CN102649358B - 液体喷射头的驱动设备、液体喷射设备以及喷墨记录设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于液体喷射头的驱动设备、液体喷射设备以及喷墨记录设备，所述用于液体喷射头的驱动设备包括驱动信号产生装置，用于产生驱动信号来操作被设置为与所述液体喷射头的喷嘴相对应的喷射能量产生元件，所述驱动信号提供给所述喷射能量产生元件以使得从所述喷嘴喷射液滴，其中：所述驱动信号包括多个喷射脉冲，用于在一个记录周期期间执行多次喷射操作，在所述多个喷射脉冲的除了最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，后续脉冲的电压幅度小于前面脉冲的电压幅度，以及在所述多个喷射脉冲中，所述最后一个脉冲具有最大的电压幅度。

Description

液体喷射头的驱动设备、液体喷射设备以及喷墨记录设备
技术领域
本发明涉及提供用于从液体喷射头(典型地为喷墨头)的喷嘴喷射液滴的驱动信号的驱动设备，以及使用这种驱动设备的液体喷射设备和喷墨记录设备。
背景技术
喷墨印刷机中用于喷墨的驱动波形被要求为在记录介质上的规定位置处沉积期望的墨滴量。因此，必须考虑滴速度、随伴物(satellite)和喷雾产生状况等来适当调节电压值。而且，对于向与各喷嘴(喷墨口)对应的压力腔施加喷射压力的喷射能量产生装置(例如，压电元件)，从装置寿命的角度来看，期望所施加的电压幅度较小。
日本专利申请公开No.2001-146011公开了一种技术，其通过选择喷墨脉冲从而使在一个印刷周期内以连续方式喷射N个(其中N为不小于2的自然数)墨滴时滴速度逐渐变快来实现墨水的无随伴物飞行。此外，日本专利申请公开No.2001-146011被构成为通过从参考驱动信号波形(其在一个印刷周期中包括N个喷墨脉冲信号)的尾端开始顺次选择脉冲并且将该脉冲施加给致动器，来改变滴类型(通过沉积滴而形成的点的尺寸)。
日本专利申请公开No.2010-149335公开了一种滴喷射设备，其使用多个连续的驱动脉冲，根据施加到压电致动器的驱动脉冲数量来喷射滴，并且使多个滴在到达记录介质(着落在记录介质上)之前合并为一个滴。日本专利申请公开No.2010-149335提出了这样一种构成，其中从前导滴开始，以滴速度逐渐变快的方式，使脉冲间隔逐渐接近固有振动周期(谐振周期)Tc。
根据日本专利申请公开No.2001-146011和日本专利申请公开No.2010-149335所公开的发明，不存在关于喷射墨滴的飞行状态的问题(随伴物、喷雾等)，但是没有考虑驱动电压。特别地，从以较低电压和较少数量脉冲执行喷射有助于延长头的寿命的角度来看，现有技术仍然存在问题。
发明内容
本发明鉴于这些情况而构思，其目的是提供一种液体喷射头的驱动设备、使用该液体喷射头的液体喷射设备和喷墨记录设备，从而在实现喷射滴的良好飞行状态(喷射形状)的同时可以延长头的寿命。
为了实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种液体喷射头的驱动设备，该驱动设备包括驱动信号产生装置，用于产生驱动信号来操作被设置为与液体喷射头的喷嘴相对应的喷射能量产生元件，所述驱动信号提供给所述喷射能量产生元件以使得从所述喷嘴喷射液滴，其中：所述驱动信号包括多个喷射脉冲，用于在一个记录周期期间执行多次喷射操作，在所述多个喷射脉冲的除了最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，后续脉冲的电压幅度小于前面脉冲的电压幅度，而在所述多个喷射脉冲中，所述最后一个脉冲具有最大的电压幅度。
本发明的另一方面提供了一种液体喷射头的驱动设备，该驱动设备包括驱动信号产生装置，用于产生驱动信号来操作被设置为与液体喷射头的喷嘴相对应的喷射能量产生元件，所述驱动信号提供给所述喷射能量产生元件以使得液滴从所述喷嘴喷射，其中：所述驱动信号包括多个喷射脉冲，用于在一个记录周期期间执行多次喷射操作，以及以如下方式配置所述多个喷射脉冲中除最后一个脉冲之外的其余脉冲序列：如果其余脉冲序列中的各脉冲被单独提取并且就用于单发喷射时获得的各脉冲所产生的喷射速度而言进行比较，则其余脉冲序列中各后续脉冲所产生的喷射速度比前面脉冲所产生的喷射速度慢，而与其余脉冲序列中最后一个脉冲之前的喷射脉冲相比较，最后一个脉冲产生最快喷射速度的喷射。
本发明的另一方面提供了一种液体喷射设备，其包括：液体喷射头，其具有用于喷射液滴的喷嘴、连接到喷嘴的压力腔、和对压力腔提供的喷射能量产生元件；以及上述用于液体喷射头的驱动设备中的任意一个，其使液滴从液体喷射头的喷嘴喷射出。
本发明的另一方面提供了一种喷墨记录设备，其包括：喷墨头，其具有用于喷射液滴的喷嘴、连接到喷嘴的压力腔、和对压力腔提供的喷射能量产生元件；以及上述驱动设备中的任意一个，用于使液滴从喷墨头的喷嘴喷射出。
根据本说明书和附图的描述，本发明的其他方式将变得显而易见。
根据本发明，如果在一个记录周期期间执行多次喷射来利用多个滴记录一个像素(一个点)，则可以在不损害喷射形状的情况下减小实现期望滴量所需要的电压。从而，可以延长头的寿命。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的喷墨头的驱动波形的一个示例的波形图；
图2A示出了喷射之前喷嘴的状态(稳定状态)，以及图2B是示出喷射期间状态的示意图；
图3是关于比较示例1的驱动波形的波形图；
图4是关于比较示例2的驱动波形的波形图；
图5的(a)和(b)是示出由于施加了推挽(pull-push)波形而产生的对应于压力变化的弯液面(meniscus)的速率变化的曲线；
图6是示出关于测量谐振周期Tc的方法的第一示例的方波的脉冲宽度、滴速度和滴量之间的关系的曲线；
图7是示出关于测量谐振周期Tc的方法的第二示例的连续方波的脉冲间隔、滴速度和滴量之间的关系的曲线；
图8是示出在关于本发明的实施例的喷墨记录设备中使用的驱动波形的具体示例的波形图；
图9是示出使用图8中的驱动波形进行连续喷射所产生的滴喷射状态的时间进度的示意图；
图10A至图10C是示出以不同滴量喷射滴时所使用的驱动波形示例的波形图；
图11是示出用于喷射大滴的驱动波形的波形图；
图12是示出组合调节电压幅度和脉冲间隔的驱动波形示例的波形图；
图13是示出组合调节电压幅度和脉冲宽度的驱动波形示例的波形图；
图14是示出组合调节电压幅度和脉冲的坡度的驱动波形示例的波形图；
图15是示出通过调节脉冲间隔使喷射能量逐渐变弱的连续脉冲波形示例的波形图；
图16是示出通过调节脉冲宽度使喷射能量逐渐变弱的连续脉冲波形示例的波形图；
图17是示出通过调节脉冲坡度使喷射能量逐渐变弱的连续脉冲波形示例的波形图；
图18是示出采用根据本发明实施例的用于液体喷射头的驱动设备的喷墨记录设备的构成示例的方框图；
图19是关于本发明的实施例的喷墨记录设备的一般示意图；
图20A和图20B是示出喷墨头的构成示例的平面透视图；
图21A和图21B是示出头的另一构成示例的平面透视图；
图22是沿图20A和图20B中的线22-22的截面示图；以及
图23是示出喷墨记录设备的系统构成的原理方框图。
具体实施方式
下文中，参照附图来详细描述本发明的实施例。
图1是示出根据本发明的实施例的喷墨头的驱动波形的一个示例的波形图。该驱动波形10是在记录介质上记录一个像素点的一个记录周期期间以连续的方式提供多个喷射脉冲11至14的驱动波形。这里，术语“一个记录周期”在本领域中也可以被称为“一个印刷进行周期”或“一个印刷周期”。
图1示出了连续提供四个脉冲11、12、13、14的四连发类型的示例。脉冲11至14被称为推挽波形，通过施加一个脉冲执行一次喷射动作。驱动波形10中的前导脉冲(第一脉冲)11由第一信号元素11a、第二信号元素11b、和第三信号元素11c构成，其中第一信号元素11a驱动“拉(pull)”操作，用于在使连接到喷嘴的压力腔的容积扩张的方向上使压电元件(未示出)变形，第二信号元素11b在随后的动作中维持(保持)压力腔的扩张状态，而第三信号元素11c驱动“推(push)”操作，用于在使压力腔压缩的方向上使压电元件(未示出)变形。
第一信号元素11a是使电势从基准电势V0减小的下降波形部分。第二信号元素11b是保持第一信号元素11a已减小的电势V1的波形部分，而第三信号元素11c是使第二信号元素11b的电势(V1)上升到基准电势的上升波形部分。
