CN1117436A - 喷墨记录装置 - Google Patents

Abstract

一种喷墨记录装置，它通过借助超声波束的压力使墨滴从墨的表面飞出而将图象记录在记录介质上，包括：超声波发生元件阵列(10)，它具有设置成阵列的至少一个超声波元件，用于发射超声波束；驱动装置(21)，用于施加具有彼此不同的相位的多个脉冲，以通过使从所述超声波发生元件阵列(10)的一部分的所述超声波发生元件发射的所述多个超声波束彼此发生干涉而会聚超声波束；以及，会聚装置(16)，用于会聚所述多个超声波束中的每一个。

Description

喷墨记录装置

本发明涉及一种喷墨记录装置，该装置喷射液态墨滴到记录介质上以记录图像，更具体地说，涉及一种喷墨记录装置，该装置利用由压电元件发射的超声波束产生的压力将液态墨滴喷射到记录介质上。

所谓的喷墨打印机已经投入实际使用。这种打印机是一种记录装置，将液态墨滴喷射到记录介质上，借此在其上形成墨点并在其上记录图像。它比其它记录装置产生较少的噪声。它不需使记录在介质上的图像显影或定影。作为在一般的纸上记录数据的装置，喷墨打印机现在很流行。到目前已经提出很多用于喷射喷墨打印机油墨的技术。在它们当中有名的是：

(a)施加通过加热元件所产生的蒸汽压力，以便喷射墨滴；以及

(b)施加利用压电元件产生的机械压力脉冲，以便喷射墨滴。

一喷墨打印机有一串行扫描头。该扫描头安装在一承载架上。在沿与记录纸供给的方向(下文称为副扫描方向)相垂直的方向(下文称为主扫描方向)移动的同时记录数据信息。采用机械方式驱动，该串行扫描头不可能按照为实现高速记录所希望的那样快进行移动。已提出利用一个行扫描头代替串行扫描头，因为该行扫描头能够更快地记录数据，这是由于只要记录纸张是宽的并且不需要移动就可以在记录纸张上记录信息。然而，由于如下原因采用一个行扫描头是困难的。

在一喷墨记录系统中，随着溶剂蒸发，油墨易于局部变浓。加浓的油墨会堵塞精细的喷嘴，该喷嘴配置的密度决定了该系统能形成的图像的分辨率。假如施加蒸汽压力以进行喷墨，由于不可溶的物质与油墨发生热作用或起化学反应，所以可能会集聚在每个喷嘴中。假如用压电元件产生的压力来进行喷墨，每个油墨通道需要复杂的结构并且油墨易于堵塞该通道。

在具有几十到很多喷嘴的串行扫描头中喷嘴堵塞以很低的频率发生。在具有多达几千喷嘴的行扫描头中，喷嘴堵塞频繁发生以致严重降低记录头的可靠性。

此外，常规的喷墨记录装置无助于增加被记录的图像的分辨率。假如使用蒸汽压力，该装置很难能够产生20μm尺寸或更小的墨滴(其将在记录纸上形成尺寸约为50多μm的墨点)。为了利用由压电元件产生的压力，为了记录高分辨率的图像，记录头需要具有复杂的结构并且不能利用已有的制造技术制造。

已经提出了各种系统，这些系统利用由薄膜压电元件的阵列产生的超声波束的压力，从大量油墨喷射墨滴。每一种都被称为“无喷嘴系统”，既没有用于在记录纸上形成墨点的喷嘴，也没有用于油墨通道的隔壁。该无喷嘴系统能够可靠地防止油墨堵塞，如果有也能排除喷嘴堵塞。此外，由于该系统形成极小的墨滴并将它们稳定地喷射，所以能够记录高分辨率的图像。

然而，该无喷嘴系统需要包含若干以交错方式排列的压电元件阵列。仅一个压电元件阵列不足以记录高分辨率的图像。这是因为，在用大于像素的声透镜(例如透镜尺寸大到30倍的像素尺寸)。会聚之后，把超声波束加到油墨上。然而，以交错方式排列的带电元件的无喷嘴系统的缺点在于，油墨周期性地改变浓度并且相邻的墨点彼此相对移动。

此交错方式排列的各压电元件阵列可以用一直线压电元件阵列代替，该直线压电元件阵列这样发射超声波束，即使各波束在油墨容器里彼此干涉并会聚在一点，借此实现所谓的相控阵列扫描。

该相控阵列扫描技术中的一种被称为“直线扫描”，在其中来自压电元件的超声波束被会聚在油墨层中的一点处。没有很多的驱动信号源不能进行直线扫描，该驱动信号源能够产生具有精确控制不同相位的元件驱动信号。该直线扫描应用在超声波诊断装置中。当将直线扫描应用在喷墨记录装置中时，将出现一个问题。

当将由超声波束产生的压力施加到液态油墨上时，被喷射的墨滴的尺寸很大程度上取决于超声波束的频率。对于记录具有足够分辨率的图像的喷墨记录装置，各超声波元件必须利用范围从几十兆赫到几百兆赫的高频信号，即高频驱动信号来驱动。为了通过利用这种高频信号实现相控阵列扫描，考虑到为了从驱动电路向压电元件提供信号在各导线之间的长度差别，需要一个驱动电路将各驱动信号以毫微秒(10-9秒)量级的高精度进行延迟。

在利用相控阵列进行区段电子扫描的情况下即将超声波束施加到液态油墨上以便实现相控阵列扫描时，假如超声波束会聚在不同于所预期的点的某一点上，墨滴可能不会沿与记录介质相垂直的方向飞行。假如墨滴倾斜地飞向介质，各墨点将按照不同的间距形成在介质上。这一点已为实验所证明，在这些实验中将各超声波束会聚形成一单一的波束，它的轴线与液态油墨的表面相垂直的方向有几度偏斜。

为了形成规则间距的墨点，用于驱动压电元件的信号相位必须进行高精度控制。换句话说，用于驱动压电元件的信号需要与用于驱动直接相邻的压电元件的信号具有非常精确的相位差。

为了精确地控制驱动信号的相位，需要采用复杂因此价高的驱动电路以及用于存储大量的相位校正数据的存储器。

用于进行相控阵列扫描的压电元件是通过切割压电层制成的分立元件。当具有限定长度的压电层被分割为按照很小间距并列的很多分立压电元件时，为了记录高分辨率的图像，各元件将是窄小的，像是要被断开的。因而，该压电元件阵列不可能高成品率地制造。

假设各压电元件按照足够小的间距并列以便形成高密度的墨点。那么，由于在相邻的压电元件之间的串扰将会产生噪声。串扰噪声很大程度上妨碍由各元件发射的超声波束的会聚。

在形成压电元件阵列的任一端部的元件之间的产生的串扰噪声其大小不同于在形成阵列的中部的元件之间产生的串扰噪声。这是因为对于形成任一端部的元件没有提供分立电极或者比对于其它元件提供的分立电极要少。必须以与其它元件之间的串扰噪声控制不同的方式来控制形成任一端部的元件之间的串扰噪声。该控制串扰噪声的方法不可避免地要复杂化。

当实施相控阵列扫描，以便会聚超声波束时，形成单一的波束，该波束到达液态油墨表面上的一点，它的轴线不可避免地倾斜于油墨表面，并不是垂直延伸到其上。因此，墨滴可能不在与油墨表面垂直的路径飞行。这使得情况恶化，当超声波束被油墨容器的玻璃壁反射时被衰减，这就降低了喷射墨滴的效率。为了防止波束反射，可以对压电元件阵列进行处理使之具有曲面的波束发射表面。假如该阵列这样处理，压电元件阵列的成品率将降低。

已知一种喷墨打印机，其具有的声透镜用于将来自压电元件阵列的超声波束会聚到液态油墨表面的一点上。该透镜是一种具有预定曲率半径的凸面的块状(bulk)透镜或者是用于使波束彼此相对移相的菲涅耳(Fresnel)透镜(根据菲涅耳衍射理论设计)。当与声透镜结合使用时，压电元件阵列不需要具有曲面的波束发射表面，因而能够易于制造。然而，当超声波束行进通过声透镜时被衰减，并且每个波束在透镜和液态油墨之间的界面处被部分地反射。施加到油墨的超声波能量小于喷射墨滴所需的能量。施加到阵列的压电元件的驱动信号必须具有足够高的能量以补偿超声波束不可避免的能量损失。

可以将压电元件阵列形成曲面的波束发射表面，以便它们发射的波束可以会聚在油墨表面的一点上，使之不必要使用声透镜。在这种情况下，用于驱动元件的信号不需要具有高电压，但是处理阵列的步骤会降低阵列的成品率。

如上所述，为了实现相控阵列扫描，采用具有曲面的波束发射表面的压电元件阵列，或者将具有平面的波束发射表面的压电元件阵列与声透镜一起使用，借此将超声波束会聚在一与阵列的轴线(即主扫描方向)相垂直的平面内。假如采用具有曲面的波束发射表面的压电元件阵列，阵列的成品率将降低。假如将平面的压电元件阵列与声透镜一起使用，用于驱动压电元件的信号必须具有高能量。

已知一种所谓的区段电子扫描，它是相控阵列扫描中的一种型式。在区段电子扫描中，沿主扫描方向并列和间隔的压电元件利用彼此相对延迟的信号来驱动。各元件发射具有不同相位的超声波。各波束会聚在接近液态油墨表面上的一点，借此，从这一点飞出一墨滴。

