CN1103029A - 具有静电致动器的喷墨记录装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

介绍一种喷墨记录装置和控制它的方法.该装置 包括一个具有一个或多个喷嘴(4)的喷墨头(10)；一个 与喷嘴相连通的油墨通道；和一个包括有一对电容器 平板的静电致动器，该电容器平板中的一个由一个位 于在所述油墨通道部分内的薄膜构成或附着到该薄 膜上，而另一个平板由一个位于与其间隔有一间隙的 薄膜相对的所述油墨通道外侧的电极构成；及驱动装 置(210，212，213，210)，该驱动装置使每个致动器有选 择地充电和放电而通过静电力使它的薄膜位移，因此 而使所述的一个或多个喷嘴喷射墨滴.为了防止致动 器放电后留在其上的残余电荷的不利作用，在一个方 案中，施加第一电压使致动器充电，而且施加第二电 压使致动器恢复.为了消除残余电荷使第二电压的极 性与第一电压的相反.在另一种方案中，致动器通过 施加其值等于或大于所希望的第一电压最大值的第 二电压而预置调整.对两者的计量确定稳定的致动器 作业，从而产生好的印刷质量。

Description

本发明涉及到一种具有所谓按需供墨型喷墨头的喷墨记录装置，只有当各个点实际上要被记录在记录介质上时，该喷头才喷射微滴印墨。本发明特别涉及到一种静电驱动喷墨头的喷墨记录装置及其驱动方法。

目前，主要采用两类按需供墨型喷射头，它们在产生喷墨所需压力的方法上有所不同。为了产生喷墨压力，一种采用如在DE-A-3147107和EP-A-0337429中所公开的压电执行机构，而另一种采用如在JP-B-59911/1986所述的用于加热印墨以便产生气泡的加热元件。上述两类喷墨头的每一种，都各有其优、缺点。虽然第一种类型在制造一定密度和精度要求的喷嘴时会遇到问题，但它具有较高的可靠性和较长的使用寿命。另一方面，气泡型喷墨头加工制造问题较少，但在使用期间内，由于反复地快速加热和冷却以及由破裂气泡所产生的碰撞，使它的耐热元件容易破坏，结果喷墨头的实际使用寿命相应地较短。故，上述两种类型喷墨头实际上没有一个是完全满意的。

JP-A-24218/990公开了一种驱动采用上述压电执行机构的按需供墨型喷墨头的方法。根据该驱动方法，在印刷机备用阶段，电脉冲按照致动器极化电压相同的方向，作用到压电致动器，以此使致动器充电并减小油墨腔或压力腔的容积。在印刷期间，为了喷射油墨微滴，首先使致动器逐步放电，以便增加压力腔室的容积，然后电脉冲再加到致动器上使其快速充电，并减少压力腔室的容积，由此而从喷嘴喷出油墨。为了在低的驱动电压情况下最大效率地喷射油墨，在致动器放电之后施加电脉冲的时间应选择为，与油墨供给系统所具有的阻尼振动峰值（时间）相一致，这时，响应於致动器放电，油墨被吸入到压力腔室中这种常用的驱动方法是现有的采用压电致动器的喷墨头的最好方法之一。

第三种公知的喷墨头中产生压力的原理是采用一种静电力，即采用如公开在JP-A-289351/1990和US-A-4520375中的静电致动器。

特别是，JP-A-289351/1990公开一种包括有一硅片的喷墨头，该硅片内具有多个其中每一个在其一端与一个喷嘴相连，而另一端连接到一公用的油墨容器的通道。油墨通道的侧壁由一个薄膜如振动板构成。各个单个电极即喷嘴电极位于每个薄膜的外侧表面上。经过一个间隙，位于喷嘴电极对面的是一个公共的电极。具有喷嘴电极和对面的公共电极的每个薄膜构成一静电致动器，该驱动器包括一个由喷嘴电极，公共电极和位于其间的绝缘体构成的电容器。类似的静电致动器或流体喷射器公开在US-A-4520375中。在后一种现有技术中，通过利用它的半导特性，薄的硅薄膜本身构成了电容器的一个电极。加在电容器上随时间变化的电压使薄膜机械运动，并使流体根据薄膜运动而排出。

在该现有技术中采用了静电原理而有许多优点，如紧凑，高的密度和长的使用寿命，因此成为一种有希望的替换方案。通过该方案，上述采用压电致动器或加热元件的现有技术所提出的问题可以解决。

然而，采用上述的静电致动器用于压力生成并以高质量印刷和不变的高效率为特征的按需供墨型喷墨头的实际实例还是不可能的。当上述的压电致动器的驱动方法用于采用静电致动器的喷墨头中时，所获得的结果并不令人满意。特别是，采用静电致动器的喷墨头是不稳定的，局部的喷墨容积不足，并印刷速度减小，即可靠性低和印刷质量不好。

因此，本发明的目的在于提供一种具有静电驱动喷墨头的喷墨记录装置，以及该装置的驱动方法，其所达到的稳定性和记录质量至少与压电型或气泡型的普通记录装置所达到的一样好。

上述目的分别通过权利要求1所述的喷墨记录装置和权利要求8所述方法实现。

本发明的最佳方案为从属权利要求所述内容。

本发明基于这样的认识，在一个静电致动器中，一个薄膜和一个喷嘴构成一对其中间有绝缘物质的电容板，当电压施加于电容器使之充电并随后放电时，在绝缘材料中存在极化时，由残余电荷所形成的电场，减少了薄膜和喷嘴电极的相对位移。