接着前导脉冲11，第二脉冲12、第三脉冲13和第四脉冲(最后一个脉冲)14也类似地具有对应于“拉”、“保持”和“推”操作的信号元素。与关于前导脉冲11描述的参考标号11a、11b、11c相似，通过在表示脉冲12至14的参考标号的末端添加后缀“a”、“b”和“c”来表示“拉”、“保持”和“推”信号元素。
在本说明书中，为了描述方便起见，脉冲11至14的第二信号元素11b至14b与基准电势之间的电势差被称为“电压幅度”或“波高”。更具体地，基准电势V0与第二信号元素11b的电势V1之间的电势差(V0-V1)被称为第一脉冲11的“电压幅度”或“波高”。类似地，基准电势V0与第二脉冲12的第二信号元素12b的电势V2、第三脉冲13的第二信号元素13b的电势V3、以及第四(最后一个)脉冲14的第二信号元素14b的电势V4之间的电势差分别被称为脉冲12至14的“电压幅度”或“波高”。
在根据本实施例的驱动波形10中，后续脉冲12至13的电压幅度(波高)相对于前导脉冲11的电压幅度(波高)逐渐减小，而最后一个脉冲14的电压幅度比前导脉冲11的电压幅度高。更具体地，最后一个脉冲14的电压幅度相比于其他前面脉冲11至13的电压幅度为最大。
通过对压电元件施加这些脉冲11至14，液滴从喷嘴喷出，从而在一个记录周期中执行与一个记录周期中包含的喷射脉冲的数量相同数量的喷射操作。在图1的示例中，在一个记录周期中以四连发的连续方式喷射液滴，并且喷射的液滴(4滴)在着落在记录介质上时彼此合并。由于合并滴(联合滴)附着于记录介质，因此记录了一个点。
根据本发明一个方面的一种技术手段是在连续脉冲波形中使实现特定目标滴量(形成一个点的滴量)所需的驱动电压的幅度尽可能地小，同时还满足喷射滴的良好飞行形状。
根据本实施例，为了使电压幅度尽可能地小，强力推出第一滴(前导滴)，并且利用弯液面振动(残响(reverberation))来喷射后续滴，从而可以减小用于后续滴的喷射脉冲的电压幅度。此外，通过强力推出前导滴，喷射变得不易于受喷嘴面状态的影响，还可以改进沉积位置的精度。
这通过下面的理由来说明。
图2A示出了喷射之前喷嘴的状态(稳定状态)，以及图2B是示出喷射期间状态的示意图。参考标号20表示喷嘴孔，21表示喷嘴板，22表示喷嘴面(喷射面)，23表示喷嘴孔20的边缘，24表示墨水，以及25表示弯液面(气体/液体界面)。尽管附图中未示出，但是在喷嘴孔20上方设置有压力腔，并且对压力腔设置有压电元件作为喷射能量产生元件。通过对压电元件施加驱动电压，来改变压力腔的容积，并且该容积的改变会导致压力改变，从而导致液体被从喷嘴孔20推出。
在图2A中所示的喷射之前的稳定状态中，喷嘴孔20中的墨水24被头的背压维持在负压状态，并且弯液面25具有弯曲表面，其朝向压力腔侧凸出(从喷嘴面22侧观看时为凹面)。
如图2B中所示，当推出前导滴时，弯液面25首先被拉入很大程度，然后推出墨水，从而在推出的墨水的外围附近(在墨水丝28的外围附近)发生深度与弯液面的初始拉入量对应的弯液面中的陷落(dip)26。由于初始“拉”操作而产生的弯液面的拉入量越大，墨水被推出时的陷落26越大(越深)，从而在远离喷嘴孔20的边缘23的位置处形成墨水丝28。因此，从喷嘴孔20喷出的墨水不易受喷嘴孔20的外围附近的喷嘴面22的影响。
已知的是，在喷嘴孔20的边缘23附近的喷嘴面由于喷嘴面22的污染或其上疏液膜的劣化而处于不良状态的情况下，例如，如果从喷嘴孔20推出的墨水与劣化的喷嘴面接触，则发生喷射方向异常(飞行偏斜)等，并且沉积位置精度下降。在这方面，根据本实施例，墨水线28不易于与喷嘴面22接触，并且不易于受喷嘴面状态的影响，从而不易发生诸如飞行偏斜之类的喷射异常，并且即使在喷嘴面的状态已在某种程度上劣化的情况下，也可以维持沉积位置的精度。
此外，在图1中所示的驱动波形10中，最后一个脉冲14的电压幅度大于其他前面脉冲(11至13)的电压幅度，从而使得最后一个滴能够赶上正在飞行的前面滴，并与这些滴合并在一起，然后着落在记录介质上。
比较示例1
图3示出了强力推出第一发的滴(初始滴)之后第二、第三和第四发的后续滴的推出力逐渐减小的情况示例。相对于图1的不同在于，最后一个脉冲(第四发脉冲)的电压幅度小于第三发脉冲的电压幅度。在图3中所示的波形中，很难使连续发中的滴在飞行期间完全合并，从而发生主滴不结合在一起的问题。
另一方面，在图1的波形中，参考标号14所表示的最后一个脉冲的电压幅度大于前面脉冲(11至13)的电压幅度。因此，可以再次更强力地喷射最后一个滴，从而使该最后一个滴与前面滴溶合，从而产生良好的飞行形状。
比较示例2
图4是另一个比较示例的波形图。如图4中所示，如果采用后续脉冲的波高相比于前面脉冲逐渐变大的构成，则尽管可以使滴与前面滴溶合，但是不能使滴量足够大。换句话说，如果通过对构成图4的脉冲进行重新排序来实现图1中的构成，则在图1的情况下实现较大的点(滴量)。
这意味着，在实现特定目标滴量的过程中，相比于图4中的驱动波形，图1中的驱动波形整体来说可以被设置为低电压。
喷射脉冲的脉冲宽度和脉冲间隔
图5的(a)和(b)是示出喷墨头中施加了典型的推挽波形所产生的喷嘴内(压力腔内)压力变化(弯液面的速率的变化)的曲线。图5的(a)是表示压力变化的波形，以及图5的(b)是表示所施加的驱动电压的波形。
在基于压力喷射(piezojet)方法的喷墨头的情况下，一个喷嘴的喷射机构采用这样的系统：其中连接到喷嘴孔(喷射口)的压力腔设置有压电元件，通过驱动该压电元件来对压力腔中的液体施加压力变化，以及从喷嘴孔喷射液滴。由于压力振动直接用于喷射，因此期望的是，当从喷嘴孔强力排出滴时，采用具有与压力振动的正弦波对应的形式的脉冲波形。
在图5的(b)中所示的驱动波形中，当电压从基准电势开始下降时，压力腔鼓起，从而压力下降，喷嘴内的弯液面被在压力腔的方向(与喷射方向相反的方向)上牵拉。通过施加该“拉”的波形元素而开始了弯液面的拉入操作之后，如果牵拉电压保持一定，则弯液面以振动系统的固有振动周期(自然振动周期)振动。如果在弯液面的速率由于弯液面的振动而再次达到零(0)时压力腔正好被压缩，则可以在达到最大加速度的同时喷射滴。可以利用驱动波形所产生的推挽循环来调节弯液面的运动从而进行有效喷射。
如图5的(a)所示，由于弯液面的一个振动周期是一个谐振周期Tc，因此通过在该周期的大约一半(Tc/2)处分割脉冲宽度可以实现最佳效率。此外，第二发脉冲期望被设置为一个脉冲间隔，从而推挽波形元素叠加在由施加第一发脉冲所产生的弯液面振动引起的拉入动作和加速动作之上。
换句话说，期望脉冲间隔(从前一脉冲的下降沿开始直到下一脉冲的下降沿为止的间隔)与头谐振周期(Helmholtz固有振动周期)Tc一致，并且还期望脉冲宽度(从一个脉冲的下降沿开始直到该脉冲的上升沿为止的时间间隔)为头谐振周期(Helmholtz固有振动周期)Tc的(2n-1)/2(其中n为正整数)。
在图1中所示的驱动波形10中，使脉冲间隔与谐振周期Tc基本一致，并且使脉冲宽度与Tc/2基本一致。
识别谐振周期Tc
这里，将描述识别谐振周期Tc的方法。头谐振周期(Helmholtz固有周期)Tc是由墨水流道系统、墨水(声学元件)、以及压电元件的尺寸、材料和物理值等所确定的整个振动系统的固有频率。可以根据头设计值(包括所使用墨水的物理值)进行计算来确定谐振周期Tc。此外，识别方法不限于从头设计值进行推导的方法，还存在通过实验测量Tc的方法。
测量方法1：
使用单纯的方波作为驱动波形来进行实验，以研究滴喷射状况。图6示出了通过逐渐改变方波的脉冲宽度来研究滴速度和滴量的情况。方波的电压幅度ΔV被设置为20V。
响应于脉冲宽度的改变，滴速度和滴量二者均以波动形状改变，并且在加速度变为减小时具有各自的峰值。在图6中，滴速度的峰值位置为2μs的脉冲宽度的位置处，而滴量的峰值位置为2.3μs的脉冲宽度的位置处，并且各峰值位置稍微交错。
在该测量方法1中，Tc被计算为约为峰值位置的两倍。根据滴速度的结果计算，Tc＝4μs，而根据滴量的结果计算，则Tc＝4.6μs。
测量方法2：
使用包含在连续方波中的连续方波波形来进行实验，以研究滴喷射状况。图7示出了通过逐渐改变连续方波波形的脉冲间隔来研究滴速度和滴量的情况。连续方波的电压幅度ΔV被设置为19V。
当脉冲间隔改变时，可以从基于后续脉冲的滴速度变得更快的程度或者从滴量的改变程度来理解Tc。如图7中所示，从滴速度的角度和从滴量的角度来看，峰值大致出现在相同的位置。根据图7，峰值位置约为“4.5μs”。因此，根据测量方法2，Tc＝4.5μs。