区段电子扫描的优点在于，墨滴飞行的出发点可以改变，而不必考虑压电元件并列的间距。然而，必须将各精确的延迟时间反映到驱动信号上，使得各元件发射的超声波束可以会聚到一预期点上。将各精确的延迟时间能够反映在信号上是无问题的，但是使驱动电路复杂化因此很昂贵。没有这种驱动电路，不可能实现区段电子扫描。此外，当超声波束会聚在不同于位于在阵列中点正上方一点的一点上，形成一单一的超声波束，它的轴线倾斜于油墨表面。墨滴将沿一倾斜于记录介质的路径飞行，在记录介质上在偏离预期位置的位置处形成墨点。

(1)在该喷墨记录技术中，其中采用以交错方式排列的压电元件阵列，以便将超声波束施加到油墨上喷射墨滴，油墨周期性改变浓度，并且相邻的墨点彼此相对移动。此外，由于用于驱动压电元件的高频信号必须精确控制相位，没有复杂和价贵的驱动电路不能进行相控阵列扫描。

(2)为了在记录介质上按照预期间距形成墨点，用于驱动压电元件的信号需要与用于驱动直接相邻的压电元件的信号具有非常精确的相位差。为了精确地控制各驱动信号的相位，必须采用复杂因而价贵的驱动电路以及用于存储大量相位校正数据的存储器。

(3)利用进行相控阵列扫描的喷墨记录装置，以便将超声波束施加到液体油墨中的一点，将墨滴喷射到记录介质上，假如每个元件包含一个分立的压电层，则压电元件很难按照很小的间距排列以便记录高分辨率的图像。假如无论如何使元件按照这样小的间距排列，装置的成品率将降低。

本发明的目的是提供如下改进的喷墨记录装置：

(1)一种喷墨记录装置，其包含超声波束发生元件的直线阵列，能够记录具有预期分辨率的图像。

(2)一种喷墨记录装置，其包含超声波束发生元件的一个阵列，能够沿按规则的间隔隔开的平行路径在波束发生元件并列的方向喷射墨滴。

(3)一种喷墨记录装置，其按超声波方式控制，通过补偿油墨浓度的周期变化并防止相邻的墨点彼此相对移动，能够沿按照规则的间隔隔开的平行路径喷射墨滴。

(4)一种喷墨记录装置，其包含用于向液体油墨发射超声波束的超声波束发生元件的一个阵列，借此向记录介质喷射墨滴，能够易于记录高分辨率的图像。

(5)一种喷墨记录装置，其包含用于向液态油墨发射超声波束的超声波束发生元件的一个阵列，借此向记录介质喷射墨滴，其中在波束发生元件之间的串扰噪声是很小的。

(6)一种喷墨记录装置，其包含用于向液态油墨发射超声波束的超声波束发生元件的一个阵列，借此向记录介质喷射墨滴，其中超声波束有效地会聚在油墨表面中的一点上，借此高效地喷射墨滴。

(7)一种喷墨记录装置，其包含用于向液态油墨发射超声波束的超声波束发生元件的一个阵列，借此向记录介质喷射墨滴，所述元件具有平面的波束发射面并用来高效地会聚超声波束。

(8)一种喷墨记录装置，其包含用于向液态油墨发射超声波束的超声波束发生元件的一个阵列，借此向记录介质喷射墨滴，并且其中该超声波束有效地会聚在油墨表面中的一点上，墨滴飞行的路径可以精确地控制。

(9)一种喷墨记录装置，其包含用于向液态油墨发射超声波束的超声波束发生元件的一个阵列，借此向记录介质喷射墨滴，并且其中所述阵列具有曲面的波束发射表面和将各分立电极设在该曲面的波束发射表面上，借此，使该阵列的功能好像一个声透镜，以便高效地会聚超声波束。

(10)一种喷墨记录装置，其包含用于向液态油墨发射超声波束的超声波束发生元件的一个阵列，其能够按照比波束发生元件并列的间距为小的间距在记录介质上形成墨滴，并且其具有简单的用于驱动波束发生元件的电路。

(11)一种喷墨记录装置，其包含用于向液体油墨发射超声波束的超声波束发生元件的一个阵列，并且在其中波束发生元件中的每一个都具有一分立的电极，在任何两个相邻的分立电极之间的电耦合和声耦合等同于任何其它两个相邻的分立电极之间的对应耦合，因此，降低了波束发生元件之间的串扰噪声，并最终高效地会聚超声波束。

(12)一种喷墨记录装置，其中超声波束可以被有效地会聚在油墨表面附近的一点上，首先在沿主扫描方向延伸的一个平面中，并且还在沿与主扫描方向垂直的方向延伸的一个平面中会聚，其能够易于记录具有高分辨率的图像。

根据本发明的第一个方面的喷墨记录装置包含如权利要求1所述的特征。在这一喷墨记录装置包括权利要求2、权利要求5的特征。一种改进的喷墨记录装置还包含权利要求6的特征。

用于驱动超声波束发生元件的驱动电路进行直线电子扫描，其结构简单。通过将驱动电路安装在记录头基片上能够制造紧凑的喷墨记录头。假如装用这种紧凑的喷墨记录头，喷墨记录装置可以改进成为一种行扫描喷墨记录装置，该装置能高速操作并能够记录高分辨率的图像。

根据本发明的第一个方面的改进的喷墨记录装置具有一个直线菲涅耳带片(又称为“菲涅耳衍射光栅”或“菲涅耳透镜”)，用于代替圆柱型透镜。该直线菲涅耳带片用作一声透镜，其没有大的凹陷或凸起，也没有弯曲的表面，因而只含小的像差。通过沿副扫描方向(即与主扫描方向成直角的方向)可以可靠地进行光刻的表面内处理已经能够作到这些。

直线菲涅耳带片由两种类型的带条构成，它们交替地并排地排列，以片的中点相对称。第一种类型的每一个带条允许超声波通过，而第二种类型的每一个带条禁止超声波通过或将超声波移动二分之一波长。因此，即使超声波束相对于带条轴线倾斜地被施加时，直线菲涅耳带片的焦距像块状圆柱透镜的焦距一样不会改变。

不同的是，具有凹陷和凸起的块状圆柱型透镜每一个都具有弯曲的表面，而直线菲涅耳带片可以是平的。利用可靠的处理例如光刻就可以制造。其可以高精度地会聚超声波束。

在根据本发明的第一个方面的喷墨记录装置中，更确切地说，可以采用一环形(或圆盘形)阵列，其由环形的超声波束发生元件构成。各元件是同心的，并分为两组。为了使第一组的任一环形元件发射的超声波束和第二组的相邻的环形元件发射的超声波束形成180°(即π)的相位差，要充分使第一组的元件沿一个方向以及使第二组的元件沿相反的方向偏振，以便在整个环形阵列上提供一个电极并向这个电极施加一个驱动电压。

代之可以采用由条形超声波束发生元件构成的直线阵列。各元件并列并分两组。为了使第一组的任一条形元件发射的超声波束和第二组的相邻的条形元件发射的超声波束形成180°的相位差，要充分使第一组的元件沿一个方向以及第二组的元件沿相反的方向偏振。

根据本发明，通过使第一组的任一条形元件发射的超声波束和第二组的相邻的条形元件发射的超声波束形成180°的相位差，能够会聚各超声波束。换句话说，不用声透镜或能够执行透镜功能的超声波束发生元件，就能使超声波束有效地会聚在油墨表面中的一点上。

(1)如权利要求4所述，驱动装置向第一组超声波束发生元件提供第一驱动信号，向第二组超声波束发生元件提供与第一驱动信号反相的第二驱动信号。

当按照第一驱动方式驱动阵列时，在油墨的表面处由第一组元件发射的超声波束的相位与由第二组元件发射的超声波束的相位相一致。当两组元件重复驱动时，每次为n个元件，其中n小于所有元件总数，由于各超声波束发生元件是并列的形成阵列，各墨点可以按照相同的间距形成在记录介质上。

当按照第二种驱动方式驱动阵列时，同时驱动的元件的第一半所发射的各超声波束的相位在同时被驱动的元件组的中点通过的一条垂直线上的一点处是一致的，而同时被驱动的元件组的第二半所发射的超声波束的相位在所述垂直线的一不同点上是一致的。一个墨滴可以从偏离所述垂直线的某一点飞出。在这一点和垂直线之间的距离取决于在该垂直线上两个点之间的距离与油墨层的厚度之比。因此，墨滴可能飞行的位置可以被改变，与超声波束发生元件并列的间距无关。这就使得能够记录高分辨率的图像。

由于仅需要向超声波束发生元件阵列提供相位相反的不同信号，驱动装置可以采用简单的结构。

(2)(权利要求7)

根据本发明的第一个方面的喷墨记录装置可以包含一菲涅耳带片和超声波干涉层以及一超声波束发生元件阵列。驱动各元件发射超声波束。干涉层将超声波束会聚在沿着阵列轴线延伸的第一平面内。菲涅耳带片将波束会聚在与第一平面直角相交的一第二平面内。

在根据本发明的第一个方面的喷墨记录装置中(权利要求9)，

压电层可以由各间隙被完全分割，或者可以具有一些沿厚度方向或宽度方向延伸的槽。最好使所提供的间隙数K满足N/2≥K＞N/n.其中N是所有压电式波束发生元件的数量，n是同时驱动的元件的数量。