在相对位移的减小是喷墨量不足和降低印刷速度的原因，产生不好的印刷质量例如较低的密度和（pixel shifting）象素飘移，以及由于滴落而出现较低的稳定性。

另外，根据过去施加电压的变化过程，残余电荷的数量容易变化。结果，薄膜和各个电极的相对移动是不确定的和不稳定的，进而对记录质量和可靠性产生影响。

通过排除残余电荷（复原致动器），或使其处于确定状态（预置该致动器），本发明排除或至少基本上减小了由于静电致动器的残余电荷引起的残余薄膜位移的不利影响。为了复原致动器，要施加与正常驱动电压相反极化的电压，而为了预置致动器，在预定期间内，施加一个等于或大于最大可能发生的驱动电压。

下面介绍附图。

图1为本发明所述的印刷器第一最佳方案的方块图;

图2为本发明一种最佳方案的喷墨头的部件局部分解立体图;

图3为图2所示的喷墨头的侧剖视图;

图4为沿图3所示A-A线的剖视图;

图5为当施加上根据本发明选择的电压极性的电压时，位于薄膜和喷嘴电极方案中的电荷分布简图;

图6为类似图5中所示的，表示位于薄膜和喷嘴电极之间的绝缘材料中的极化的视图;

图7为相应于图6并表示在放电之后的残余电荷图;

图8为示意性表示薄膜的挠曲图;（a）为初始状态即没有电压作用和残余电荷时，（b）为具有电压作用时，（c）为放电后但仍有残余电荷时;

图9为一种最佳方案的驱动控制电路简图;

图10为采用本发明的一种印刷器的初步方案图;

图11为控制图1所示喷墨印刷器的控制方法流程图;

图12为图11所示流程的子程序流程图;

图13为说明图11中所示流程的方法的计时周期图;

图14为图1所示的喷墨印刷器的另一种控制方法的流程图;

图15为图14中所示的子程序流程图;

图16为表示这种控制方法的计时周期图;

图17为图1所示喷墨印刷器的第三种控制方法流程图;

图18为图17所示流程的子程序的流程图;

图19为根据本发明第二种方案的印刷器的方块图;

图20所示在不同条件下薄膜的挠曲;

图21为表示在一定的驱动电压（38V）的情况下，喷墨速度随在上一期间内所施加的驱动电压而变化的曲线图;

图22为第二方案的喷墨头的驱动控制电路简图;

图23为控制图19所示印刷器的方法流程图;

图24为图19所示印刷器的另一种控制方法的流程图;

图25为图2所示子程序流程图。

以下将对本发明最佳实施例结合附图1予以详细说明：

图2为应用于本发明的记录装置中的喷墨头的最佳方案的局部分解和侧向剖示图。应注意到，本方案所示虽然是一种边缘型头，其中油墨从位于基片边缘处的喷嘴喷出。但本发明也可以适用于面型头，其中油墨从位于基片顶部表面处的喷嘴喷出。图3是组装的喷墨头的侧面剖视图，图4为沿图3A-A线的剖视图。本方案的喷墨头10由三个基片1、2、3组成，三片相互叠合，其结构在下面将详细描述。

第一个基片1夹在第2基片2和第三基片3之间，并由硅晶片构成。一组喷嘴4通过相应的配置在第一和第三基片之间的喷嘴槽11形成，槽11位于第一基片1的顶部表面，例如以相等的间隔，并与基片的一个边缘基本平行地延伸。相对所述边缘的每个喷嘴槽的端部与各自的凹槽12相通。每个凹槽又通过各自的狭窄的槽13与凹槽14相连接。在组合状态中，凹槽14构成了一个通过由狭窄槽13形成的孔7和由凹槽12形成的墨水腔室6与喷嘴4相通的公共油墨腔8。在本方案中，每个孔7由三个平行的槽13构成，主要是为了增大流动阻力，但如果一个槽被阻塞，也可以维持喷墨头作业。静电致动器在第一和第二基片之间形成。每个腔室6的底部包括一个与基片1成为一整体的薄膜5。很清楚，上述的槽和凹槽可以通过半导体基片的影印蚀刻很容易并很精确地构成。

公用电极17配置于第一基片1上。构成第一基面1的半导体和用于公用电极17的金属的功能大小是决定第一基片1上的电极17作用的重要因素。用于本方案的半导体材料具有8-12Ωcm电阻，而事实上公用电极17由钛基层上的铂或铬基层上的金制成的两层结构，后者主要用于改善基片与电极之间的连接强度。然而，本发明并不限于此，根据半导体和电极材料的特性，不同材料的组合也可以使用。

硼硅酸盐玻璃例如硼硅酸玻璃被用于连接到第一基片1的底部表面上的第二基片2。喷嘴电极21在第二基片2表面上，通过喷射厚度为0.1μm的基本上与薄膜5的形状相匹配的形状的金构成。每个喷嘴电极21包括有一个引导元件22和一个终端元件23。为了在喷墨头驱动期间用于防止绝缘材料破碎和短路，有一个0.2μm。厚度的绝缘层24，它由一个位于除终端23之外的第二基片2上的硼硅酸玻璃喷镀膜构成。另外作为绝缘层24的另一种方案，一个绝缘层26（图5中）可以配置于与喷嘴电极相面对的薄膜5的侧面。因为薄膜5是由半导体材料制成，上述绝缘层可通过氧化半导体材料而很容易形成0.1μm至0.2μm的厚度。上述氧化的绝缘层具有极好的机械强度，绝缘性能和化学稳定性，基本减小了在薄膜与喷嘴极电极之间相接触的情况下的绝缘材料破碎的可能性。这是采用半导体材料作为静电致动器的电极的一个优点。