如关于图6和图7所描述的，Tc测量结果在取决于测量方法的范围内变化。在识别谐振周期Tc的过程中，在取决于所采用的测量方法(例如根据头设计值的推导(计算)、通过测量方法1或2的测量等)的范围内的变化，应该被解释为容许变化。
驱动波形和喷射操作行为的具体示例
图8示出了关于本发明的实施例的喷墨记录设备中使用的驱动波形的具体示例。图8中的驱动波形30被构成为在一个记录周期中包括5个喷射脉冲(31至35)。在从强力推出初始滴的前导第一脉冲31到其后的第二脉冲32、第三脉冲33和第四脉冲34的脉冲序列中，从前导脉冲31开始电压幅度逐渐变小。最后的第五脉冲(最后一个脉冲)35的电压幅度大于第一脉冲31的电压幅度，并且以最后一个滴能够赶上前面脉冲(第一至第四脉冲)所产生的喷射滴(前面滴)的速度喷射最后一个滴。此外，在根据本实施例的驱动波形30中，在第五脉冲35之后施加用于稳定弯液面的振动(残响)的残响抑制(稳定)脉冲36。
图9是示出通过施加图8中的驱动波形所产生的滴喷射状态的时间进展示意图的示图。在图9中的时刻“1”处，通过施加第一脉冲31所产生的第一发液体被推出。在图9中的时刻“2”处，通过施加第二脉冲32所产生的第二发液体被推出。之后，分别在时刻“3”、“4”和“5”处推出第三发液体、第四发液体和第五发液体。
在第一脉冲31之后施加的后续脉冲(32至35)通过利用施加各前面脉冲所引起的弯液面振动(残响)来对液体进行加速。因此，在后续脉冲的电压相对于前面脉冲的电压稍微减小的程度上，后续滴赶上前面滴。图9中的第二发和第三发滴在第一滴(前导滴)丝中前进，并且赶上前导滴并与其合并。
此外，如在第四发滴的情况下，如果第四脉冲34的波高值相对于第三脉冲33的波高值减小的非常大(参见图8)，则尽管所得到的滴不能赶上前面滴，但其也可以与通过最后一个脉冲(第五脉冲)35喷射的最后一个滴溶合。
如根据喷射操作的现象确定的驱动波形的特性
在如图8所示的连续脉冲的情况下，利用前面脉冲所引起的残响(弯液面振动)来执行加速，从而未必能简单地依据各脉冲波高之间的关系来识别各脉冲所产生的喷射液体的滴速度。
但是，假设单独使用第一至第五脉冲，(如果通过施加单推挽脉冲来执行单发喷射)，则滴速度、喷射力和喷射能量根据脉冲的波高值而变强或变弱。
因此，构成如图8所示的驱动波形30的喷射脉冲31至35中的除了最后一个脉冲35之外的其余脉冲序列中的各脉冲(即，第一脉冲31至第四脉冲34)以以下方式配置：如果单独使用各脉冲，则喷射速度逐渐变慢，或者喷射能量逐渐变小，或者喷射力逐渐变弱。
此外，第五脉冲(最后一个脉冲)35以以下方式配置：如果单独使用每个脉冲，则相比于其他前面脉冲(31至34)，第五脉冲35的喷射速度变得最快，或者喷射能量变得最大，或者喷射力变得最强。
通过改变滴类型来喷射滴的情况示例
图10A至图10C是用于通过改变一个像素中的滴量来喷射滴的驱动波形的示例。这里，描述了这样的一个示例，其中通过从构成一个记录周期的驱动波形的多个喷射脉冲中的尾端开始选择和应用一部分脉冲来选择性地喷射小滴、中滴、和大滴三种滴尺寸。
图10A、图10B和图10C是分别对应于小滴、中滴、和大滴的波形图。关于图8描述的连续脉冲波形的构成用于被设想为具有最高使用频率的中滴的波形(图10B)。换句话说，通过调节各脉冲的电压幅度，调节中滴来以低电压实现喷射效率。此外，在最后一个脉冲中，通过确保足够与前面滴溶合的电压来使压力腔的压缩强于压力腔的鼓起。期望的模式是，通过结合残响抑制部分来提升最后一个脉冲的喷射效率。
在小滴波形(图10A)中，从中滴波形(图10B)或大滴波形(图10C)中仅选择最后一个脉冲和残响抑制脉冲。
图11是图10C的详细示图。在图11所示的大滴波形中，在中滴波形前面(之前)添加了两个脉冲(41、42)。以以下方式调节所添加的第一脉冲41和所添加的第二脉冲42的电压值：使得所添加的第一和第二脉冲41、42的波高低于参考标号31所指示的中滴的第一脉冲(第三脉冲)，并且各脉冲的波高以所添加的第一脉冲41、所添加的第二脉冲42和第三脉冲31(即，所添加的第一脉冲41→所添加的第二脉冲42→第三脉冲31)的顺序依次逐渐变高。
在中滴的情况下，除了最后一个脉冲(参考标号35)，前导脉冲(参考标号31)之后的后续脉冲的电压幅度逐渐变小，而在大滴的情况下，采用在从前导脉冲(由参考标号41指示的所添加的第一脉冲)到第三脉冲的部分中电压幅度逐渐增大并且滴速度提高的构成。
其理由如下。假设，在大滴的情况下，所添加的第一脉冲41和所添加的第二脉冲42的电压幅度均被设置为比第三脉冲(参考标号31)大的值，并且通过电压调节来减小从所添加的第一脉冲41到第三脉冲(参考标号31)范围内的各脉冲的波高值，于是第一发和第二发比第三发更强力的进行喷射。该情况下，出现如下问题：[1]前面滴的喷射速度变得太快；[2]滴量变得太大；以及[3]不能使用最后一个脉冲来进行溶合(滴合并)等。从避免这些问题的角度来看，采用诸如图11中所示的波形。
在本实施例中，考虑到使用频率而重点关注中滴的波形，并且通过以以下方式应用本发明的实施例来设计该波形：按照设计规范来实现期望滴量(例如，5皮升)和喷射速度。
对于大滴，为了实现目标滴量(例如，10皮升)，将中滴的波形作为参考，并且在中滴波形之前添加如图11中所示的附加脉冲(参考标号41和42)。如果以此方式基于中滴波形(主波形)来确定大滴波形，则相对容易使中滴和大滴的喷射速度一致。
在所示的大滴波形中，每个喷射脉冲(41、42、31至35)的脉冲周期TA一致，并且每个喷射脉冲(41、42、31至35)的脉冲宽度TB一致。
此外，图10A中所示的小滴波形包含在中滴波形(图10B)中，并且仅选择中滴波形中的最后一个脉冲和残响抑制脉冲。根据该构成，可以使小滴、中滴和大滴的滴速度(直到滴着落在记录介质上所用的时间)一致。
如关于图10A至图10C和关于图11所描述的，中滴波形包含小滴波形，大滴波形包含中滴和小滴波形。换句话说，可以通过从大滴波形的尾端开始连续选择性地对压电元件施加一部分脉冲来改变滴量(滴类型)。为了使所有滴类型的滴速度(喷射速度)一致并且针对每种滴类型实现目标滴量，根据本发明的一个实施例的应用来创建在使用频率等方面为主类型(即，最普通)的滴类型(在本示例中为中滴)的波形，并且对于滴量超过主滴类型的滴类型，在该主波形前面添加单个脉冲。如图11中所示，所添加的脉冲的波高逐渐变大。
多于三种滴类型的扩展
这里，已经描述了选择性地使用三种滴类型的示例，但是在选择性地使用多于三种滴类型的情况下，也可以通过类似方法来确定波形。换句话说，选择不具有最大滴量以及不具有最小滴量的特定滴类型作为主滴类型，并且如图1至图8所示来确定对应于该主滴类型的波形(所谓的“主波形”)。
该情况下，主波形包含滴量小于主滴类型的滴类型的波形。当为滴量大于该主滴类型的滴类型创建波形时，在主波形之前添加另一脉冲，并且该所添加的脉冲被设置为波高小于主波形的前导脉冲。期望的是，这些添加的脉冲分别具有从第一发开始逐渐变大的波高。以此方式，确定所有滴类型的波形。与最大滴量的滴类型对应的波形包含所有滴类型的波形。
对于主波形中的喷射脉冲的数量以及添加在主波形之前的添加脉冲的数量没有特别限制。还可以通过在一个记录周期内在包含N个喷射脉冲(其中N为不小于3的整数)的主波形前面再添加M个喷射脉冲(其中M为不小于1的整数)来获得与超过主波形所产生滴量的滴量的喷射相对应的驱动波形。
可以通过从在一个记录周期内包含M+N个喷射脉冲的驱动波形的尾端开始选择K个喷射脉冲(其中K为不小于1且不大于M+N的整数)并且将其提供给喷射能量产生元件来喷射各种滴量。
如果在实际喷墨设备中使用这种驱动波形，则将包含所有滴类型波形的基本波形数据(其波形对应于最大滴量的滴类型的数据)加入诸如存储器之类的存储装置中，并且还保存脉冲划分信息，以关于每种滴类型来指示哪个编号的脉冲被用作前导脉冲来施加。还可以通过从由包含所有滴类型波形的多个脉冲所构成的基本波形(最大滴量的波形)的尾端开始选择脉冲来选择性地喷射滴类型。
例如，通过对用于向喷射能量产生元件施加驱动信号的信号传输线上所设置的开关元件进行控制来选择根据滴类型所施加的喷射脉冲。以此方式，通过使用与各喷射能量产生元件相对应地设置的开关元件来将波形对应于各滴类型的驱动电压施加到压电元件。
其他驱动波形示例
在图1以及图8至图11中，描述了通过调节各脉冲的电压幅度来实现目标滴量和滴速度的示例，但是还可以通过以组合方式调节脉冲间隔、脉冲宽度和脉冲坡度而不是仅仅调节电压幅度来实现目标滴量和滴速度。