如上所述，阵列的压电层由各间隙所分割或者具有一些槽，它们沿阵列的长度方向排列。各间隙或槽屏蔽了在各相邻的超声波束发生元件之间的串扰。因此有效地降低了串扰噪声。

根据本发明的第二个方面的喷墨记录装置包含权利要求10、权利要求11、权利要求12的特征。

这种装置的特征在于，会聚/匹配装置具有一个声匹配元件。声匹配元件有一些根据菲涅耳环理论形成的槽，用于将各超声波束会聚在沿一与主扫描方向直角相交的副扫描方向延伸的平面内。会聚/匹配元件具有的厚度t由下式给出：

  t＝λmx(2n＋1)/4                   …(1)

其中n是大于0的整数，λ_m是在该元件中行进的超声波束的波长。波束在该元件中的速度最好是波束在液态油墨中的速度的整数倍。

假设会聚/匹配元件具有如下的厚度t：

  t＝λmxn/2                        …(2)

在这种情况下，各超声波束在透镜和油墨之间的界面处全部被反射。因而实际上没有波束施加到油墨上。

在会聚/匹配元件表面中形成的槽的厚度d按下式给出：

  d＝1/{2x(1/λi-1/λm)} …(3)

其中λ_i是在液态油墨中传播的超声波束的的波长。假如λ_m大体上是λ_i的整数倍，该元件的每个厚的部分和每个薄的部分满足方程(1)，借此，实现声匹配。因此，超声波束由元件的厚的和薄的部分有效地发射到油墨中，墨滴飞到记录介质上。

为了会聚超声波束，上面介绍的方法中的一种方法可以与下面介绍的方法中的一种方法相结合。在这些方法之中，有利用例如平方函数延迟的方法、利用菲涅耳带片的方法和按组驱动元件的方法。

将声匹配层直接提供在超声波束发生元件的阵列上。根据菲涅耳环理论设计的和平行于主扫描方向排列的各槽将超声波束会聚在沿副扫描方向延伸的平面内。借此波束被发射到油墨中，没有被会聚/匹配元件的厚的部分或薄的部分所反射。因此，波束会聚到油墨表面上，借此使墨滴从油墨表面有效地喷射。

根据本发明的第二个方面的喷墨记录装置其特征在于，衬底材料装在超声波束发生元件阵列的那个表面上，该表面朝着背离油墨容器装置的方向。该基片材料抑制每个超声波束发生元件的残留振动并有助于实现将超声波束有效地施加到油墨中。因此墨滴能够沿着正确的路径喷射到记录介质上。最好，该基片材料由其声阻抗为3×10⁶kg/m²·s或其以上的材料制成。希望该元件具有的衰减系数α满足关系式α×2t×f＜-20dB，其中t为元件的厚度，f为超声波束的频率。

由于喷墨记录头和驱动电路所在的线路板能够抑制每个超声波束发生元件的残留振动和有助于实现将超声波束有效地施加到油墨中，可以省去基片材料。没有基片材料喷墨记录装置将使结构更简单。

根据本发明的第三个方面的喷墨记录装置包含权利要求13，14，15，16，17，18，19的特征。

该第三种喷墨记录装置具有一个成一排排列并均匀间隔的超声波束发生元件的阵列。利用两种类型具有相位差的驱动信号通过重复按组驱动各元件实现直线电子扫描。根据菲涅耳带片的原理，通过弄圆各个元件的宽度和诸元件并列的间距来确定诸组。由于直线电子扫描，各超声波束会聚在油墨表面中的预期点上，并且被会聚的波束形成的波束轴线相对于油墨表面在预期的方向上延伸。因而具有相同尺寸的墨滴沿着平行的路径喷射到记录介质上。结果，具有相同尺寸的墨点形成在介质上，它们沿着超声波束发生元件阵列的轴线均匀间隔。

如上所述，仅有两种类型的驱动信号用于实现直线电子扫描。因而，驱动电路不需要像在常规喷墨记录装置中所需的那样复杂，在常规驱动电路中用于驱动超声波束发生元件的信号必须进行精确的相位控制，以便进行相控阵列扫描。按照输入图像信号，驱动电路向每个超声波束发生元件提供第一或第二种类型的驱动信号。

相邻元件中的奇数元件和相邻元件中的偶数元件可以交替驱动，每组元件同时驱动。在这种情况下，将在记录介质上形成按照两倍间距排列的墨点，假如各元件被重复驱动，每次为奇数元件或偶数元件，墨点即按该间距排列。

构成该阵列的所有超声波束发生元件的数量是在等于最大记录宽度的距离范围内排列的元件数量和为了喷射一个墨滴应当同时驱动的元件数量的和。

阵列的所有超声波束发生元件可以分成各组，各组可以同时驱动，以提高记录速度。在这种情况下，将两组像素信号分别提供到控制要同时驱动的两组(第一组和第二组)元件的两个控制装置，使得由第一组元件发射的某些超声波束与由第二组元件发射的某些超声波束重叠。

通过进行主扫描(即直线电子扫描)和副扫描，喷墨记录装置可以在记录介质上记录二维图像。副扫描的实现是通过沿与主扫描方向成直角的方向移动记录介质。通过逐个地驱动各组的超声波束发生元件可以进行主扫描，同时连续地进行副扫描。在这种情况下，代表与元件组一样多的行的数据项被存储在存储器中，并且被逐个读取提供到控制装置，借此记录沿主扫描方向延伸的一行。

如上所述，该喷墨记录装置能进行直线电子扫描。更确切地说，两种类型的驱动信号即0°相位信号和180°相位信号驱动超声波束发生元件，借此以电子控制方式会聚超声波波束。当重复相控阵列扫描时，墨滴顺序地飞到记录介质上，在介质上形成一行墨滴。为了记录高分辨率的图像，不需要两个或更多个元件阵列交错方式排列。没有交错的阵列，喷墨记录装置不会产生图像噪声并很难形成油墨堵塞。此外，由于当进行相控阵列扫描时，墨滴沿着平行的路径飞行，它们将形成规则间隔的墨点。由于没有曲面透镜，利用可靠和高精度的面内处理例如光刻就可以制造喷墨记录装置，并且能够进行相控阵列扫描或直线阵列扫描，而没有像差等相关问题，不同于具有大的曲面声透镜的喷墨记录装置。

根据本发明的第四个方面的喷墨记录装置包含权利要求20，21的特征。

利用根据本发明的第四个方面的装置，通过向超声波束发生元件阵列提供两种类型不同相位的驱动信号可以进行直线电子扫描。换句话说，用于驱动超声波束发生元件的信号不需要进行精确的相位控制。驱动电路结构可以大为简化。

此外，在驱动电路或在将该电路连接到超声波束发生元件的连线上产生的驱动信号的延迟不会影响装置记录图像的质量。不必要进行特殊测量，以便消除驱动信号的这种延迟。根据第四个方面的装置可以提供，作为一种行扫描喷墨记录装置，其能高速操作，记录高分辨率的图像并且价廉。

根据本发明第五个方面的喷墨记录装置包含权利要求22的特征。

根据第五个方面的装置可以按照两种方式工作。在第一种方式中，包含在阵列中的偶数超声波束发生元件被同时驱动。在第二种方式中，包含在阵列中的奇数超声波束发生元件被同时驱动。在任一方式中，由同时被驱动的元件发射的超声波束会聚在各元件形成的组的中点正上方的一点上。因此，按第一种方式使波束会聚的点与按第二种方式使波束会聚的点是隔开的，隔开距离为超声波束发生元件并列间距的二分之一。

因此，当超声波束发生元件以第一种方式和第二种方式交替地被驱动时，墨滴从油墨表面沿按照元件并列间距的二分之一隔开的平行路径飞行。根据第五个方面的喷墨记录装置能够以常规装置分辨率的二倍的高分辨率记录图像，其中各超声波束发生元件每次按照预定数量的元件进行重复驱动。

用于同时驱动偶数元件的信号的相位设定的方式可以制订得相同于用于同时驱动奇数元件的信号的相位设定的方式。假如相位设定方式是相同的，驱动电路使各驱动信号彼此相关延迟是很容易的。

此外，利用交替反相的信号可以同时驱动任一组的超声波束发生元件，借此发射相位符合菲涅耳衍射理论的超声波束。在这种情况下，驱动电路可以比别的更简单。

根据本发明的第六个方面的喷墨记录装置包含权利要求23的特征。

包含在根据第七个实施例的装置中的声透镜是由例如玻璃或树脂的材料制成，在该材料中声速快于油墨中的声束。该透镜具有一凹面以便将由超声波束发生元件发射的波束会聚到油墨表面中的一点上。另外，该透镜可以具有菲涅耳衍射形状结构，其由沿超声波束发生元件阵列的轴线排列的各带条构成。该透镜这样设计，即它的最厚部分具有的厚度t按照下式给定：

t＜D²/λ其中D是透镜的孔径，λ是通过透镜的超声波束的波长。

通过使用于同时驱动相邻的元件的各信号产生适当的延迟时间，各超声波束会聚在沿波束发生元件阵列延伸的第一平面中。各波束还利用声透镜会聚在与第一平面相交的第二平面中。本发明的发明人已经发现，当各波束如此会聚而形成的单一波束在第一平面和第二平面中基本上具有相同的宽度时，墨滴飞行特别有效。为了在根据第六个方面的装置中达到这种希望的状态，声透镜的孔径要小于同时驱动的超声波束发生元件组的长度。