与各自的喷嘴电极21相连通的凹槽15位于每个薄膜5的下面。连接到第一基片上的第二基片2使在位于每个薄膜5和与它相对的相应喷嘴电极21之间的凹槽15的部位处构成一个振动腔室9。在本方案中，位于第一基片1的底部表面内的凹槽15在薄膜和各自的电极21之间具有间隙。每个间隙的长度G（见图3;下文称为“间隙长度”）等于凹槽15的深度与电极21厚度的差。应注意到，这些凹槽也可以位于第二基片2之顶部表面内。在本最佳方案中，凹槽15的深度为0.6μm，喷嘴通道11的间隔和宽度分别为0.72mm和70μm。

作为第二基片2，硼硅酸盐玻璃用于连接到第一基片1的顶部表面上的第三基片3，将第三基片3连接到第一基片1而构成了喷嘴4油墨腔室6，孔7和油墨腔8。油墨供给孔31位于第三基片之中，以便将之导入油墨腔8中。油墨供给孔31通过连接器导管31和管道33，与一个油墨箱相连接（图中未表示出）。

第一基片1和第二基片2利用500-800V电压，在300-500℃情况下用阳极处理结合，第一基片和第三基片3也在同样的情况下连接，组合成图3所示的喷墨头。在基片连接以后，薄膜5与喷嘴电极21之间的间隙长度G在本方案中为0.5μm。薄膜5（或绝缘层26，如果有的话）与复盖在喷嘴电极21上的绝缘层24之间的距离G1为0.3μm。

这样，组合的喷墨头由驱动装置102的机构驱动，该装置102通过引导线101与公用电极17和喷嘴电极21的终端元件23相连接。驱动装置102包括一组驱动电路（图9中的213，图22中的413），每一个致动器均有一个。油墨103通过油墨供给孔31从油墨箱（图中没表示出）供给到第一基片1中，以便填充油墨腔8和6。

在图3中也表示出在喷墨头驱动期间从喷嘴4喷射出的一微滴油墨104和记录纸105。

以下将描述本方案的电气连接。

由于在喷嘴电极，位于喷嘴电极和薄膜之间的绝缘间隙，和薄膜本身之间形UIS结构，因为空间电荷层的作用，根据施加的电压极性决定的电流值可能存在较大区别。当用于基片的半导体为P型硅时，相对喷嘴电极21有一个正电位作用到公用电极17上时，该基片起导体作用;但当有负电位作用时，该基片不能起导体作用，而形成一个空间电荷层。

图5所示为根据本发明最佳方案选择使用的驱动电压极性时，在薄膜和喷嘴电极内的电荷分布简图。在本方案中第一基片1采用P型硅，并且静电致动器的公用电极17和喷嘴电极21被连接到驱动电路213（图9）和413（图22），以使得为了对致动器充电，施加一个脉动电压，由于该电压作用，相对喷嘴电极21而言，公用电极变为阳极。P型硅掺入有受主杂质如硼，并有像受主原子数目一样多的空穴。脉冲电压建立了从薄膜向喷嘴电极的静电场。由于该电场，P型硅中的空穴19向绝缘层26移动，留下充电的受主离子。由于空穴从公用电极注入，受主离子的负电荷被中和。因此，可以认为，薄膜产生了不带有空间电荷层的正电荷，即薄膜或第一基片起一个导体的作用。另外，负电荷积聚在喷嘴电极21的侧面。结果，由于静电，作用在薄膜5和它的相对的喷嘴电极21之间的脉冲电压产生足以使薄膜5向喷嘴电极21偏斜的吸引力。

在静电致动器中残余电荷的产生将参照表示构成致动器的电容器结构的图6和图7予以说明。图6所示为施加一定值电压并对使电容器充电的状态，图7所示为通过一个电阻器46使电容基本上被放电的状态。在图6和图7中，薄膜5是用半导体制成的，而公用电极17是与半导体构成电阻接触的上述金属，并且薄膜5涂复有绝缘层26。在喷嘴电极21所形成的绝缘层24，穿过间隙16与绝缘层26相对。绝缘层26，间隙16和绝缘层24在由薄膜5和喷嘴电极21所构成的平行平面电容器平板的内部一起构成绝缘体结构或绝缘材料27。

当电压作用到电容器上时，绝缘材料在一个方向上产生极强度28，以便抵消由图6中所示的所加电压产生的电场E。当电容器从充电到放电转换时，大多数极化强度28在短时间内消失。从放电开始时刻到极化消失的这段延迟时间称作驰豫时间，并随极化的类型有较大的变化。

当位于本最佳方案的薄膜5和喷嘴电极21之间的绝缘材料（绝缘层）被极化时，除了短驰豫时间的原子极化和电子极化之外，极化元件也包括公知的有较长极化驰豫时间的例如，离子极化和边界极化的极化分量。离子极化由于在绝缘层中沿所产生的电场移动的Na⁺，K⁺和/或B⁺而生成，且边界极化是由于在绝缘材料中的晶体边界处的上述离子的移动而产生。