图12至图14示出了图1中所示的驱动波形的变型示例。图12中所示的驱动波形是组合了结合图1所描述的每个脉冲的电压幅度的调节和脉冲间隔TA的调节的波形示例。在图12中，采用如下的构成：其中在除了最后一个脉冲14之外的其余脉冲序列(参考标号11至13)中，通过从谐振周期TC开始逐渐改变后续脉冲的脉冲间隔TA来使喷射能量变弱。
还可以改变脉冲间隔TA来使其相对于谐振周期TC变大，以及还可以改变脉冲间隔TA来使其相对于谐振周期TC变短(减小)。对于值改变的范围没有特别限制。
图13中所示的驱动波形是组合了结合图1所描述的每个脉冲(参考标号11至14)的电压幅度的调节和脉冲宽度TB的调节的波形示例。在图13中，采用这样的构成：其中在除了最后一个脉冲14之外的其余脉冲序列(参考标号11至13)中，通过从谐振周期TC的一半开始逐渐改变后续脉冲的脉冲宽度TB来使喷射能量变弱。还可以改变后续脉冲的脉冲宽度以使其相对于前导脉冲宽度增大，或者改变脉冲宽度以使其相对于前导脉冲宽度变短(减小)。对于值改变的范围没有特别限制。
图14中所示的驱动波形是组合了后续脉冲的坡度的调节和结合图1所描述的每个脉冲(参考标号11至14)的电压幅度的调节的波形示例。在图14中，采用这样的构成：其中在除了最后一个脉冲14之外的其余脉冲序列(参考标号11至13)中，通过逐渐减小后续脉冲的坡度来使喷射能量变弱。
根据图12至图14中描述的构成示例，可以相比于图1获得进一步的电压减小。此外，适当组合图12至图14中的模式的构成也是可行的。换句话说，通过适当组合电压幅度的调节以及脉冲间隔、脉冲宽度和坡度等的调节，可以更容易地设计实现目标滴量和滴速度的驱动波形。
相关驱动波形的公开
与图12至图14中所示的驱动波形相关地公开了图15至图17中的驱动波形。
图15至图17示出了不采用结合图1所描述的调节各脉冲(参考标号11至14)的电压幅度而通过调节脉冲间隔TA、调节脉冲宽度TB或调节脉冲坡度来使后续脉冲的喷射能量变弱的情况。
在图15中，采用了这样的构成：其中在除了最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，通过从谐振周期TC开始逐渐改变后续脉冲的脉冲间隔TA来使喷射能量变弱。在图16中，采用了这样的构成：其中在除了最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，通过从谐振周期TC的一半开始逐渐改变后续脉冲的脉冲宽度TB来使喷射能量变弱。
在图17中，采用了这样的构成：其中在除了最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，通过逐渐减小后续脉冲的坡度来使喷射能量变弱。
还可以通过采用如结合图15至图17所描述的波形或者这些波形的适当组合来实现目标滴量或滴速度。从通过减小电压来延长头的寿命的角度来看，图1以及图10A至图14中所示的模式都是有利的。
喷墨记录设备的构成示例
图18是示出采用了根据本发明实施例的用于液体喷射头的驱动设备的喷墨记录设备的构成示例的方框图。通过组合多个喷墨头模块(下文中称为“头模块”)52a、52b来构成印刷头(对应于“液体喷射头”)50。这里，为了简化描述，只描述了两个头模块52a、52b，但是对于构成一个印刷头50的头模块的数量没有特别限制。
尽管没有描述头模块52a、52b的详细构成，但是在每个头模块52a、52b的喷墨表面上高密度地二维布置了多个喷嘴(喷墨口)。此外，在头模块52a、52b中设置了对应于各喷嘴的喷射能量产生元件(在本示例中为压电元件)。
通过在形成图像形成介质的纸(未示出)的宽度方向上将多个头模块52a、52b结合在一起，构成了具有能够在纸的宽度方向上的整个记录范围(可以形成图像的整个区域)内以指定记录分辨率(例如，1200dpi)形成图像的喷嘴行的长线头(能够进行一次完成(single-pass)印刷的页宽头)。
连接到印刷头50的头控制单元60(对应于“液体喷射头的驱动设备”)用作控制装置来控制与多个头模块52a、52b的各喷嘴相对应的各压电元件的驱动，并且控制来自喷嘴的墨水喷射操作(有无喷射，滴喷射量)。
头控制单元60包括图像数据存储器62、图像数据传输控制电路64、喷射时刻控制单元65、波形数据存储器66、驱动电压控制电路68和D/A转换器79a和79b。在本实施例中，图像数据传输控制电路64包括“锁存信号传输电路”，数据锁存信号在适当的时刻从图像数据传输控制电路64输出到头模块52a、52b。
已经成为用于印刷的图像数据(点数据)的图像数据存储在图像数据存储器62中。表示用于操作压电元件的驱动信号的电压波形(驱动波形)的数字数据存储在波形数据存储器66中。例如，图11中所示的驱动波形的数据以及表示脉冲划分等的数据存储在波形数据存储器66中。输入到图像数据存储器62中的图像数据以及输入到波形数据存储器66中的波形数据由上级数据控制单元80(其对应于“上级控制设备”)进行管理。上级数据控制单元80可以由个人计算机或主机计算机等来构成。头控制单元60包括USB(通用串行总线)或其他通信接口作为数据通信装置来从上级数据控制单元80接收数据。
在图18中，为了简化描述，仅描述了一个印刷头50(用于一种颜色)，但是，在喷墨记录设备包括分别用于多种颜色墨水的多个印刷头的情况下，则(在头单元中)针对每种颜色的印刷头50单独设置头控制单元60。例如，在包括用于不同颜色(对应于青色(C)、品红色(M)、黄色(Y)和黑色(K)四种颜色)的印刷头的构成中，分别针对各颜色C、M、Y、K的印刷头设置头控制单元60，并且各颜色的头控制单元都由一个上级数据控制单元80进行管理。
当系统启动时，波形数据和图像数据从上级控制单元80传输到各颜色的头控制单元60。图像数据的数据传输可以在印刷执行期间与纸传送同步执行。印刷操作期间，各颜色的喷射时刻控制单元65从纸传送单元82接收喷射触发信号，并且向图像数据传输控制电路64和驱动电压控制电路68输出用于启动喷射操作的启动触发。图像数据传输控制电路64和驱动电压控制电路68接收该启动触发，并且通过从图像数据传输控制电路64和驱动电压控制电路68以分辨率单位向头模块52a、52b传输波形数据和图像数据来执行对应于该图像数据的选择性喷射操作(按需喷墨型(drop-on-demandtype)的喷射驱动控制)以实现页宽印刷。
通过根据从外部源输出的印刷时刻信号(喷射触发信号)从驱动电压控制电路68向D/A转换器79a、79b输出驱动电压波形数据，通过D/A转换器79a、79b将波形数据转换为模拟电压波形。通过放大器电路(功率放大电路，未示出)将来自D/A转换器79a、79b的输出波形(模拟电压波形)放大到适合于驱动压电元件的指定电流和电压，然后将其提供给头模块52a、52b。
图像数据传输控制电路64可以由CPU(中央处理单元)和FPGA(现场可编程门阵列)构成。图像数据传输控制电路64基于图像数据存储器62中存储的数据执行控制，以向头模块52a、52b传输用于头模块52a、52b的喷嘴控制数据(这里为与记录分辨率的点布置相对应的图像数据)。喷嘴控制数据为确定喷嘴的接通(喷射驱动)和断开(未驱动)的图像数据(点数据)。图像数据传输控制电路64通过将该喷嘴控制数据传输至各头模块52a、52b来控制每个喷嘴的开和关(接通和断开)。
用于将从图像数据传输控制电路64输出的喷嘴控制数据传输到每个头模块52a、52b的图像数据传输路径(参考标号92a、92b)被称为“图像数据总线”、“数据总线”或“图像总线”等，并且其由多条信号线(n条导线)(其中n≥2)构成。在本实施例中，这些路径中的每一条在下文中都被称为“数据总线”(参考标号92a、92b)。每条数据总线92a、92b的一端连接到图像数据传输控制电路64的输出端子(IC针)，每条数据总线的另一端经由与每个头模块52a、52b相对应的连接器94a、94b连接到头模块52a、52b。
数据总线92a、92b可以由安装有图像数据传输控制电路64和驱动电压控制电路68等的电路板90上的铜导线图案构成，或者其可以由束线或上述这些的组合构成。