更确切地说，对于用于同时驱动相邻元件的信号的延迟时间的设定是根据透镜中的声速对油墨中的声速的比以及根据由透镜行进到油墨中的波束的折射角(斯涅耳定律)，使得同时被驱动的元件发射的超声波束会聚在油墨表面中的一点处和第一平面中。此外，声透镜的最厚部分具有的厚度t小于D²/λ，使得超声波束直接通过透镜。由声透镜发出的波束在透镜和油墨之间的界面处按照由透镜中的声速和油墨中的声速确定的角度被折射。最终，超声波束会聚在近于油墨表面的一点上。

假如波束的频率维持不变以及波束传输媒体的特性维持恒定，通过多个波束会聚形成的一个波束的在会聚点的宽度取决于声透镜的孔径和焦距。如上所述，超声波束直接通过声透镜。因此，在油墨表面处的第二平面中具有的由这些波束会聚形成的波束的宽度由油墨层的厚度和透镜的孔径来确定。另一方面，在油墨表面处的第一平面内具有的波束宽度由透镜的厚度和油墨层的厚度之和以及由同时被驱动的元件组的长度来确定。因此能够降低在第二平面中具有的由这些波束会聚形成的波束的宽度。

更希望通过超声波束会聚形成的波束在第一平面和第二平面中具有相同的宽度，以便墨滴可以从油墨的表面以最高的效率飞行。这形成另外的优点，即墨滴实际上是球形的，并在记录介质上形成圆形的墨点。

为了有效利用超声波束具有的方向性，采取某些措施是重要的。首先，这样配置声波源(即振荡器或超声波发生元件)和油墨容器，使得超声波束本身可以会聚在油墨表面。其次，并列n个超声波源(n≥4)，以形成一阵列。第三，按组重复驱动n个超声波源，每次m个相邻超声波源(3≤m＜n)，借此，m个超声波源发射各会聚在油墨表面中的一点的超声波束。第四，改变超声波源的分组，借此移动超声波束的油墨表面的会聚点。

在根据本发发明的喷墨记录头中，此阵列形式排列的超声波源利用控制单元或利用信号分组重复驱动，发射超声波。各超声波沿与油墨表面相关的特定方向传播，并会聚在油墨表面中一特定点上。随着超声波源被分组重复驱动，具有相同尺寸的墨滴顺序由油墨表面沿着平行路径飞到记录介质上。因此，油墨浓度均匀和按规则间隔隔开的墨点形成在介质上，记录高质量的图像。由于能够进行电子聚焦，根据本发明的喷墨记录头能够易于改型成为直线阵列记录头。由于不需要多个以交错方式分布的阵列来形成高密度的墨点，喷墨记录头产生非常小的图像噪声。

经过缝状喷嘴喷射的墨滴也具有相同的尺寸和沿平行的路径飞行。因此油墨浓度均匀和按照规则间隔隔开的墨点将形成在介质上，记录清晰的图像。下面介绍油墨堵塞喷嘴的问题。此外，当喷墨记录头进行相位阵列扫描时，墨滴沿按照规则间距隔开的平面路径飞行，使得不需要校正或控制墨滴的路径。根据这一点，记录头能很好地执行直线喷嘴记录头的功能。根据本发明的喷墨记录装置简单、紧凑并易于维护。

超声波束发生元件阵列包含：具有均匀厚度的压电层、装在压电层一个表面上的公共电极和装在压电层另一表面上的各分立电极。虽然压电层没有被分成各条，它的与各分立电极相接触的部分可以独立地驱动。为了制造该阵列，只要进行蚀刻或湿蚀刻就足以产生各分立电极。为了形成各分立电极不需要进行切割加工。该蚀刻无论干式或湿式都不会在压电层中形成裂纹，使得它能够使压电层的宽度远大于它的厚度。宽度大于厚度，该压电层可以沿它的厚度方向振动，而不会在宽度方向上产生谐振。因此，可以以高成品率制造该阵列，并能够喷嘴射尺寸均匀的墨滴。由于压电层薄，可以利用高频驱动信号驱动各单个压电元件以喷射非常细小的墨滴，使得可以在记录介质上记录高分辨率的图像。

为了降低构成阵列的各压电元件并列的间距，为了使超声波束会聚在延伸到该阵列的一个平面内，最好，将一电极层分成各分立电极而不是不仅分隔电极层而且将压电层分成各条。由于间距被降低，使栅瓣的幅度远小于主瓣或者栅瓣被防止产生，并且将不会引起不需要的墨滴由油墨表面飞出。因此该喷墨记录装置可以记录高质量的图像。

根据本发明的另一种喷墨记录装置包含一基片和压电元件阵列。基片具有弯曲的表面，其上设有该阵列。更确切地说，该阵列包含：安装在基片的弯曲表面上的诸分立电极、装在这些分立电极上的压电层和一装在该压电层上的公共电极。

下面介绍制造阵列的方法。首先，在块状基片的上表面形成各贯通槽。槽的曲面底部具有规定的曲率。接着，在贯通槽中按照预定的间距并列排列各条状的分立电极。利用喷镀之类方法在各分立电极上形成具有预定厚度的压电层。最后再利用喷镀之类方法在压电层上形成公共电极。

分立电极可以利用两种替换的方法形成。在第一种方法中，利用阳极粘接(anode bonding)将形成图形的金属箔粘接到贯通槽上。该形成图形的金属箔具有高精度，可以通过对金属箔进行光刻来制备。在阳极粘接的过程中，热和电场作用到玻璃制的基片和形成图形的金属箔上，该形成图形的金属箔由于静电力的作用被粘接到玻璃上，没有产生变形。在第二种方法中，利用热压之类的方法将不带图形的金属箔粘接到贯通槽中，在箔上形成具有图形的树脂掩膜，并且利用该树脂掩膜通过光刻使该箔产生图形。

由于各分立电极是曲面的并且以微米级的高精度形成，压电元件的阵列可以执行透镜的功能。因此，该阵列发射的超声波束有效地会聚在油墨表面中的一点上。

根据本发明的另一种喷墨记录装置具有一压电元件阵列。该阵列包含分立电极，压电层和公共电极。按下列步骤形成该阵列。首先，将各片状导体和各片状绝缘体交替组合，形成一个矩形方块。然后，在该方块的上表面中形成一贯通槽。接着，将压电层安装在槽内。最后，将公共电极装在压电层上。在这种情况下，分立电极也是曲面的并以微米级的高精度形成，压电元件的阵列可以实现透镜的功能。因此该阵列发射的超声波束有效地会聚在油墨表面中的一点上。

根据本发明的另一种喷墨记录装置具有一压电元件阵列。该阵列包含分立电极、压电层和一公共电极，其特征在于，至少一个在任一端部的压电元件根本不是为了发射超声波束而被驱动。即阵列具有的压电元件比喷射墨滴所需的元件要多。因此，被驱动的平均电容性负载和任何两个被驱动的相邻元件之间的声耦合要比其它类型为小。更确切地说，任何两个相邻的分立电极之间的电耦合和声耦合等同于在任何另外两个相邻的分立电极之间的对应耦合。这就降低了波束发生元件之间的串扰噪声。

除去在阵列端部的那些压电元件以外的所有压电元件被驱动，发射超声波束。由于不同在阵列端部的元件，被驱动的元件位置距油墨容器的器壁相对要远，它们发射的超声波束不会由容器的器壁产生反射。波束的会聚根本不受干扰妨碍。

本发明的另外的目的和优点将在如下的说明中预以介绍，由该说明部分地可明显看出，或者通过实践本发明可以领会。利用在所提权利要求中特别指出的装置以及其综合，可以理解本发明的目的和优点。

引入说明书并构成说明书的一部分的附图用图说明本发明的现有的最佳实施例，它们与上面提供的一般介绍和下面给出的最佳实施例的详细介绍相结合，用于解释本发明的原理：其中：