这样，其由于电压重复施加或连续施加使一部分极化剩了下来，因此，本方案的薄膜5和喷嘴电极21之间绝缘材料（24，26），在图7所示的延长期内保留下部分极化。这样，绝缘体有效地包括了残余极化29，由残留在薄膜5和喷嘴电极21之间残留极化所生成的残余电场P产生了薄膜5和喷嘴电极21的相对较小的残余位移。

图8所示为只通过薄膜5和喷嘴电极21简要表示的致动器的三种不同状态。其中，图8（a）表示电压还没有作用到由薄膜5和喷嘴电极21所构成的电容器上时的状态，如图所示，薄膜5和喷嘴电极21相互平行。图8（b）表示有电压作用，电容充电的状态，如图所示，薄膜5挠曲，挠度为△V1。图8（c）表示电容接着放电后的状态。尽管是放电状态，薄膜5由于上述的残余电场仍存在而挠曲，其挠度以后称作△V2。薄膜5和喷嘴电极21的相对位移即用于油墨喷射的位移为△V1-△V2是以相对位移差来表示的。

如上所述，薄膜5和喷嘴电极21相对挠度的减小，是油墨喷射体积、喷墨速度减小和其它油墨喷射有关缺点产生的原因，这样对喷墨印刷器的稳定性和印刷质量产生不利的影响。

介绍了在用于记录装置的静电驱动喷墨射头所述结构和存在的问题后，适于避免上述问题的本发明第一种方案将在以下叙述。

在此方案中，为了消除产生薄膜残留挠度的残余电荷的不利影响，与图6中所示相反的极性电压作用在薄5和喷嘴电极21之间，以便消除残余电荷，这样使致动器复原。

图1所示为本发明所述记录装置的最佳方案的一种喷墨印刷器的方块图。如图所示，该喷墨印刷器主要部件有印刷单元203和用于控制该印刷单元的控制装置，其中印刷单元203包括用于移动喷墨头和纸或其他印刷介质的驱动电机202和喷墨头10。当通过驱动马达装置202移动喷墨头10和印刷介质时，通过从喷墨头10向纸或印刷介质喷射油墨，喷墨印刷器印刷文字和/或图形。

计时器装置204计算时间。喷嘴恢复装置206用于控制从闭合复原喷嘴的过程。印刷作业控制器210根据来自输入装置207的输入信号控制印刷和各种其他作业的实施，并输出起动计时器装置204的预置信号和控制印刷装置203的印刷控制信号。用于由印刷操作控制器210完成的作业资料存储在存储装置211中，残余电荷消除器212输出一个致动器恢复控制信号，以供在致动器中消除残余电荷的恢复过程之用。

图9所示为喷墨头10的驱动控制电路213的线路图。来自喷嘴恢复装置206的恢复控制，和致动器恢复控制信号被输送入驱动控制线路213，驱动控制电路213根据这些控制信号控制喷墨头10。恢复控制信号，印刷控制信号，和致动器恢复控制信号也输送入驱动电机202的驱动控制电路214，根据这些输入控制信号，驱动控制电路214类似地控制驱动电机202。

图9是驱动控制电路213的简图。如图所示，驱动控制电路213包括一个控制电路215和一个驱动电路102a。驱动电路102a包括三极管106-109，倒相放大器110和108，和非倒相放大器101和113。恢复控制信号，印刷控制信号，和致动器恢复控制信号输入到控制电路215，电路215根据这些输入控制信号对放大器110-113产生适当的脉动电压P1-P4并将之输出。三极管106-109由放大器110-113的输出驱动，这样对由薄膜5和喷嘴电极21构成的电容器114充、放电，而从喷嘴4射出墨滴104。通过适当地选择电阻器115和116的电阻数值，可以获得满意的充电/放电特性，如相对低的充电速度和相对快的放电速度。

图10所示为作为包括有上述喷墨头的喷墨记录装置的例子的印刷器立体图。300表示作为纸张传送装置的压纸卷筒，它供给记录纸105并由驱动电机202（图1）驱动。301所示为油墨箱，其内部存储油墨并通过油墨供给管道306将油墨供给到喷墨头10。喷墨头10安置于能通过托架驱动装置（没表示出）沿与记录纸105输送方向相垂直方向移动的托架302上，该托架驱动装置包括驱动电机202。为防止墨喷嘴闭合和从闭合中恢复，根据对恢复控制信号，喷墨头移到杯304前面部位，经过数次完成油墨排放作业，泵303被用于通过杯304和深入到多余油墨容器305中的多余油墨水回收管308抽吸油墨。

图11所示为图1所示本发明最佳方案的控制喷墨印刷器的方法流程图。图12为图11所示两个子程序流程图。其中，图12（a）为喷嘴恢复作业子程序，图12（b）为印刷作业子程序。

参看图11，第一步SO为根括来自印刷作业控制器210的控制信号。起动印刷器装置。例如作为起动的结果，托架302（图10）处于备用位置。计时器装置204同时恢复并开始计时。在SI步骤在动力接通之后，喷嘴立即完成恢复作业。喷嘴恢复作业完成图12（a）所示的喷嘴恢复子程序中的步骤SS1-SS3，将在下面予以描述。