分别针对头模块52a和52b设置与各头模块52a和52b相对应的数据锁存信号的信号线96a、96b。数据锁存信号在需要的时刻从图像数据传输控制电路64发送到头模块52a、52b，以使得经由数据总线92a、92b传输的数据信号被设置为头模块52a、52b的喷嘴数据。当已经经由图像数据总线92a、92b从图像数据传输控制电路64向头模块52a、52b传输了特定量的图像数据时，则将称为数据锁存的信号(锁存信号)发送到头模块52a、52b。在数据锁存信号的时刻确立每个模块中压电元件的变位的接通/断开相关的数据。于是，通过分别向头模块52a、52b施加驱动电压a、b来使处于接通设置的压电元件进行稍微变位，从而喷射墨滴。通过在纸上施加(沉积)以此方式喷射的墨滴，执行期望分辨率(例如，1200dpi)的印刷。已经被设置为断开的压电元件即使被施加了驱动电压也不产生变位从而不喷射液滴。
波形数据存储器66、驱动电压控制电路68、D/A转换器79a、79b、以及用于在操作与不操作之间切换对应于喷嘴的压电元件的开关元件(未示出)的组合对应于“驱动信号产生装置”。
图19是示出关于本发明的实施例的喷墨记录设备的构成示例的一般示意图。根据本实施例的喷墨记录设备100原理上由供纸单元112、处理液沉积单元(预涂敷单元)114、图像形成单元116、干燥单元118、定影单元120和纸输出单元122构成。喷墨记录设备100是一次完成喷墨记录设备，其通过从喷墨头172M、172K、172C和172Y向保持在图像形成单元116的压力鼓(图像形成鼓170)上的记录介质124(对应于“图像形成介质”，下文中为了方便起见也将其称为“纸”)上喷射多种颜色的墨滴来形成期望颜色的图像。喷墨记录设备100是采用二液反应(聚集)方法的按需喷墨型的图像形成设备，所述二液反应方法中，通过在喷射墨滴之前在记录介质124上沉积处理液(这里为聚集处理液)并且使该处理液与墨水反应来在记录介质124上形成图像。
供纸单元
单页记录介质124堆叠在供纸单元112中，并且一次从供纸单元112的供纸托盘150向处理液沉积单元114提供一张记录介质124。在本实施例中，使用单页纸(切纸)作为记录介质124，但是也可以采用从连续辊(卷纸)提供纸并且将其切分为需要尺寸的构造。
处理液沉积单元
处理液沉积单元114是向记录介质124的记录表面上沉积处理液的机构。处理液包括着色材料聚集剂，其对图像形成单元116所沉积的墨水中的着色材料(本实施例中为颜料)进行聚集，从而由于处理液和墨水彼此接触而促进了墨水分离为着色材料和溶剂。
处理液沉积单元114包括供纸鼓152、处理液鼓(也被称为“预涂敷鼓”)154和处理液施加设备156。处理液鼓154是保持记录介质124并且传送该介质以使其旋转的鼓。处理液鼓154包括设置在其外围表面上的钩形夹持装置(夹持器)155，并且被设计为使得可以通过将记录介质124夹持在夹持装置155的钩与处理液鼓154的外围表面之间来保持记录介质124前端。处理液鼓154可以包括设置在其外围表面上并且连接到抽吸装置的吸气孔，抽吸装置通过吸气孔执行抽吸。通过该方式，可以将记录介质124紧紧地保持在处理液鼓154的外围表面上。
处理液施加设备156包括存储处理液的处理液容器、部分浸没在处理液容器中的处理液中的传墨辊(计量辊)、以及通过将传墨辊和记录介质124压在处理液鼓154上以向记录介质124传递一定剂量处理液的橡皮辊。在本实施例中，描述了使用基于辊应用的方法的构成，但是所述方法不限于此，可以采用诸如喷溅法、喷墨法之类的各种其他方法。
已经由处理液沉积单元114在其上沉积了处理液的记录介质124经由中间传送单元126从处理液鼓154传递到图像形成单元116的图像形成鼓170。
图像形成单元
图像形成单元116包括图像形成鼓(也被称为“喷射鼓”)170、压纸辊174、以及喷墨头172M、172K、172C和172Y。图18中所示的印刷头50的构成以及头控制单元60的构成被用作各颜色的喷墨头172M、172K、172C、172Y及其控制设备。
类似于处理液鼓154，图像形成鼓170包括其外围表面上的钩形保持装置(夹持器)171。在图像形成鼓170的外围表面上以指定图案形成多个吸气孔(未示出)，并且通过从这些吸气孔吸气从而将记录介质124吸附在图像形成鼓170的外围表面上来对其进行保持。所述构造不限于通过负压吸气的方式吸附并且保持记录介质124，还可以采用例如通过静电吸引的方式吸附并保持记录介质124的构造。
喷墨头172M、172K、172C和172Y中的每一个都是全行型(full-linetype)喷墨记录头，其具有与记录介质124上的图像形成区域的最大宽度相对应的长度，并且在每个头的喷墨表面上形成在图像形成区域的整个宽度上布置的用于喷墨的喷嘴的喷嘴行(二维布置的喷嘴)。喷墨头172M、172K、172C和172Y中的每一个被布置为在垂直于记录介质124的传送方向(图像形成鼓170的旋转方向)的方向上延伸。
在各喷墨头172M、172K、172C和172Y中安装相应颜色墨水的盒子(墨盒)。各墨水的墨滴从喷墨头172M、172K、172C和172Y向保持在图像形成鼓170的外围表面上的记录介质124的记录表面喷射。
通过该方式，墨水与事先已经沉积在记录表面上的处理液接触，墨水中散布的着色材料(颜料)聚集以形成着色材料聚集体。作为墨水与处理液之间的反应的一个可能的示例，在本实施例中，通过使用在处理液中包含酸性物质以及随后pH的降低阻止了颜料的散布并且使颜料聚集的机制，避免了着色材料的渗色、不同颜色墨水之间的混合、以及由于墨滴在着落之前的合并而产生的喷射滴之间的干扰。以此方式，防止了记录介质124上的着色材料的流动等，并且在记录介质124的记录表面上形成了图像。
喷墨头172M、172K、172C和172Y的滴喷射时刻与确定旋转速度的对图像形成鼓170提供的编码器(图19中未示出，在图23中以参考标号294表示)同步。基于该编码器的确定信号来发出喷射触发信号(像素触发)。通过该方式，可以高精度地指定着落位置。而且，不管图像形成鼓170中的不精确、旋转轴的精度、以及图像形成鼓170的外围表面的速度如何，都可以事先确定由图像形成鼓170中的不精确等引起的速度变化，并且可以校正编码器所获得的滴喷射时刻，从而减小滴喷射的不均匀性。此外，期望通过使头单元从图像形成鼓170后退来执行诸如清洁喷墨头172M、172K、172C和172Y的喷嘴面、排放粘度变大了的墨水等的维护操作。
尽管在本实施例中描述了具有CMYK标准四色的配置，但是墨水颜色的组合和颜色的数量不限于此。根据需要，可以添加浅色墨水、深色墨水和/或特殊颜色的墨水。例如，添加了诸如浅青色和浅品红色之类的用于喷射浅色墨水的喷墨头的配置是可行的。而且，对于各颜色的头的排列顺序没有特别限制。
其上已经在图像形成单元116中形成了图像的记录介质124经由中间传送单元128从图像形成鼓170传递到干燥单元118的干燥鼓176。
干燥单元
干燥单元118是对已经通过聚集着色材料的动作分离的溶剂中所包含的水成分进行干燥的机构，并且包括干燥鼓176和溶剂干燥设备178。类似于处理液鼓154，干燥鼓176包括设置在该鼓的外围表面上的钩形保持装置(夹持器)177，以使得可以通过保持装置177来保持记录介质124的前端。
溶剂干燥设备178置于与干燥鼓176的外围表面相对的位置处，并且具有多个卤素加热器180和分别置于各卤素加热器180之间的热气喷射喷嘴182。可以通过适当调节从热气喷射喷嘴182吹向记录介质124的热气流的温度和气流量、以及各卤素加热器180的温度来实现各种干燥条件。已经在干燥单元118中执行了干燥处理的记录介质124经由中间传送单元130从干燥鼓176传递到定影单元120的定影鼓184。
定影单元
定影单元120包括定影鼓184、卤素加热器186、定影辊188和机内(in-line)传感器190。类似于处理液鼓154，定影鼓184包括设置在该鼓的外围表面上的钩形保持装置(夹持器)185，从而可以通过保持装置185来保持记录介质124的前端。
利用定影鼓184的旋转，记录介质124以其记录表面面向外侧的方式被传送，并且针对该记录表面执行通过卤素加热器186进行的预加热、通过定影辊188进行的定影处理以及通过机内传感器190进行的检查。
定影辊188是用于对干燥的墨水施加热和压力以熔化墨水中所包含的自扩散聚合物微粒从而使墨水形成膜的辊部件，其被构造为对记录介质124进行加热和加压。通过该方式，记录介质124夹在定影辊188与定影鼓184之间，并且被用指定的夹压(例如，0.15Mpa)夹住，从而执行定影处理。