图1是包含在根据本发明的实施例1—1的喷墨记录装置中的记录头部分的透视图；

图2是解释实施例1—1的记录头部分工作的示意图；

图3A到3E是解释实施例1—1的记录头部分怎样进行相控阵列扫描的示意图；

图4是表示在实施例1—1中具有的菲涅耳带片和压电元件矩阵之间的位置关系的示意图；

图5是表示包含在根据本发明的实施例1—2的喷墨记录装置中的记录头部分的透视图；

图6是解释在实施例1—2中焦点怎样运动的示意图；

图7是表示包含在根据本发明的实施例1—3的喷墨记录装置中的记录头部分的透视图；

图8是沿图7所示的压电元件并列的一行直线所取的剖视图；

图9是表面在实施例1—3中所用的驱动信号的电压波形的示意图；

图10是在根据本发明的实施例1—4的喷墨记录装置中所用的记录头部分的剖视图；

图11是在根据本发明的实施例1—5的喷墨记录装置中所用的记录头部分的剖视图；

图12是表示包含在根据本发明的实施例1—6的喷墨记录装置中的记录头部分的剖视图；

图13是表示包含在根据本发明的实施例1—7的喷墨记录装置中的记录头部分的剖视图；

图14是在根据本发明的实施例1—8的喷墨记录装置中所用的记录头部分的透视图；

图15是实施例1—8的记录头部分的透视图，是沿与如图14中所示的并列的压电元件排相垂直的方向所看到的；

图16是解释信号怎样输入到压电元件矩阵以便证实减少在实施例1—8中的串扰的示意图；

图17是表示用于测量在实施例1—8中的串扰的减少的驱动信号的波形的示意图；

图18是表示在一条无信号输入的线上产生的噪声电压的波形图；

图19是用于和实施例1—8的记录头部分相比较的常规喷墨头的透视图；

图20是解释信号怎样输入到压电元件阵列，以便证实在常规喷墨头中串扰的减少的示意图；

图21是表示根据实施例1—9的喷墨记录装置的记录头部分的示意图；

图22是安装到常规记录头基片上的热头驱动电路的示意图；

图23是表示包含在根据本发明实施例1—10的喷墨记录装置中记录头部分的驱动电路的示意图；

图24是表示包含在根据本发明实施例2—1的喷墨记录装置中的记录头部分的透视图；

图25A和25B是在实施例2—1中使用的记录头部分的剖视图；

图26是包含压电元件阵列的喷墨头的透视图，该矩阵具有声匹配/透镜层；

图27是用于制造图26中所示的压电元件阵列的装置的示意图；

图28是用在图27中所示装置的模具的剖视图；

图29A和图29B是解释图26中所示的压电元件阵列的制造方法的剖视图；

图30A和30B是解释装在根据实施例3—1中的喷墨记录装置中的记录头部分工作的示意图；

图31A和31B是表示用在实施例3—1中的超声波发生元件分组以及提供到各组元件的2相驱动信号的表格；

图32是表示超声波发生元件分组和用于实施例3—1中的菲涅耳带片的理想横断面的示意图；

图33是表示当超声波发生元件按照图32所示分组时的一超声波束在与超声波发生元件的中心各种不同的距离处具有的强度的曲线图。

图34A和34B是解释装在根据实施例3—3的喷墨记录装置中的记录头部分工作的示意图；

图35A到35E是解释实施例3—3的记录头部分怎样进行相控阵列扫描的示意图；

图36A和36B是解释根据本发明的实施例3—4的喷墨记录装置工作的示意图；

图37是包含在根据本发明实施例4的喷墨记录装置中的扫描控制部分的方块图；

图38是图37中所示的扫描控制部分的驱动信号选择器的方块图；

图39是解释在图37中所示的扫描控制部分中各组超声发生元件彼此如何连接的示意图；

图40是装在图37所示的扫描控制部分中的数据选择器的方块图；

图41是表示装在图37中所示的扫描控制部分中的数据选择器的连接的方块图；

图42是包含在实施例4中的，用于在实施例4中进行断续副扫描的记录数据缓冲器的方块图；

图43是表示用于解释当在实施例4中进行断续副扫描时产生的问题的主扫描行的状态的示意图；

图44A和44B是解释当在实施例4中进行断续副扫描时怎样调直主扫描行的示意图；

图45是用在本发明的用来记录多灰度梯度(multi-grayLevel)图像的系统的方块图；

图46是用在根据本发明实施例5—1的喷墨记录装置中的记录头部分的透视图；

图47是解释怎样驱动装在实施例5—1中的压电元件阵列的示意图；

图48是表示在实施例5—1中观察到的在油墨表面上的声音分布的示意图；

图49是解释按照第一种驱动方式驱动在实施例5—3中使用的压电元件阵列的方法的示意图；

图50是解释按照第二种驱动方式驱动在实施例5—3中使用的压电元件阵列的方法的示意图；

图51是表示在实施例5—3中观察到的在油墨表面上的声音分布的示意图；

图52是表示当实施例5—3的压电元件阵列按照第二种驱动方式驱动时飞行的墨滴怎样改变它们的位置的示意图；

图53是包含在根据本发明实施例6—1的喷墨记录装置中的记录头部分的剖视图；

图54是图53所示的记录头部分的一种改进的剖视图；

图55是包含在实施例6—1中的记录头部分使用的压电元件的透视图；

图56是包含在根据本发明实施例6—2的喷墨记录装置中记录头部分的剖视图；

图57是包含在根据本发明的实施例6—3的喷墨记录装置中的记录头部分的剖视图；

图58是包含在根据本发明的实施例6—4的喷墨记录装置中的记录头部分的剖视图；

图59是装在根据本发明的实施例7的喷墨记录装置中的记录头部分的剖视图；

图60是表示包含在实施例7中的记录头部分主要组成部分的剖视图；

图61是表示用在实施例7中的驱动电压波形的示意图；

图62是表示在实施例7中采用的第一种改进的记录头部分的主要组成部分的剖视图；

图63是表示在实施例7中采用的第二种改进的记录头部分的主要组成部分的剖视图；

图64是表示在实施例7中采用的第三种改进的记录头部分的主要组成部分的剖视图；

图65是包含在根据本发明实施例8—1的喷墨记录装置中的记录头部分的透视图；

图66A和66B是表示在实施例8—1中的记录头部分的主要组成部分的示意图；

图67是在实施例8—1中采用的压电元件的剖视图；

图68是装在如图67所示的压电元件上的电极的平面图；

图69A和69B是表示装在根据本发明实施例8-2的喷墨记录装置中的记录头部分的示意图；

图70是在实施例8—2中采用的压电元件的剖视图；

图71是在根据本发明实施例8—3的喷墨记录装置中采用的阵列型喷墨记录头的透视图；

图72是以更详细的方式表示的如图71所示的阵列型喷墨记录头的透视图；

图73A和73B是在根据本发明的实施例9的喷墨记录装置中采用的喷墨记录头的剖视图和平面图；

图74A到74D是解释制造如图73A和73B中所示的喷墨记录头的步骤的透视图；

图75A到75F是解释制造如图73A和73B中所示的喷墨记录头的另一种方法的透视图和剖视图；

图76A和76B是装在根据本发明实施例10的喷墨记录装置中的喷墨记录头的剖视图和平面图；

图77A和77B是制造如图76A和76B中所示的记录头部分的方法的透视图；

图78是表示包含在根据实施例11的喷墨记录装置中的记录头部分的主要组成部分的示意图；

图79A和79B是解释存在于在实施例11的记录头部分中采用的压电元件阵列中的电容性负载和声耦合的示意图；

图80是表示用于和实施例11的记录头部分相比较的常规记录头部分的主要组成部分的示意图；以及

图81是表示实施例11的记录头部分的一种改进的透视图；

下文，将参阅附图详细介绍本发明的各实施例。

图1是在根据本发明的实施例1—1的喷墨记录装置中的记录头部分的一个部分的图解图。在实施例1—1中，压电元件用作超声波发生元件。各压电元件是一维阵列布置。

实施例1—1的特征在于由压电元件阵列发射的若干个相邻的超声波束被强制在由某种材料例如玻璃形成的超声波干涉及层内部彼此进行干涉，然后使之沿主扫描方向会聚，该干涉层还用作声匹配层，特征还在于，将一维菲涅耳带片用于将由压电元件阵列发射的超声波束沿副扫描方向强制会聚的装置。

记录头部分包含：超声波干涉层11，公共电极12、压电层13、单个分立电极14、喷嘴基片(下文有时称为油墨容器)、菲涅耳带片16和驱动电路21。

超声干涉层11还用作在记录头部分和压电元件件阵列10的压电元件支承与油墨18之间的声匹配层，该层例如是由玻璃形成的。在超声干涉层11的底表面上，利用由金属薄膜形成的公共电极12形成压电层13。

压电层13是这样一种材料例如ZnO或PZT层，其是利用一种能够任意控制膜厚度的膜成形法例如喷镀形成在超声干涉层11的所有底表面上(或在其上呈多条状)。在超声波干涉层11的顶表面上，按照与记录点相对应的间距形成若干分立电极14。压电层13的厚度由使用的超声波波长来确定，并且设计使得它的厚度和将压电层13夹在其间的金属公共电极12和分立电极14的等效厚度的总和为超声波的半波长。

公共电极12、压电层13和分立电极14构成压电元件阵列10或超声波发生元件阵列。在图1中，压电元件阵列10仅具有8个元件。在实际的喷墨记录头中，例如长达A4尺寸纸张长度的，具有600dpi的行式记录头在一行中配置大约5000个压电元件。在这种情况下在压电元件阵列10中的各单个压电元件在一行中，是按照由所需记录密度确定的规则间隔配置的。可以使用磁致伸缩传感器阵列代替压电元件阵列10。在这种情况下，磁致伸缩传感器用作压电层13并且分立激磁线圈(磁化线圈)14用作分立电极14。这种配置将在实施例3-3和实施例3-4中进行解释。

在超声干涉层11的顶表面上，其中形成有缝状喷嘴和梯形截面的油墨腔的喷嘴基片15是层叠的，使得该喷嘴和油墨腔可以直接位于在压电元件阵列10之上。喷嘴和油墨腔充满液态油墨18。