在步骤SS1，携带有喷墨头10的托架302通过驱动电机202从备用位置移到杯304位置。在步骤SS2，喷嘴恢复作业完成。喷嘴恢复作业驱动所有喷嘴的致动器从所有的喷嘴喷射预定数量的油墨，以便从喷墨头10的喷嘴处消除干的或变浓的（高粘度）油墨。要不，这些干的或变浓的油墨可能会引起喷墨故障。通常从每个喷嘴中喷射出10-200滴油墨以便从喷嘴中排出残余的油墨。在这之后，托架302被返回到备用位置（步骤SS3）而完成喷嘴恢复作业。恢复作业的重复频率，由计时器装置204的调节时间确定。

应注意到在一般情况下，当动力第一次接通时，因喷墨头在一延长的时间周期中不被使用，在步骤S1中为了使喷嘴恢复，要使大约160-200滴墨水从每个喷嘴中喷射出。

当喷嘴恢复作业完成时，计时器装置204开始计算预定的时间。计时器开始信号在步骤S2被校验，以便确定计时器装置204是否计算预置的时间。如计时开始信号被检验到，过程进入到步骤S8。在该步骤中，图12（a）子程序所示的喷嘴恢复作业被再次实行，然后过程前进到步骤S3。如果计时开始信号没有被检验到，过程就直接到步骤S3。

在步骤S3，确定印刷是否继续进行。如不需要印刷，过程就返回到步骤S2。如需要印刷，计时器装置204转换到步骤S4，并在步骤S5实行印刷作业。

此印刷作业由图12（b）中所示的步骤SS10-SS16子程序控制。

在步骤SS10，计算变量转换到1，然后托架302移动一个点（步骤SS11）。在步骤SS12和SS13，根据印刷资料在指定的点吸取和喷射油墨。在这之后，在步骤SS14完成致动器的恢复作业，然后计算变量n增加到n+1。在步骤16，确定n等于印刷的最后点数。如果n不等于最后点数，过程返回到步骤11，并重复步骤SS11-SS16。注意到，步骤SS14中的致动器的恢复作业，只是在上面步骤SS12和SS13中被驱动的这些致动器中实行。

如果n等于最后点数，过程从此子程序退出并转到步骤S6，在该点，托架302转到备用位置，然后纸前进一预定距离（步骤S7）。过程在步骤S9中判断是否继续，如果印刷没有完成，过程将返回到步骤S2并重复上述操作。如果印刷完成，则过程结束。

图13是图9和12中所示方案的操作时间周期表。在此假定，在备用状态施加脉动电压P4，三极管108导通，因此通过电阻器R使电容器114放电。之后，为了印刷第一个点，供给脉冲电压P1和P4，三极管108和107导通，正电压通过负载电阻器116施加到薄膜5和喷嘴电极21上。这引起存储在电容器114上的向前电荷。这样，由于所生成的静电吸引力，薄膜5向喷嘴电极21挠曲。油墨腔室6中的压力下降，油墨103从油墨容器B经孔7供应到油墨腔室6。

在推迟一个固定周期6之后，提供脉冲电压P2和P4，三极管106和108导通，经过放电电阻器115使电容器114短路，存储在电容器114中的电荷被快速排放。这样，作用在薄膜5和喷嘴电极21之间的静电吸力就消失，薄膜5由于它的固有刚性而复原。薄膜5快速复原增加了油墨腔室6中的压力，使墨水滴104从喷嘴4喷射到前面的记录纸105上。如周期d所示，为实现致动器的恢复，供给脉冲电压P2和P3，三极管106和109导通，上述极性电压作用到薄膜5和喷嘴电极21上，即相对喷嘴电极，薄膜成为负极。注意到这种电压与在正常印刷作业中所施加的电压相反，并且与残留电荷电压也是相反的。结果残余电荷（图7）被排除。如图8（C）中所示，由于通过上述的反向电压的上述作用，在周期e内，通过电容器放电薄膜5不再变形挠曲而是使薄膜5全部恢复。这样，在下一个周期C2和在上一个周期C中所喷出的油墨体积是相同的。这样如上所述，在喷射一个墨水滴104之后，每一点存在在薄膜5和喷嘴电极21之间的残余电荷被排除。附带地说，上述的固定周期6最好调节到当油墨系统的阻尼振动达到最大值时开始放电，以便有效地利用油墨系统的振动能。

应注意到，在上述最佳方案中为消除残余电荷，虽然采用反向（负电的）电压，该反向电压也将使薄膜5挠曲，这对防止油墨在此时喷射是必要的。当薄膜5采用半导体时，即使反向电压等于向前电压，也只存在有最小的挠度，因而不存在由于反向电压的作用而喷射油墨的危险。因此在此方案中，有可能采用公用的动力源。然而，当薄膜5采用导体时，如果反向电压等于向前的电压，就可能喷射油墨，因此减少反向电压是必要的。

也应注意到，在本实例中半导体基片采用P型半导体，但是n型半导体也可以被使用。在这种情况下，驱动电路102a和喷墨头10之间的连接必须与采用P型半导体的连接相反。

图14为用于图1喷墨印刷器的另一种控制方法的流程图。图15为图14所示印刷作业子程序流程图。在此方案中，致动器恢复作业按每行进行一次。上述的致动器的恢复作业在位于图14中所示步骤S4和S5之间的步骤SS12中进行。应注意到，为了消除在一行印刷期间所累积的残余电荷，同时对喷墨头的全部致动器进行操作。结果，图12（b）所示的印刷作业子程序中的致动器恢复作业（步骤SS12）从本方案的印刷作业子程序（图15）中消除了，但所有其他过程的步骤是一样的。本方案中的喷嘴恢复作业子程序与图12（a）中所示的相同。