此外，定影辊188由通过具有良好热导性的铝金属管件等形成的内部包含卤素灯的加热辊构成，并且其被控制到指定温度(例如，60℃至80℃)。通过使用该加热辊来对记录介质124进行加热，施加等于或大于墨水中所包含的胶乳的Tg温度(玻璃化转变温度)的热能，从而使胶乳颗粒熔化。通过该方式，通过将胶乳颗粒压入记录介质124的不平整部分中以及通过使图像表面中的不平整部分变得平整从而获得光滑的表层来执行定影。
机内传感器190是用于确定记录介质124上记录的图像(包括测试图案)中的喷射失败检验图案、密度、和缺陷的读取装置，可以使用CCD线传感器等作为机内传感器190。
根据上述构造的定影单元120，通过定影辊188对干燥单元118所形成的薄图像层中的胶乳颗粒进行加热、加压和熔化，从而可以将该图像层定影到记录介质124上。
代替包括高沸点溶剂和聚合物微粒(热塑性树脂颗粒)的墨水，还可以使用包括可通过暴露在紫外(UV)光中而被聚合并固化的单体的墨水。该情况下，代替基于加热辊的加热和加压定影单元(定影辊188)，喷墨记录设备100可以包括UV曝光单元，用于将记录介质124上的墨水暴露至UV光中。以此方式，如果使用包含活性光固化树脂(诸如紫外光固化树脂)的墨水，则代替用于加热定影的定影辊188而设置诸如UV灯或紫外LD(激光二极管)阵列之类的照射活性光的装置。
纸输出单元
纸输出单元122设置在定影单元120之后。纸输出单元122包括输出托盘192，并且在输出托盘192与定影单元120的定影鼓184之间彼此相对地设置有传输鼓194、传送带196和张紧辊198。记录介质124通过传输鼓194发送到传送带196上并且输出到输出托盘192。虽然没有示出由传送带196建立的纸传送机构的细节，但是印刷后的记录介质124的前端部分被夹持器保持在跨越无接头环形传送带196的横条(未示出)上，并且由于传送带196的旋转而将记录介质传送到输出托盘192上方。
此外，尽管图19中没有示出，但是除了上述构造之外，根据本实施例的喷墨记录设备100还包括向喷墨头172M、172K、172C和172Y提供墨水的墨水存储和装载单元、以及向处理液沉积单元114提供处理液的装置，并且还包括对喷墨头172M、172K、172C和172Y进行清洁(喷嘴面擦拭、吹洗、喷嘴抽吸等)的头维护单元、确定记录介质124在纸传送路径中的位置的位置确定传感器、和确定设备的各单元的温度的温度传感器等。
喷墨头的构造示例
接下来，将描述喷墨头的结构。对应于各颜色的喷墨头172M、172K、172C和172Y具有共同的结构，从而下文中通过参考标号250所表示的头来代表这些头。
图20A是示出头250的结构示例的平面透视图，以及图20B是示出头250的结构示例的局部放大视图。图21A和图21B是示出构成头250的多个头模块的布置示例的示图。此外，图22是示出形成记录元件单元(喷射元件单元)的一个通道(对应于一个喷嘴251的墨水腔单元)的滴喷射元件的构造的截面示图(沿图20A和图20B中的线22-22所取得的截面示图)。
如图20A和图20B所示，根据该示例的头250具有这样的结构：其中多个墨水腔单元(滴喷射元件)253被二维地布置为矩阵结构，每个墨水腔单元包括形成喷墨口的喷嘴251以及对应于喷嘴251的压力腔252等，从而以通过将喷嘴投影(正交反射)为所述头的长度方向(垂直于纸传送方向的方向)上的直线排列(alignment)所获得的有效喷嘴间距(投影喷嘴间距)来实现高密度。
为了在实质上垂直于记录介质124的传送方向(箭头S的方向，对应于“第一方向”)的方向(箭头M的方向，对应于“第二方向”)上构成等于或大于与记录介质124的图像形成区域的全宽度Wm相对应的长度的喷嘴行，例如通过以交错结构布置短头模块250’来构成长线型头，每个短头模块250’具有二维布置的多个喷嘴251，如图21A中所示。可替换地，如图21B中所示，还可以采用将头模块250”结合在一起形成一行的模式。图21A和图21B中所示的头模块250’或250”对应于图18中所示的头模块52a、52b。
用于一次完成型印刷的全行印刷头不限于将记录介质124的整个表面看作图像形成范围的情况，在将记录介质124的一部分表面看作图像形成区域的情况下，例如，在纸周围设置了非图像形成区域(空白边缘部分)的情况下等，则应该形成在指定图像形成范围中形成图像所需的喷嘴行。
对应于各喷嘴251而设置的压力腔252具有基本正方形的平面形状(参见图20A和图20B)，并具有设置在压力腔对角线的一个角中的到喷嘴251的排出口、以及设置在另一个角中的墨水进口(进给口)254。压力腔252的形状不限于本示例的形状，平面形状为四边形(菱形、矩形等)、五边形、六边形、或其他多边形形状、或圆形、椭圆形等的各种模式都是可行的。
如图22中所示，头250(头模块250’、250”)具有这样的结构：层叠并粘合其中形成喷嘴251的喷嘴板251A、其中形成诸如压力腔252和公共流道255之类的流道的流道板252P等。喷嘴板251A构成头250的喷嘴面(喷墨表面)250A，并且其中分别连接到各压力腔252的多个喷嘴251形成二维结构。
流道板252P是流道形成部件，其构成压力腔252的侧壁部分，并且其中形成进给口254来作为各供给通道的限制部分(最狭窄的部分)，用于将墨水从公共流道255引导到每个压力腔252。为了描述的方便，图22中给出了简化视图，但是流道板252P具有通过将一个或多个基板层叠在一起而形成的结构。
可以使用硅作为材料通过半导体制造工艺将喷嘴板251A和流道板252P加工为所需的形状。
公共流道255连接到作为提供墨水的基槽的墨水槽(未示出)，并且从墨水槽供给的墨水通过公共流道255提供给每个压力腔252。
每一个都包括单个电极257的压力致动器(压电元件)258都接合至构成压力腔252的一部分表面(图22中的顶表面)的膜片256。根据本实施例的膜片256由具有镍(Ni)导电层的硅(Si)制成，镍导电层用作与压力致动器258的下部电极相对应的公共电极259，并且用作与各压力腔252相对应布置的压力致动器258的公共电极。由诸如树脂之类的非导电材料制成膜片的模式也是可行的，该情况下，在膜片材料的表面上形成由诸如金属之类的导电材料制成的公共电极层。此外，还用作公共电极的膜片可以由诸如不锈钢(SUS)之类的金属(导电材料)制成。
当向单个电极257施加驱动电压时，相应的压力致动器258变形，从而改变压力腔252的容积。这引起压力的改变，从而导致墨水从喷嘴251喷射。当压力致动器258在喷射墨水之后返回其原始状态时，压力腔252经由供给口254从公共流道255补充新的墨水。
通过在遵循主扫描方向的行方向上以及在相对于主扫描方向具有指定的非垂直角度θ的倾斜列方向上根据指定布置图案以点阵结构布置多个具有该种结构的墨水腔单元253，来实现本实施例的高密度喷嘴头，如图20B中所示。如果在副扫描方向上相邻喷嘴之间的间距被取为Ls，则该矩阵布置可以被看作等效于这样的结构：其中喷嘴251在主扫描方向上以P＝Ls/tanθ的均匀间距间隔开而有效布置为一条直线。
此外，在实施本发明的实施例时，头250中喷嘴251的布置模式不限于附图中所示的示例，可以采用各种喷嘴布置。例如，代替图20A和图20B中所示的矩阵布置，可以使用弯曲的线形喷嘴布置，例如V形喷嘴布置、或重复V形喷嘴布置的Z字形(W形等)。
喷墨头中用于产生从喷嘴喷射滴所需的喷射压力(喷射能量)的装置不限于压力致动器(压电元件)，可以采用各种类型的压力产生元件(喷射能量产生元件)，例如静电致动器、热量法(通过使用基于加热器加热引起的膜沸腾(filmboiling)所产生的压力来喷射墨水的方法)中的加热器、或者基于其他方法的各种类型的致动器。根据头的喷射方法在流道结构中设置相应的能量产生元件。
控制系统的描述
图23是示出喷墨记录设备100的主要系统配置的方框图。喷墨记录设备100包括通信接口270、系统控制器272、印刷控制器274、图像缓冲存储器276、头驱动器278、电机驱动器280、加热器驱动器282、处理液沉积控制单元284、干燥控制单元286、定影控制单元288、存储器290、ROM292、编码器294等。
通信接口270是用于接收从主机计算机350发送的图像数据的接口单元。诸如USB(通用串行总线)和IEEE1394之类的串行接口、因特网(注册商标)、以及无线网络、或诸如Centronics接口之类的并行接口可以被用作通信接口270。缓冲存储器(未示出)可以安装在该部分中以提高通信速度。喷墨记录设备100通过通信接口270接收从主机计算机350发送的图像数据，并且将其暂存在存储器290中。