在压电元件阵列10和油墨18的边界上，形成一维的菲涅耳带片16。该菲涅耳带片16以这样一种方式形成，即假如距衍射中心的距离为x，通过各不具有相移的超声波的各第一区按照x＝0到1^1/2K，3^1/2K到5^1/2，7^1/2K到9^1/2K，11^1/2K到13^1/2K，…的位置分布，以及各超声波相移为二分之一波长的各第二区按照x＝1到3^1/2K，5^1/2K到7^1/2K，9^1/2K到11^1/2K，13^1/2K…的位置分布。其中P是喷嘴基片15的焦距或厚度，λ是所用超声波的波长，并且K＝(λP/2)^1/2。由于各第一和第二区彼此相对仅差二分之一的波长，只有一种或者为第一区或者为第二区利用光刻法形成的一金属蒸发膜。其厚度确定为大约几μm到几+μm，以便使得由于在油墨中的低声速形成的差能够产生二分之一波长相位差。

参阅图2A和2B将解释实施例1-1的工作。

一种典型的相控阵列扫描技术是将在压电元件阵列中的一特定数目的相邻压电元件分组成为一个单元，并且驱动这些适当移动相位的各单元，使得各单元发射的超声波束通过逐个移动要被驱动的压电元件可以彼此干涉。这里，在实行直线扫描的情况下，使用4个压电元件作为一个单元。

如图2A和2B所示，由特定频率的交流电流构成的脉冲波电压和脉冲序列施加到4个压电元件的分立电极14₁到14₄。

在这种条件下，当一特定相位的脉冲波电压施加到4个压电元件中的两个内侧的元件14₂、14₃上，以及将领先该施加到2个内侧压电元件的分立电极14₂、14₃上的脉冲波电压的一个脉冲波电压施加到两个外侧的压电元件的分立电极14₁、14₄上时，由各个压电元件发射的超声波束彼此干涉，沿压电元件在压电元件阵列10排列的方向(下文称为阵列方向)或沿主扫描方向形成透镜效应。在超声波干涉层11中，各波束沿与压电元件阵列10相垂直的方向(沿副扫描方向)绝不会会聚。

到达，油墨腔的边界的各超声波束借助于菲涅耳带片16以这样一种方式形成透镜效应，即它们沿与压电元件阵列10相垂直的方向(即副扫描方向)产生向心会聚。更确切地说，沿主扫描方向的超声波束的会聚开始于还用作声匹配层的超声波干涉层11的内侧，并且扩展到在喷嘴基体15中的油墨18，另一方面，仅在喷嘴基体中的油墨18内部产生沿副扫描方向的会聚。各趋声波束沿主扫描和副扫描方向被聚焦在喷嘴基体15的顶表面处的窄缝开口处维持静止的油墨表面上。

按照这种方式，被会聚的超声波束的压力迫使墨滴由油墨表面飞行以便在记录介质上例如记录纸上(未表示)记录图像。利用这种记录方法，当利用如图3A到3E由所示的4个压电元件超声波求强制会聚到一点时，在一行被分为4或更多段的情况下进行分段驱动，各段中的每一段利用原有定时的四分之一来驱动。即通过利用4个压电元件作为一个单元进行直线扫描必须实现沿主扫描方向的移位。

下面简要解释图3A到3E的工况。

图3A以图形表示的情况为一个脉冲波电压施加到被分组的分立电极14₂到14₅中的两个内侧电极14₃、14₄上，以及一个领先该施加到两个内侧分立电极14₃、14₄的脉冲波电压的脉冲波电压施加到两个外侧的分立电极14₂、14₅上。

图3B以图形表示的情况为，一个脉冲波电压施加到下一分组的分立电极14₃到14₆中的两个内侧电极14₄、14₅上，以及一个领先该施加到两个内侧分立电极14₄、14₅上的脉冲波电压的脉冲波电压施加到两个外侧的分立电极14₃、14₆。

图3C以图形表示的情况为，一个脉冲波电压施加到被分组的分立电极14₄到14₇中的两个内侧的电极14₅、14₆上，以及将一个领先该施加到两个内侧分立电极14₅、14₆的脉冲波电压的脉冲波电压施加到两个外侧的分立电极14₄、14₇上。

图3D以图形表示的情况是，将分立电极14₁到14₈分为分立电极14₁到14₄的一组以及分立电极14₅到14₈的一组，并且同时驱动这两组以便按照特定的间距喷出两个墨滴。

图3E所示状态与图3A相同。

实际上，希望构成一组的压电元件数为20或其以上。

如上所述，通过对在压电元件阵列10中的压电元件分组，顺序地重新组合该分组以及根据在该分组中的压电元件13的位置改变和施加脉冲波电压，总是迫使具有恒定大小的墨滴沿着恒定的方向直线地飞行，其取消了用于控制墨滴飞行方向的机构，极大地有助于简化记录装置。

此外，通过顺序地改变在压电元件阵列10中的分组，和选择性地根据各元件在分组中的位置将特定的交流电压或脉冲波电压提供到压电元件13上，可以改进超声波束的能量密度，减轻墨滴尺寸的变化，进行高质量的记录。

在实施例1—1中，已经解释了按照4个压电元件为1单元的直线扫描。对于以直线扫描方式驱动压电元件阵列，一个单元的元件数即用于记录一个像素的压电元件数并不限于一个单元4个压电元件。通过利用更多个压电元件，超声波束向心会聚的侧瓣被降低，能量密度被提高，因此，减小了墨滴的变化并降低了压电元件阵列10的驱动电压。

实施例1—1的特征在于，一维菲涅耳带片16被用作迫使由压电元件阵列10发射的超声波束沿副扫描方向会聚。利用一维菲涅耳带片16迫使超声波束沿副扫描方向会聚的效果如下。一个声的圆柱形透镜被用作沿副扫描方向的超声波束会聚装置，该透镜采用一种沿压电元件阵列在副扫描方向上具有相同横截面的块状材料构成。利用相控阵列扫描迫使各超声波束会聚具有一具有向心的波面，然而在这些超声波束之中近于中心的、成直角射到透镜表面，而在超声波束两端则以倾斜方式射到透镜表面。当F数(＝焦距/透镜孔径)降低到1以便增加能量利用率时，在两端对纵轴的入射角增加到大约30°。当相对于纵轴的入射角增加时，沿入射波束前进方向的透镜表面曲率变大，因此缩短了在该部分处入射的超声波束的焦距。因此，超声波束不能在一点上聚焦。这使得效率非常低。由于墨滴的尺寸不规则和不稳定，画面质量不佳。因此，要使喷墨打印机正常工作是困难的。

与之不同，当一维的带片16被用于迫使超声波束沿副扫描方向如在实施例1—1中会聚时，即使超声波束的入射角相对于波束在一层中延伸的方向变化时，焦距也不会改变。因此，采用块状材料的圆柱形声透镜所带来的问题被解决了。

此外，在生产方法中带有这种直线图形的菲涅耳带片16是有益的。特别是，在实施例1-1中，如图4中所示，在玻璃基片的上表面上，超声波干涉层11还作为声匹配层，菲涅耳带片16带有主扫描方向延伸的直线图形。在该玻璃基片的底面上，带有在副扫描方向延伸的直线图形的诸分立电极14形成在公共电极12与压电层13的叠合层上。由于每个图形由没有拐角的直线组成，所以能精细、精确和独立地生产它们。定位该玻璃基片的上下图形以便使他们结合的精度可以低于形成每个图形的精度。因此，使用易于操纵的生产方法能生产适于高分辨率的图形。

此外，使用一维菲涅耳带片16的另一个优点是不像使用曲面松散材料的柱面透镜那样，该菲涅耳带片16避免焦点根据超声波束的入射角而运动和像差的出现。

(实施例1—2)

图5表示根据本发明实施例1—2的记录头的结构。在实施例1—2中，用来迫使超声波束在主扫描方向会聚的装置使用相控阵列扫描，如在实施例1—1中那样，而使用曲面松散材料的柱面透镜20作为迫使超声波束在副扫描方向会聚的装置。

在这个实施例中，如图6中所示，由于在中部(7A-7A′)以直角射到透镜20上的波束的焦距(fa)不同于在端部(7B-7B′)倾斜地射到透镜20上的波束的焦距(fb)，所以该会聚特性比实施例1-1中的差。而且，因为来自两端的波束都在复杂的三维平面中衍射，所以发生像差。

因此，实施例1—2的记录头在产生喷射的墨滴的能量效率和墨滴的均匀性方面次于实施例1—1的记录头。由于柱面透镜20的凹下侧原封不动地用作墨室，所以前者具有提供大横截面墨道的优点。因而，在高速记录的情况下，实施例1—2的记录头具有如下诸优点：能提供足够量的油墨以应付该速度、由于在喷嘴处油墨溶剂的蒸发造成的油墨浓度的变化较小，及喷嘴的堵塞较不易于发生。

在下文中，将说明描述压电元件的结构特征的实施例1-3至实施例1—8。

(实施例1—3)

图7是在根据本发明实施例1-3的喷墨记录装置中的记录头部分的透视图。

实施例1—3的特征在于：一个单一压电元件提供有多个分立电极，并且从该单一压电元件产生多种超声波。

在图7中，一个压电元件阵列10包括具有恒定厚度的长板压电层13、在该层的一侧上形成的一个公共电极12和在该层的另一侧上形成的多个分立电极14。即，压电层13、公共电极12、和诸分立电极14构成一维排列的多个压电元件。

在公共电极与压电层13相反的表面上，形成一个声透镜11。声透镜11，例如，由一块玻璃板形成，在压电元件阵列10的相对侧的表面上带有一个凹下的表面，并且起一个声凹透镜的作用。在声透镜11上，放有墨盒15。在墨盒15中，在声透镜11的凹下表面上形成一个逐渐变窄以便包住来自该压电元件阵列的诸超声波束的通道的墨室。该墨室装有液态油墨18。