图16为图14和15所述的方案的操作时间周期图。在此方案中，在周期a内供给脉动电压P2和P4，三极管106和109导通，每次完成一行（印刷后），托架302返回，然后如上所述对薄膜5和喷嘴电极21作用反向电压而消除的累积的残余电荷。

图17为图1所示喷墨印刷器的另一种控制方法的流程图。图18为图17所示两个子程序流程图，其中，图18（a）为喷嘴恢复/致动器恢复作业子程序，图18（b）为印刷作业子程序。在此方案中，喷墨头的全部致动器的恢复作业是在喷嘴恢复作业（步骤S1a和S8a）的同一时间内，同时进行的。这样，图17中的步骤S1a和S8a代替了图11中的步骤S1和S8。结果，在图18（a）所示的子程序中，托架302被移到备用位置（步骤SS1），致动器然后在下一步骤中（步骤SS12）恢复。这样，步骤SS12（图12）从本方案的印刷作业子程序（图18（b））中被消除。

根据上述的第一方案，通过按每一点印刷，每一行印刷或根据时间计算周期性地消除残余电荷，可以免除残余电荷的影响。附带地说，第一方案的这些替换方案也可以结合。通过按照这个方法消除残余电荷，即通过将静电致动器调整到一确定状态，即使残余的挠度不可避免，但它至少可以恒定。通过相应地增大驱动电压，恒定的残余挠度可以很容易被校正。

现在主要参照图19至25，对本发明的第二种方案予以说明。

已知，在电场正作用下，上述单极绝缘材料分子的偶极矩P之间的关系是由P＝a◇E决定的其中a为分子电极化率。参照图7，关系P＝ec◇Emax可以被确定，其中P为残余电场，c可称为残余极化率，Emax为在所施加的电场经历中的最大场的电强度，e为真空中的绝缘材料常数。如等式所示，残余电场内所施加的电场经历中的最大场强（电压）来确定，残余电场和由此所引起的薄膜5的初始挠度也是如此。

图20所示为薄膜在不同状态下的挠曲。图20（a）所示为没有施加电压经历的薄膜5的初始的无挠度的状态。应注意到，薄膜5是直的并相对喷嘴电极21是平行的。然后，当电压（30V）作用到包括薄膜5和喷嘴电极21的电容器上时，薄膜5如图20（b）所示挠度为△V1。当随后电容器放电时，薄膜5假定为图20（c）所示的具有挠度△V2的状态。由于有了施加30V电压的经历，由在电容放电之后所残留的残余电荷所产生的残余电场使薄膜5从图20（a）所示的初始状态稍微产生挠曲。

薄膜5上的油墨被排放，所排放的油墨体量由图20（b）所示的薄膜5挠度和图20（c）中所示的挠度之差来确定。油墨排放体积有助于喷射墨滴，油墨体积相应于不同状态下薄膜5挠度差△V3（相对位移）（见图20（b））。

根据图20（c）中所述状态，一个较高电压（40V）电荷然后被施加（图20（d）而使薄膜5重新挠曲。随后，开关切换使电容器放电，薄膜5假设为图20（e）所示状态。

应注意，由于40V供给电压放电后的残余电荷所生成的残余电场的强度大于30V供给电压放电后的残余电荷所生成的残余电场的强度，图20（e）中所示的薄膜5的挠度（△V4）大于图20（c）中所示的挠度。这样，残余电场的强度取决于电压供给经历中的最大电压值，因此薄膜5的挠度也取决于它。

图20（f）所示为当与施加于图20（b）中的同样的电压（30V）又施加于图20（e）所示状态之后的薄膜5的挠度。此时，薄膜5的挠度与图20（b）的（△V1）相同。然而在这种情况下，因为在电压供给经历中最大电压值为40V，油墨排放体积由相应于△V5＝△V1-△V4的相对位移决定，△V5由图20（e）挠度与图20（f）挠度之差来确定。应注意到△V3大于△V5。因此，在图20（f）中所示情况下驱动喷墨头时的油墨喷射体积小于以图20（b）中所示最大电压经历值30V驱动喷墨头时的油墨喷射体积。因此我们可以知道，油墨喷射体积随包括有薄膜5和喷嘴电极21的电容器中的残余电荷多少而变化。

图21所示为在恒定的38V驱动电压情况下喷墨速度，相对前一周期中所示施加的驱动电压的变化实验结果。

喷墨速度（1）是在恒定的驱动电压为38V时驱动喷墨头后经过10分钟所测试到的。喷墨速度（2），（3），（4）分别是在恒定的驱动电压为39V，40V和41V时驱动墨水喷头经10分钟后测试到的，然后将驱动电压转换到38V。注意到，当起动致动器的实验时，电容器内没有残余电荷时（图20（a）状态），驱动频率为3KHZ，电荷脉冲宽度为30μs。喷墨速度（1），（2），（3），（4）分别大约为4m/sec，3.3m/sec，2.8m/sec，1m/sec。如图所示，甚至当驱动电压保持恒定时，喷墨速度也是根据前一周期内的施加的驱动电压大小而变化。这个原因在于上面描述过的残余电荷。

