，以便仅仅再充电在不喷射墨滴的通道中的压电元件。

通过如此，在所有通道中的压电元件的放电状态持续不超过两个时段，并且这允许更稳定的记录操作。另外，在再充电期间产生的电流可以被分布在多个时段中，并且这还降低了控制信号的复杂性。

虽然已经参照被选择用于说明目的的特定实施例而说明了本发明，但是，显然，本发明不限于这些实施例，而且可以由本领域内的技术人员在不脱离本发明的基本思想和范围的情况下对其进行多种修改。

例如，在上述实施例中，包括喷射墨滴的喷墨头的喷墨记录设备被用作示例来说明本发明的图像记录设备。本发明不限于此；它可以适用于包括用于喷嘴任何种类的液体的液滴的液滴喷射装置的任何图像记录设备，所述液滴喷射装置诸如用于喷射在半导体制造工艺中使用的形成图案的液体抗蚀剂的液滴的液体喷射头、用于喷射DNA样本的液滴的液滴喷射头。

汇总本发明的效果，按照本发明的头控制装置，有可能使用驱动脉冲来再充电机电换能元件，而不提供在记录周期中的附加再充电时间，并且这使得有可能使机电换能元件的再充电时间变短，并且改善图像质量和图像形成速度。

本专利申请基于2002年6月24日提交的日本优先权专利申请第2002-182284号，其整体内容在此通过引用被并入。

Claims (5)

1.一种液滴喷射头控制装置，它向机电换能元件施加驱动信号以改变机电换能元件的形状，以便改变被填充了液体的液滴喷射室的体积，用于通过与所述液滴喷射室相通的喷嘴喷射液滴，所述液滴喷射头控制装置包括：

液滴喷射头驱动单元，它产生包括多个驱动脉冲的多个周期的驱动信号，选择并向机电换能元件施加所述驱动脉冲之一的至少一部分，每个驱动脉冲具有：第一部分，它从第一电平改变到第二电平，用于将机电换能元件从第一形状收缩到第二形状；和第二部分，它从第二电平改变到第一电平，用于将机电换能元件从第二形状膨胀回第一形状，以喷射液滴，

其中，在每个周期的至少一个驱动脉冲中，所述第二部分包括：

第三部分，用于局部地膨胀机电换能元件的形状，以喷射液滴；和

在第三部分之后的第四部分，用于将机电换能元件的形状改变回所述第一形状，

其中

第一部分将机电换能元件从等同于第一电平的第一电势放电到等同于第二电平的第二电势；

第二部分将机电换能元件充电到第一电势，以喷射液滴；

第三部分将机电换能元件充电到等同于第三电平的第三电势，以喷射液滴；和

第四部分将机电换能元件再充电到所述第一电势。

2.按照权利要求1所述的液滴喷射头控制装置，其中

多个机电换能元件被同时再充电。

3.一种图像记录设备，包括：

液滴喷射头，它包括多个液滴喷射室和与液滴喷射室相对应的多个机电换能元件，每个所述液滴喷射室被填充了液体、并与喷嘴相通；和

液滴喷射头控制装置，它向机电换能元件施加驱动信号，以改变机电换能元件的形状，以便改变对应的液滴喷射室的体积，用于通过对应的喷嘴喷射液滴来记录图像，

所述液滴喷射头控制装置包括：

液滴喷射头驱动单元，它产生包括多个驱动脉冲的多个周期的驱动信号，并且选择和向机电换能元件之一施加驱动脉冲之一，以改变所述机电换能元件的形状来喷射液滴，每个驱动脉冲具有：第一部分，它从第一电平改变到第二电平，用于将所述机电换能元件从第一形状改变到第二形状；和第二部分，它从第二电平改变到第一电平，用于将所述机电换能元件从第二形状改变回第一形状，以喷射液滴，

其中，在每个周期中的至少一个驱动脉冲中，第二部分包括：

第三部分，它从第二电平改变到第三电平，用于改变机电换能元件的形状来喷射液滴；和

在第三部分之后的第四部分，它从第三电平改变到第一电平，用于将机电换能元件的形状改变回所述第一形状，

其中

第一部分将机电换能元件从等同于第一电平的第一电势放电到等同于第二电平的第二电势；

第二部分将机电换能元件充电到第一电势以喷射液滴；

第三部分将机电换能元件充电到等同于第三电平的第三电势以喷射液滴；和

第四部分将机电换能元件再充电到所述第一电势。

4.按照权利要求3所述的图像记录设备，其中

多个机电换能元件被同时再充电。

5.按照权利要求3所述的图像记录设备，其中，液滴喷射头驱动单元选择在每个周期中的所述至少一个驱动脉冲的第四部分，以同时再充电多个机电换能元件。

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