在该玻璃板的底面上，装有一个声透镜11的元件、一个集成驱动电路(在下文中，称为驱动集成电路)21。驱动集成电路21经在该玻璃板上的布线图形连接到公共电极12和诸分立电极14上。

根据要记录的图像数据通过驱动压电元件阵列10，驱动集成电路21以如下方式进行线性电子扫描，即一个接着一个地驱动在阵列方向(压电元件的排列方向，主扫描方向)的n个相邻的压电元件的诸块。特别是，具有特定相位差的诸高频驱动信号供给在选择的块中的n个压电元件，并且同时驱动这些压电元件，由此导致从压电元件阵列10发射的超声波束在主扫描方向会聚。更具体地说，如在图8中所示，如果在压电元件阵列10中的元件总数是N，并且同时被驱动的压电元件的数量是n，则以在他们之间的特定相位差同时驱动第一至第n个压电元件。然后，以在他们之间的特定相位差同时驱动第二至第(n＋1)个压电元件。类似地，每驱动一次诸压电元件，同时被驱动的诸压电元件的位置就移动一个元件，由此使被强迫会聚的超声波束的方向在主扫描方向线性地移动。该驱动信号的波形可以是如图9中所示的矩形脉冲或正弦脉冲。改变用来驱动n个压电元件的相位差意味着改变开始施加图9的驱动信号的定时。

通过声透镜11迫使从压电元件阵列10发射的并被迫在主扫描方向会聚的超声波束进一步在垂直于主扫描方向的方向(副扫描方向)会聚，并最终以点的形式会聚到油墨18的液面上。由会聚在油墨液面处的诸超声波束产生的压力(辐射压)在油墨液面处生长一个锥形油墨月形液面，并且在短时间内，从该油墨月形液面的顶部喷射一滴油墨。该喷射的墨滴直接飞到记录介质(没表示)上，并粘附到该记录介质上，再干燥和固定，由此实现图像记录。

此处，确定飞行墨滴尺寸的参数之一是超声波的频率。由于压电元件阵列10利用沿压电层13的厚度的共振来辐射超声波，所以由压电层13的厚度确定该频率。由于该厚度与该频率成反比，所以压电层越薄，频率越高。因此，具有较高分辨率的打印机需要较高频率的超声波，并因此必须选择压电层13的类型和结构。

除了由分辨率确定该厚度之外，用来选择压电层类型的主要条件是指示把电输入转换成超声波输出的效率的机电耦合系数和对与驱动集成电路的电匹配具有影响的介电常数。陶瓷如钛酸锆(PZT)和氧化锌，大分子材料如1，1二氟乙烯和三氟代乙烯的共聚物，单晶如铌酸锂被用于该压电层。实际上，就压电层13的结构和性能来说，PZT适于具有600dpi(每英寸点数)或较低分辨率的打印机，而ZnO适于具有高于600dpi分辨率(频率)的打印机。当磨削用于压电层的大块PZT时，一个粘合层插在公共电极12与声透镜11之间，该层在图7中没有表示。

利用薄膜技术如钛、镍、铝、铜、或金的蒸发或溅射，或者利用根据使用与银膏混合的玻璃粉网的印刷术的烘熔技术，形成电极12和诸电极14。而且，声透镜11由玻璃或树脂形成。当使PZT粘附到声透镜11上时，要考虑透镜材料的可加工性和在压电层13中与油墨18的声匹配。可是，当利用溅射淀积ZnO时，除以上因素外，还要考虑溅射时的温度和压电层定向的简易性。

(实施例1—4)

图10是在根据本发明实施例1—4的喷墨记录装置中记录头部分的主要部分的剖视图。这是一个使用在特定位置带有直线槽的菲涅耳透镜作为声透镜11来代替图7的凹透镜的例子。在诸槽之间的距离r_i和深度d用下式表示： $\mathrm{ri}=\{\left(\frac{(2i-1)\mathrm{\λw}}{2}\right)\×(F+\frac{(2i-1)\mathrm{\λw}}{8}){\}}^{1/2}$

(i＝自然数) $d=\frac{1}{2\·x(\frac{1}{\mathrm{\λw}}-\frac{1}{\mathrm{\λ}1})}$ 其中γ_i是离开透镜孔径中心的距离，λ_ω是超声波在油墨中的波长，而λ_i是超声波在透镜中的波长。

(实施例1—5)

图11是在根据本发明实施例1-5的喷墨记录装置中的记录头部分的主要部分的剖视图。在这个实施例中，通过使用圆柱部分来代替使用声透镜把压电元件阵列10形成凹下形状，迫使超声波束在副扫描方向会聚。在这种情况下，压电元件阵列10支承在压电元件支承17上。

(实施例1—6)

图12是在根据本发明实施例1—6的喷墨记录装置中的记录头部分的主要部分的剖视图。在这个实施例中，在声透镜11与压电元件阵列10相对的一侧上形成一个声匹配层11′。

(实施例1—7)

图13是在根据本发明实施例1—7的喷置记录装置中的记录头的主要部分的剖视图。而在实施例1—4中，菲涅耳透镜的声透镜11也起用于压电元件阵列10的支承的作用，在本实施例中，分别提供有压电元件支承17和声透镜11。

把图7的基本结构作为例子，说明一个与实施例1—3至实施例1—7有关的更具体的实施例。使用五块具有相对磁导率2000的4.5cm长的PZT压电陶瓷板作为压电层13，其共振频率确定为50MHz(对于40μm的厚度)。在安装时，把这五块陶瓷板布置在声透镜上，并通过按如下顺序溅射到0.05μm、0.05μm和0.2μm的厚度，接着在2kv/mm的电场下进行极化处理，在两侧形成一个钛/镍/金电极。此后，通过在压电层13的一侧上蚀刻电极，以15μm的间隔形成3000个60μm宽的分立电极14(压电元件排列节距为75μm)。然后，压电层13、在另一侧的公共电极12、和这些分立的电极14构成压电元件阵列10。

一块1mm厚的硼硅酸玻璃被用作声透镜11并加工成凹面以便提供一个2.3mm曲率和1.5mm孔径的透镜。用环氧树脂粘合剂把声透镜11粘合到压电元件阵列10上，从而声透镜11的孔径(凹面)可以与压电元件阵列10的电极位置对准。然后，提供一个墨盒15并连接驱动集成电路21，如图7中所示，以这种方式形成喷墨头。油墨18的深度定为3mm而从公共电极12到油墨液面的距离定为4mm。

其次，作为一个比较例，根据上述的详细说明通过用钻石轮划片机的切削生产压电元件阵列。特别是，以与以上实施例相同的方式在40μm厚PZT压电层的两侧上形成诸电极，再用环氧树脂把该生成层粘合到声透镜材料上。此后，通过使用带有15μm刀片的钻石轮划片机，就声透镜材料的部分而论制成诸槽，从而可以完全切去压电层。

通过使用实施例1—3至1—7和第一比较例测量阻抗特性，检查是否有缺陷裂缝。结果，在实施例1—3至实施例1—7中，3000个压电元件没有一个有缺陷，而在第一比较例中，3000个压电元件中有467个呈现出较高的阻抗。当通过显微镜观察高阻抗的地方时，在压电层的排列方向发现裂缝。此后，把第一比较例的喷墨头浸入环氧剥除剂中以便从声透镜上分离。然后，检查该压电层，并清楚地发现该层已被损坏。

作为第二比较例，生产一种具有足够大切去节距以防止损坏压电层的喷墨头。频率同样为50MHz并使用40μm厚的PZT压电层。在该压电层的两侧，按第一比较例中那样形成诸电极，再用环氧树脂把该生成层粘合到声透镜材料上。此后，通过使用带有15μm厚刀片的钻石轮划片机，就声透镜材料的部分而论，制成具有150μm节距的诸槽。压电元件的数量是15000。当确定喷墨头的阻抗特性时，没有发现缺陷裂缝。

其次，当使用实施例1—3至实施例1—7和第二比较例测量在水中的声场，并在-10dB的中心轴处比较超声波束的诸波束宽度和栅格水平(grating grove level)时，发现在诸实施例中波束宽度是0.16mm而在第二比较例中是0.20mm，在诸实施例中栅格水平是-17dB而在第二比较例中是-6dB。即，在诸实施例中在中心轴处的波束宽度较窄，能使超声波束更好地会聚，但差别并不明显。可是，在诸实施例中栅格水平低11dB。这意味着在比较例中，有从不相干的点飞出油墨的可能性，而实施例1—3至实施例1—7没有这一问题。

其次，实际进行了墨滴飞行试验。施加到该压电元件阵列上的驱动信号电压波形是20MHz的矩形脉冲，波的数量是500个(25μs)，而电压是100v。在实施例1—3至实施例1—7中，当在压电元件阵列的2000个元件分成20个元件的诸块并同时驱动一块时，墨滴仅从中心轴喷射。可是，在第二比较例中，除了来自中心轴的那些墨滴外，还从靠近1500个元件一侧的地方即已经出现栅格的地方喷射墨滴。该现象的检查表明，由于记录头的轻微倾斜发生了来自不是中心轴的地方的墨滴飞行。发现调整该记录头非常困难。当不仅要切去诸分立电极而还要切去压电层时，切去节距加宽到防止损坏诸电极和压电层是不实际的。