薄膜5和喷嘴电机21的位移的变化，引起了喷墨速度和喷墨体积的改变，这对喷墨印刷器的稳定性和印刷质量产生不利的影响。

相反，在第三种方案中，在薄膜5和喷嘴电极21之间采用最大电压，以便保持最大恒定的残余电荷和预置一个初始的薄膜5的挠度，也是为了稳定喷墨速度和容积（这可称作致动器的预置）。如果最大电压41V作为第一驱动电压，然后例如采用39V或40V，在38V驱动电压时的油墨喷射速度，将由在38V驱动电压时的薄膜5的挠度与41V驱动电压的残余电荷所引起的挠度差确定，并且绝对是不变的常数，是稳定的。

本发明的第二方案的喷墨印刷器的方块图如图19所示。该喷墨印刷器还包括有一个动力供给电压调节装置412，并采用了一个与第一方案的驱动控制电路213不同的驱动控制电路413。

动力供给电压调节装置412恰当地选择并输出标准的印刷驱动电压Vn或最大电压Vm，Vm用于为了由于上述原因而为预置致动器而给出已知最大电压的电压经历（其中Vm＞Vn）的产生。注意到，最大电压Vm的确定应考虑动力供给电压的误差。例如，当标准的印刷驱动电压Vn的范围为30V±10%时，最大电压Vm应至少大于33V。

驱动控制电路413控制喷墨头10，其构造如图22所示。恢复控制信号，印刷控制信号及驱动电压Vn和Vm被输入到驱动控制电路413中，电路413根据这些控制信号控制喷墨头。

图19中所示印刷器的其它部分和功能与图1中所示的印刷器的相同，因此在以下说明中被省略。

图22为用于喷墨头10的驱动控制电路413的简图。如图所示，驱动控制电路413包括有控制电路415和驱动电路102b。恢复控制信号和印刷控制信号输入到控制电路415，该电路根据这些输入信号输出充电信号51放电信号52。驱动电路102b包括三极管41，42，44和45。

当驱动控制电路413处于备用状态时，三极管42和45断开，驱动电压不施加在薄膜5和喷嘴电极21上。薄膜5因此没有位移，对油墨腔室6中的油墨不产生压力。当充电信号51导通时，在充电信号51增长的情况下，三极管41导通，三极管42也导通。因此，驱动电压Vn（或最大电压Vm）通过充电电阻器43作用在薄膜5和喷嘴电极21之间，电流沿箭头A的方向流动，由于在薄膜5和喷嘴电极21之间累积电荷。在其间的静电力的作用下，薄膜5向喷嘴电极21变形。油墨腔室6的容积增大，油墨被吸入到油墨腔室6中。

当充电信号51被断开而放大信号52导通时三极管41和42被断开，薄膜5和喷嘴电极21之间停止充电。结果三极管44也断开，而三极管45导通。当三极管45导通时，累积在薄膜5和喷嘴电极21上的电荷通过放电电阻器46沿箭头B的方向被排除，由于电阻器46的电阻明显地比充电阻器43的电阻低，而且在本方案中放电的时间常数是低的，因此累积电荷消除的时间比充电的时间少得多。

此时，薄膜5立刻从静电力作用中解脱，并由于薄膜材料的固有刚性而返回到印刷备用位置。这使油墨腔室6迅速地被压缩，在油墨腔室6中所生成的压力使墨滴104从喷嘴4中喷出。

应注意到，虽然在本方案中P型半导体被用水基片，但n型半导体也可以被使用。在这种情况中，驱动电路102P和墨水喷头10之间的连接，必须与采用P型半导体时的连接相反。

图23所示为用于图19中所示本发明方案的喷墨印刷器控制方法流程图。

在本方案中，完成起动程序之后输入-高电压。第一步SO是包括从印刷作业控制器210输出的控制信号，起动印刷机构。计时器装置204同时恢复并开始计算时间，托架302携带喷墨头10从备用位置由驱动电机202驱动移到杯304的位置。在下一步骤S10，电源电压调整装置412选择最大电压Vm并将之输送入喷墨头10的控制线路413中。印刷控制信号从印刷作业控制器210输入到相继对驱动电路102b输出充电信号51和放电信号52的控制电路415中。这样，最大电压Vm作用在所有致动器的薄膜5和喷嘴电机21之间，将最大电压Vm的电压施加于给位于薄膜5和喷嘴电极21之间的绝缘材料上，并且例如一滴油墨就从所有喷嘴中排出。然后，电源电压调节装置412将输出电压转换到正常的印刷作业驱动电压Vn，在步骤S1动力接通之后，喷嘴恢复作业立即执行。喷嘴恢复作业在图12（a）中所示的喷嘴恢复作业子程序中的步骤SS1-SS3中执行，该子程序如上所述，因此不予以进一步说明。

在完成了喷嘴恢复作业之后，计时器装置204开始计算预定时间。根据信号，在步骤S2中计时器被校验，以便确定计时器置204是否计算该预定时间。如果计时开始信号被检测到，流程就转到喷嘴恢复作业（步骤S8），图12（a）子程序中所示的喷嘴恢复作业再次进行，然后流程前进到步骤S3。然而，如果计时开始信号器没有被检测到，流程就直接转到步骤S3。