存储器290是用于对通过通信接口270输入的图像进行暂存的存储装置，并且数据通过系统控制器272写入存储器290以及从存储器290中读出。存储器290不限于由半导体元件构成的存储器，可以使用硬盘驱动器或其他磁性介质。
系统控制器272由中央处理单元(CPU)及其外围电路等构成，并且其用作用于根据指定程序控制整个喷墨记录设备100的控制装置、以及执行各种计算的计算装置。更具体地，系统控制器272控制诸如通信接口270、印刷控制器274、电机驱动器280、加热器驱动器282、处理液沉积控制单元284之类的各部分，以及控制与主机计算机350的通信和从/向存储器290的读取/写入，其还产生用于控制传送系统的电机296和加热器298的控制信号。
系统控制器272的CPU所执行的程序、控制过程所需的各种数据等都存储在ROM292中。ROM292可以是不可写存储装置，或者其可以是诸如EEPROM之类的可重写存储装置。存储器290被用作图像数据的暂存区，还被用作程序的扩展(开发)区以及CPU的计算操作区。
电机驱动器280是根据来自系统控制器272的指令来驱动电机296的驱动器。在图23中，由参考标号296表示布置在设备的各单元中的各种电机。例如，图23中所示的电机296包括驱动图19所示的供纸鼓152、处理液鼓154、图像形成鼓170、干燥鼓176、定影鼓184、传输鼓194等的旋转的电机、以及用于以负压从图像形成鼓170的吸气孔吸气的泵的驱动电机、用于将喷墨头172M、172K、172C和172Y的头单元从图像形成鼓170移开到维护区的后退机构的电机等。
加热器驱动器282是根据来自系统控制器272的指令来驱动加热器298的驱动器。在图23中，通过参考标号298来表示设备的各单元中布置的各种加热器。例如，图23中所示的加热器298包括用于在供纸单元112中将记录介质124预加热到适当温度的预加热器(未示出)。
印刷控制器274具有信号处理功能，用于根据来自系统控制器272的命令来执行用于根据存储在存储器290中的图像数据产生印刷控制信号的各种任务、补偿、以及各种其他处理，从而将所产生的印刷数据(点数据)提供给头驱动器278。
通常，通过使多色调图像数据经历颜色变换处理和半色调处理来产生点数据。颜色变换处理是用于将sRGB系统所表示的图像数据(例如，8位RGB颜色图像数据)转换为喷墨记录设备100所使用的各墨水颜色的图像数据(在本实施例中为KCMY颜色数据)的处理。
半色调处理是用于通过误差扩散或阈值矩阵方法等将颜色转换处理所产生的各颜色的颜色数据转换为各颜色的点数据(在本实施例中为KCMY点数据)的处理。
在印刷控制器274中执行所需的信号处理，并且根据所获得的点数据，通过头驱动器278来控制墨滴从各印刷头250的喷射量和喷射时刻。通过该方式，可以实现期望的点尺寸和点位置。这里，点数据对应于“喷嘴控制数据”。
图像缓冲存储器(未示出)设置在印刷控制器274中，并且当在印刷控制器274中处理图像数据时，图像数据、参数、以及其他数据都暂存在该图像缓冲存储器中。集成印刷控制器274和系统控制器272以形成单个处理器的模式也是可行的。
为了给出从图像输入到印刷输出的处理序列的一般描述，将要印刷的图像数据(原始图像数据)通过通信接口270从外部源输入，并且被累积在存储器290中。在该阶段，例如RGB图像数据存储在存储器290中。在该喷墨记录设备100中，通过改变墨水(着色材料)所产生的沉积密度和细点的点尺寸来形成对人眼来说看起来具有连续色调等级的图像，因此，必须将输入的数字图像转换为尽可能真实地再现图像色调等级(即，图像的明暗色调)的点图案。因此，存储在存储器290中的原始图像数据(RGB数据)通过系统控制器272发送到印刷控制器274，并且通过使用阈值矩阵法、误差扩散法等的半色调处理来转换为每种墨水颜色的点数据。换句话说，印刷控制器274执行将输入的RGB图像数据转换为K、C、M和Y四种颜色的点数据的处理。从而，由印刷控制器274产生的点数据被存储在图像缓冲存储器(未示出)中。
头驱动器278基于从印刷控制器274提供的印刷数据(换句话说，存储在图像缓冲存储器276中的点数据)来输出用于驱动与头250的各喷嘴相对应的致动器的驱动信号。头驱动器278还可以包括反馈控制系统，用于维持头的一致驱动条件。
通过以此方式将从头驱动器278输出的驱动信号施加到头250，从相应喷嘴喷射墨水。在以指定速度传送记录介质124的同时，通过控制来自头250的喷墨来在记录介质124上形成图像。本实施例中所示的喷墨记录设备100采用这样的驱动方法：其中以一个模块为单位将公共驱动功率波形信号施加到头250(头模块)的压力致动器258，并且根据各压力致动器258的喷射时刻，通过打开或关闭与压力致动器258的各电极连接的开关元件(未示出)来从对应于各压力致动器258的喷嘴251喷射墨水。
头驱动器278和印刷控制单元274(内置于图像缓冲存储器中)的部分对应于图18中所示的头控制单元60。此外，图23中的系统控制器272对应于图18中所示的上级数据控制单元80。
处理液沉积控制单元284根据来自系统控制器272的指令来控制处理液施加设备156(参见图19)的操作。干燥控制单元286根据来自系统控制器272的指令来控制溶剂干燥设备178(参见图19)的操作。
定影控制单元288根据来自系统控制器272的指令来控制由定影单元120的卤素加热器186和定影辊188(参见图19)构成的定影加压单元299的操作。
如参照图19所描述的，机内传感器190是包括图像传感器的块，读入印刷在记录介质124上的图像，执行所需的信号处理操作等以确定印刷状况(有无喷射、滴喷射的变化、光学浓度等)，并且将这些确定结果提供给系统控制器272和印刷控制器274。
印刷控制器274基于从机内传感器190获得的信息，针对头250执行各种校正(诸如喷射故障校正和浓度校正)，根据需要，其还进行控制来执行诸如预喷射、抽吸、或擦拭之类的清洁操作(喷嘴恢复操作)。
变型示例
在上述实施例中，描述了基于通过将墨滴直接喷射在记录介质124上以形成图像的方法(直接记录法)的喷墨记录设备，但是本发明的应用不限于此，本发明还可以应用于中间转印类型的图像形成设备，其临时在中间转印体上形成图像(初像)，然后通过在转印单元中将该图像转印到记录纸上来形成最终的图像形成。
此外，在上述实施例中，描述了使用具有与记录介质的全宽相对应的长度的喷嘴行的页宽全行型头的喷墨记录设备(通过单次子扫描动作来完成图像的一次完成图像形成设备)，但是本发明的应用不限于此，本发明还可以应用于在移动诸如串行头(穿梭扫描头)之类的短记录头的同时通过多次头扫描动作来执行图像记录的喷墨记录设备。
用于使头和纸相对移动的装置
在上述实施例中，给出了相对于静止头来传送记录介质的示例，但是在实现本发明的实施例时，还可以相对于静止的记录介质(图像形成接收介质)来移动头。
记录介质
“记录介质”是通过从喷墨头喷射的滴在其上记录点的介质的通用术语，并且其包括诸如印刷介质、记录介质、图像形成介质、图像接收介质、喷射接收介质之类的各种术语。在实现本发明的实施例时，对于记录介质的材料或形状或者其他特征没有特别限制，可以采用诸如连续纸、单页纸、密封纸、OHP片或其他树脂片、膜、布、无纺布、其上形成了布线图案等的印刷基板、或橡胶片之类的各种不同的介质，而不考虑其材料或形状。
本发明的应用示例
在上述实施例中，描述了用于图形印刷的喷墨记录设备的应用，但是本发明的应用范围不限于该示例。例如，本发明还可以广泛地应用于使用液体功能材料获得各种形状或图案的喷墨系统，例如为电子电路形成布线图案图像的布线印刷设备、用于各种装置的制造设备、使用树脂液体作为用于喷射的功能性液体的抗蚀剂印刷设备、滤色器制造设备、使用用于材料沉积的材料来形成精细结构的精细结构形成设备等。
附录
如根据以上所给实施例的详细描述而变得显而易见的那样，本说明书包含了包括下述发明的各种技术思想的公开。
本发明的一个方面针对用于液体喷射头的驱动设备，该驱动设备包括驱动信号产生装置，用于产生驱动信号来操作被设置为与液体喷射头的喷嘴相对应的喷射能量产生元件，所述驱动信号提供给所述喷射能量产生元件以使得从所述喷嘴喷射液滴，其中：所述驱动信号包括多个喷射脉冲，用于在一个记录周期期间执行多次喷射操作，在所述多个喷射脉冲的除了最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，后续脉冲的电压幅度小于前面脉冲的电压幅度，而在所述多个喷射脉冲中所述最后一个脉冲具有最大的电压幅度。
根据本发明的该方面，通过前导喷射脉冲相对强力地喷射初始滴，除了最后一滴之外，随后相对弱地喷射后续滴。根据最后一个脉冲，相比于其他前面脉冲来说最强力地喷射滴以使其与前面滴合并。通过该方式，可以实现良好的飞行状态并且获得目标滴量和滴速度，同时降低了与该滴量有关的所需电压。
期望的是，在驱动信号的所述多个喷射脉冲的除了最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，各后续脉冲的电压幅度逐渐变小。
由于前面脉冲而产生的弯液面振动可以用于第二及后续喷射操作。通过逐渐减小后续脉冲的电压幅度(波高)，可以使各连续喷射的喷射能量逐渐变弱。
期望的是，驱动信号产生装置可以产生第一驱动信号和第二驱动信号，第一驱动信号被产生作为在一个记录周期期间包括N个(其中N为不小于3的整数)喷射脉冲的驱动信号，在第二驱动信号中在构成第一驱动信号的N个喷射脉冲之前添加M个(其中M为不小于1的整数)喷射脉冲，所添加的M个喷射脉冲为电压幅度小于所述N个喷射脉冲的前导脉冲的电压幅度的脉冲。
根据该模式，可以喷射不同滴量，并且可以使各滴类型的喷射速度相互一致。
期望的是，通过从在一个记录周期期间包括M+N个喷射脉冲的第二驱动信号的尾端开始选择K个(其中K为不小于1且不大于M+N的整数)喷射脉冲并将其提供给喷射能量产生元件来喷射不同滴量。
在第二驱动信号的波形包含针对其滴量小于第二驱动信号所产生滴量的滴类型的驱动信号的波形(例如，第一驱动信号的波形等)构成的情况下，通过从该波形的尾端开始选择喷射脉冲来获得与多种滴类型相对应的驱动波形。
根据本发明的另一方面针对用于液体喷射头的驱动设备，该驱动设备包括驱动信号产生装置，用于产生驱动信号来操作被设置为与液体喷射头的喷嘴相对应的喷射能量产生元件，所述驱动信号提供给所述喷射能量产生元件以使得液滴从所述喷嘴喷射，其中：所述驱动信号包括多个喷射脉冲，用于在一个记录周期期间执行多次喷射操作，以及以如下方式配置所述多个喷射脉冲的除了最后一个脉冲之外的其余脉冲序列：如果其余脉冲序列中的脉冲被单独提取并且就用于单发喷射时获得的各脉冲所产生的喷射速度而言进行比较，则其余脉冲序列中后续脉冲所产生的喷射速度比前面脉冲所产生的喷射速度慢，而与最后一个脉冲之前的其余脉冲序列的各喷射脉冲相比，该最后一个脉冲以最快喷射速度进行喷射。
也可以通过该模式来获得与上述类似的动作和有益效果。
期望的是，以以下方式配置所述驱动信号：使得在所述多个喷射脉冲的除了最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，后续脉冲所产生的喷射速度逐渐变慢。
由于前面脉冲所产生的弯液面振动可以用于第二及后续喷射操作，因此可以使后续脉冲所产生的喷射力变弱。此外，由于前面滴由于最后一个脉冲而合并，因此也有利于喷射形状。
期望的是，使得通过施加最后一个脉冲之前的喷射脉冲而喷射的前面滴在飞行期间与通过施加最后一个脉冲所喷射的最后一滴合并。
期望的是，以以下方式确定各喷射脉冲的布置：使得在一个记录周期中以连续方式喷射的多个滴在飞行期间合并在一起以形成主滴然后着落在介质上。
期望的是，以以下方式配置所述驱动信号：使得在所述多个喷射脉冲的除了最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，后续脉冲的脉冲间隔从谐振周期Tc开始逐渐改变。
通过组合调节喷射脉冲的电压幅度和脉冲间隔来调节波形，可以容易地实现目标滴量和滴速度。
期望的是，以以下方式配置所述驱动信号：使得在所述多个喷射脉冲的除了最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，后续脉冲的脉冲宽度从谐振周期Tc的一半开始逐渐改变。
通过组合调节喷射脉冲的电压幅度、脉冲宽度和脉冲间隔来调节波形，可以容易地实现目标滴量和滴速度。
期望的是，以以下方式配置所述驱动信号：使得在所述多个喷射脉冲的除了最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，后续脉冲的坡度逐渐减小。
通过组合调节喷射脉冲的电压幅度和脉冲坡度来调节波形，可以容易地实现目标滴量和滴速度。
期望的是，所述驱动信号在所述多个喷射脉冲的最后一个脉冲之后包括残响抑制脉冲。
通过结合残响抑制脉冲，可以进一步提高最后一个脉冲的喷射效率，以及可以减小在一个记录周期的喷射之后的弯液面振动(残响)，从而稳定了连续的记录操作。
期望的是，所述驱动设备包括：波形数据存储装置，其存储表示驱动信号波形的数字波形数据；D/A转换器，其将从波形数据存储装置读出的数字波形数据转换为模拟信号；以及开关装置，其控制通过D/A转换器产生的驱动信号施加到喷射能量产生元件的时刻。
本发明的另一方面针对液体喷射设备，包括：液体喷射头，其具有用于喷射液滴的喷嘴、连接到喷嘴的压力腔、和对压力腔提供的喷射能量产生元件；以及上述用于液体喷射头的驱动设备中的任意一个，其使液滴从液体喷射头的喷嘴喷射。
通过组合上述用于液体喷射头的驱动设备中的任意一个、以及通过从所述驱动设备接收驱动信号供给来操作的液体喷射头，可以实现液体喷射设备。
本发明的另一方面针对喷墨记录设备，包括：喷墨头，其具有用于喷射液滴的喷嘴、连接到喷嘴的压力腔、和对压力腔提供的喷射能量产生元件；以及上述驱动设备中的任意一个，用于使液滴从喷墨头的喷嘴喷射。

Claims (8)

1.一种用于液体喷射头的驱动设备，所述驱动设备包括驱动信号产生装置，用于产生驱动信号来操作被设置为与连接至所述液体喷射头的喷嘴的压力腔相对应的喷射能量产生元件，所述驱动信号提供给所述喷射能量产生元件以使得从所述喷嘴喷射液滴，其中：
所述驱动信号包括多个喷射脉冲，用于在一个记录周期期间执行多次喷射操作，以如下方式配置所述多个喷射脉冲的除了最后一个脉冲之外的其余脉冲序列：如果其余脉冲序列中的脉冲被单独提取并且就用于单发喷射时获得的各脉冲所产生的喷射速度而言进行比较，则其余脉冲序列中后续脉冲所产生的喷射速度比前面脉冲所产生的喷射速度慢，而与最后一个脉冲之前的其余脉冲序列中的各喷射脉冲相比，所述最后一个脉冲以最快喷射速度进行喷射，
所述驱动信号在所述多个喷射脉冲的最后一个脉冲之后包括残响抑制脉冲，所述最后一个脉冲与所述残响抑制脉冲相结合，以及
通过施加所述最后一个脉冲而用于压缩所述压力腔以喷射最后一滴的信号元素的电势差大于所述最后一个脉冲的用于使所述压力腔扩张的信号元素的电势差。
2.如权利要求1所述的用于液体喷射头的驱动设备，其中以以下方式配置所述驱动信号：使得在所述多个喷射脉冲的除了所述最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，后续脉冲所产生的喷射速度逐渐变慢。
3.如权利要求1或2所述的用于液体喷射头的驱动设备，其中使得通过施加所述最后一个脉冲之前的喷射脉冲而喷射的前面滴在飞行期间与所述最后一滴合并。
4.如权利要求1或2所述的用于液体喷射头的驱动设备，其中以以下方式配置所述驱动信号：使得在所述多个喷射脉冲的除了所述最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，后续脉冲的脉冲间隔从谐振周期Tc开始逐渐改变。
5.如权利要求1或2所述的用于液体喷射头的驱动设备，其中以以下方式配置所述驱动信号：使得在所述多个喷射脉冲的除了所述最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，后续脉冲的脉冲宽度从谐振周期Tc的一半开始逐渐改变。
6.如权利要求1或2所述的用于液体喷射头的驱动设备，其中以以下方式配置所述驱动信号：使得在所述多个喷射脉冲的除了所述最后一个脉冲之外的其余脉冲序列中，后续脉冲的坡度逐渐减小。
7.一种液体喷射设备，包括：
液体喷射头，其具有用于喷射液滴的喷嘴、连接到所述喷嘴的压力腔、和对所述压力腔提供的喷射能量产生元件；以及
如权利要求1或2中所述的用于液体喷射头的驱动设备，其使液滴从所述液体喷射头的喷嘴进行喷射。
8.一种喷墨记录设备，包括：
喷墨头，其具有用于喷射液滴的喷嘴、连接到所述喷嘴的压力腔、和对所述压力腔提供的喷射能量产生元件；以及
如权利要求1或2所述的驱动设备，用于使液滴从所述喷墨头的喷嘴进行喷射。
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