在步骤S3，确定是否继续印刷。如印刷不需要，流程就返回到步骤S2。如果需要印刷，计时器装置204转换到步骤S4，在步骤S5中执行印刷作业。

该印刷作业由图15（b）中所示的步骤SS10-SS16的子程序控制。

在此印刷作业中，通过如前所述的相继供给使三极管41和42导通的充电信号51和然后使三极管44和45导通的放电信号52，使墨滴被喷射。此时的残余电场取决于过去最大电压Vm的电压经历，因此薄膜5具有一个微小残余位移，但是无论驱动电压经历如何，甚至驱动电压在最大电压Vm范围内变化，残余电荷仍保留常数。

在最后的点被印刷后，流程退出子程序并前进到步骤S6。如图11和14所示，步骤S6，S7和S9是相同的。

图24为图19所示的本发明第二种方案的喷墨印刷器的另外一种控制方法的流程图。图25为图24中所示两个子程序的流程图。其中，图25（a）所示为喷嘴恢复作业子程序，图25（b）所示为印刷作业子程序。在此方案中，在喷嘴恢复作业期间，供给-高电压，特别是当通过在图24中步骤S1b和S8b的喷嘴恢复作业而使喷嘴恢复时施加-高电压。在步骤SS1（图25（a）），托架302携带喷墨头10从备用位置被驱动电机202驱动移到杯304位置。在步骤S10施加最大电压Vm作为如上所述的驱动电压，以便使所有的喷嘴喷射-滴墨水104。然后再施加正常印刷驱动电压Vn，喷嘴就在步骤SS2，SS3中恢复。

应注意到，当最大电压Vm从本方案中的喷嘴恢复作业分离时，图25（a）中的步骤S10可以省略，在步骤SS2的喷嘴恢作业期间施加的最大电压Vm。

Claims (14)

1、一种喷墨记录装置，包括一个喷墨头(10)；该喷墨头具有一个或多个喷嘴(4)一个与喷嘴相连通的油墨通道(6、7、8)；一个包括有一对电容器平板(5、21)的静电致动器(5、21、27)，电容器的一个平板是由配置于所述油墨通道一部分上的薄膜构成，或是被附着在该薄膜5上的，而另一个平板是由一个位于与其间隔有一间隙(G)的、与薄膜相对的所述墨水通道外侧的电极21构成；

用于有选择地对每个致动器(5、21、27)充电和放电的驱动装置(210、212、213、210、412、413)，以便通过静电力使致动器的薄膜(5)移动，由此而从所述的一个或多个喷嘴(4)中喷射墨滴；

其特征是驱动装置包括用于施加使致动器充电第一电压的第一装置(213，413)，和通过施加与所述的第一电压不同的第二电压调整或恢复致动器的第二装置(212，412)。

2、根据权利要求1所述装置，其特征是所述的第二装置（212）用于施加第二电压，第二电压的极性与所述的第一电压的极性相反，它的大小被选得可通过消除残余电荷恢复致动器（5，21，27）。

3、根据权利要求2所述装置，其特征是所述第二装置（212），在致动器的每个充电/放电循环之后立即对该致动器（5，21，27）施加所述的第二电压，或在每一行记录完成之后，同时对所述的每一个或多个致动器施加第二电压。

4、根据权利要求2或3所述装置，其特征在于还包括有通过驱动每个所述的一个或多个致动器（5，21，27）喷射一滴或多滴油墨而使喷嘴恢复的装置（206），其特征还在于，当喷嘴恢复作业执行时，所述的第二装置用于施加所述的第二电压。

5、根据权利要求1所述装置，其特征是所述的第二装置（412）用于施加一个等于或大于所述第一电压的最大值的电压作为第二电压。

6、根据权利要求5所述装置，还包括有通过驱动每个所过的一个或多个致动器（5，21，27）喷射出一滴或多滴油墨水而完成喷嘴恢复的装置（206），其特征是所述第二装置（412），用于在喷嘴恢复作业或印刷装置起动作业期间，施加所述第二电压。

7、根据权利要求5或6所述装置，其特征是所述第二电压等于或大于所述第一电压的1.1倍。

8、一种驱动权利要求1所述记录装置中的一个或多个静电致动器（5，21，27）的方法，其步骤包括：

（a）根据记录资料，有选择地通过施加第一电压使所述的一个或多个致动器（5，21，27）充电，

（b）随后对在步骤（a）中被充电的每个致动器放电，使之喷射油墨，

（c）对一个或多个所述的致动器施加与第一电压不同的第二电压，并随后使之放电。

9、根据权利要求8所述方法，其特征是步骤（c）包括施加一个与所述第一电压相反极性的电压。

10、根据权利要求9所述方法，其特征是，或是每次一个致动器（5，21，27）完成步骤（a）和（b）后，对该致动器施行步骤（c），或每当一行印刷完成后，对该致动器施行步骤（c），或每当一行印刷完成后对所述的一个或多个致动器同时执行步骤（c）。

11、根据权利要求9或10所述方法，还包括有喷嘴恢复步骤，其特征是每一次喷嘴恢复步骤执行时，均执行步骤（c）。

12、根据权利要求8所述方法，其特征是步骤（c）施加等于或大于所述第一电压的最大值的电压。

13、根据权利要求12所述方法，还包括使记录装置起动的起动步骤和喷嘴恢复步骤，其特征是当起动步骤执行时，和/或每次喷嘴恢复步骤执行时，均执行步骤（c）。

14、根据权利要求12或13所述方法，其特征是步骤（c）施加一个等于或大于所述第一电压1.1倍的电压。

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