以上结果不仅适用于声透镜11是凹透镜的情形，而且还适用于声透镜是菲涅耳透境的情形和压电元件具有图11中凹下形状的情形。在凹下压电元件的情形中，把压电元件形成凹面然后再切去该凹下元件形成阵列是困难的。而且，当使用较高频率来产生较小墨滴时，在该压电元件阵列的排列节距必须制得较窄以便消除栅格的影响。为此，如同本发明一样，反划分诸分立电极以形成阵列就有效得多。

如上所述，对于实施例1—3至1—7，通过仅阵列划分诸分立电极而不切去压电层，在该压电元件阵列上的排列节距能制成小于该压电层以及诸分立电极被阵列划分时的节距而不降低生产效率。此外，这些实施例在产生较高频率的超声波方面是有效的，从而能容易地实现高分辨率记录。

(实施例1—8)

图14是在根据本发明实施例1—8的喷墨记录装置中的记录头部分的透视图。

实施例1—8的特征在于：在压电元件阵列中，至少在压电层的纵向侧的一部分中制成诸缝隙或槽。

在图14中，压电元件阵列10包括是一块具有恒定厚度长板的压电层13，一个在该层的一侧上形成的公共电极12和在该层的另一侧上形成的诸分立电极14。即，压电层13、公共电极12，和诸分立电极14构成一维排列的多个压电元件。

如下材料适用于压电层13。作为具有大机电耦合系数的典型压电层的一种，给出了PZT(Pb(Zr，Ti)O₃)。由于其相对磁导率高达500至2000，所以在高频驱动中其阻抗下降得太多，因此不能使用。它适用于低频驱动。对于具有相对磁导率仅为10左右、适用于高频驱动的压电层，所需的是在陶瓷材料中的ZnO和在有机材料中的PVD(聚乙烯—二苯基氟化物)。

在公共电极12与压电层13相对的表面上，形成一个声透镜11。声透镜11是带有在实施例1—8中的特定位置中的诸直线槽的菲涅耳透镜，还可以是通过在玻璃板表面上形成凹面而生产的透镜。在声透镜11上，放有一个墨盒15。在墨盒15中，在声透镜11的凹下表面上形成一个逐渐变窄以便包住来自该压电元件阵列10的超声波束的通道的墨室。该墨室装有液态油墨18。

如此建造的记录头部分与驱动集成电路21一起安装到布线基片21a上。驱动集成电路21经在布线基片21a上的布线图形(没表示)连接到公共电极12上并经连接线进一步连接到诸分立电极14上。

在这个实施例中的基本图像记录操作与实施例1—3中的相同。特别是，根据要记录的图像数据通过驱动压电元件阵列10，驱动集成电路21以如下方式进行线性电子扫描，即在阵列方向(主扫描方向)一个接着一个地驱动n个相邻的压电元件的诸块。特别是，具有特定相位差的高频驱动信号供给在选择的块中的n个压电元件，并且同时驱动这些压电元件，由此导致从压电元件阵列10发射的超声波束在主扫描方向会聚。类似地，每驱动一次诸压电元件，同时被驱动的诸压电元件的位置就移动一个元件，由此使被强迫会聚的超声波束的方向在主扫描方向线性地移动。

通过声透镜11迫使从压电元件阵列10发射的并被迫在主扫描方向会聚的超声波束进一步在垂直于主扫描方向的方向(副扫描方向)会聚，并最终以点的形式会聚到油墨18的液面上。由会聚在油墨液面处的超声波束产生的压力(辐射压)在油墨液面处生长一个锥形油墨月形液面，并且在短时间内，从该油墨月形液面的顶部喷射一滴油墨。该喷射的墨滴直接飞到记录介质(没表示)上。并粘附到该记录介质上，再干燥和固定，由此实现图像记录。

图15是在图14中所示的喷墨头中的压电元件阵列10的透视图，从垂直于阵列方向的方向观察。如在该图中所示，在压电层13中制成一个缝隙22以便通过横跨厚度的层的纵向侧(阵列方向)的至少一部分。所要求的是：在压电层13中制成的缝隙22的数量K应该在N/Z≥K≥N/n的范围内并以有规则的间隔提供，其中N是构成压电元件阵列10的压电元件的总数，而n是同时被驱动的压电元件的数量。

当根据N个构成压电元件阵列10的压电元件把压电层13划分成N片时，串音干扰最小。把压电层13划分成单独元件导致成批生产率的显著下降。如果缝隙的数量设定为N/2≥K，则在诸缝隙22之间的距离为100μm或更大。从而，通过用切割机深深地切入压电层中，能容易地制成缝隙22。如果缝隙的数量最小在K≥N/n的范围内，则降低串音的效果总会出现在对喷射的各个墨滴的驱动中。由于缝隙22的宽度非常小，所以，如果该量值的压电层对应于n条信号线或者与该量值的整倍数一样大，则该效果不会改变。以压电层的厚度或宽度部分制成的这样的缝隙产生类似的效果。

描述一个更具体的实施例。使用对于缝隙最小数量K≥N/n具有每n个压电元件(在图15中n＝14)一个缝隙的压电层，如图15中所示，测量产生的串音。通过用切割机在1.05mm宽的烧结材料中制成诸槽并进行自动切割操作来生产该压电层，该切割机带有十个刀片，其布置使得平行于该材料运动，其中切割机平行移动。

图16示意地表示压电元件10、压电层13、和诸分立电极14，以便说明信号如何加到该阵列上以检查降低串音的效果。当在图17中所示的100MHz脉冲波形的驱动信号电压仅加到在一个喷射单滴油墨的的块中的(n个)压电元件的中心部分和两个端部的时候，测量在靠近缝隙22的、没有施加驱动信号电压的诸线上产生的噪声或串音。尽管不应该在这些线上发现输出波形，但以在图18中用虚线表示的输出波形的形式测到了噪声。其幅值是4％或更小(图18具有放大的图17的纵坐标)并且没有相位移。使用带有这些缝隙的压电层13，制造如在图14中所示的喷墨头。然后，当在打印机上操作该喷墨头时，在30秒内能得到一张具有600dpi高分辨率的A4尺寸的单色打印件。

作为一个比较例，使用在图19中所示的压电层13制造喷墨头。除了没有制造缝隙外，在图19中所示的压电层13与在该实施例中的相同。象图16那样，图20示意地表示压电元件10、压电层13、及诸分立电极14，以便说明信号如何加到该阵列上。如在该实施例中那样，当在图17中所示的100MHz脉冲波形的驱动信号电压仅加到中心部分和两个端部的时候，测量在靠近缝隙的没有施加驱动信号电压的诸线上产生的串音干扰。以在图18中用实线表示的输出波形的形式测到了串音干扰。串音干扰的幅值是8％或更小，大于在该实施例中测到幅值的两倍。

如上所述，用实施例1—8能把串音抑制到低水平，从而能实现需要高频驱动的高分辨率喷墨记录。在该压电层上仅需形成相当小数量的盖以形成喷墨头，保持了批量生产率。

(实施例1—9)

图21表示根据本发明实施例1—9的记录头部分的结构。在通过仅使用一维菲涅耳带片16迫使超声波束会聚而不影响相控阵列扫描方面，实施例1—9不同于实施例1—1。

在实施例1—9中，从压电元件阵列10发射的超声波束的波长与在压电元件阵列10上的节距相比被设定为足够小的值。这样短波长的超声波束直线前进而不在垂直于压电层13的表面的方向散射，穿过墨室，并射到油墨18的表面上，由此喷射一个具有接近于在油墨18中的波长的尺寸的墨滴19，就是说，就必要的分辨率而论该墨滴具有足够小(或太小)的墨滴尺寸。

根据发明人所进行的试验，即使当用与对应于在实施例1—9中那样的超声波束的波长的飞行墨滴19相比的相当长的波长的超声波束击中油墨18的表面时，墨滴19也能从超声波束的中央部分精确和稳定地飞行，因为超声波束具有强度径向向外减弱的强度分布。

通过进行迫使墨滴连续地直接飞到同一像素上以使点变深的多重记录(或重写)，就能解决飞行墨滴19与分辨率相比太小的问题。仅通过以高速重复循环产生墨滴的方法，就能把利用重写使像素变深的操作付诸实用，该方法通过迫使后来的飞行墨滴在前面的飞行墨滴已被记录纸张吸收之前到达，使诸点能够在墨滴中相互合并。因此，这是一种仅属于特征为高速记录的喷墨记录装置的效果。

而且，对于实施例1—9，由于在主扫描方向的分组不是必要的，所以在单次操作中能喷射多个墨滴并能减小记录时间。

(实施例1—10)

对于本发明的喷墨记录装置，恒定频率的交流电压或脉冲电压以脉冲的方式加到压电元件阵列10上，然后，压电元件阵列10产生与该频率同步的超声波束。在这种情况下，为了使在实施例1—1和实施例1—3中的相控阵列扫描有效，必须设定从相邻压电元件产生的超声波束的相位，从而可以使诸超声波束分别聚焦到特定位置上。

在实施例1—10中，将说明用于在实施例1—1和实施例1—2中的喷墨记录装置的记录头的驱动电路的构造。

用于相控阵列扫描的驱动电路整体地安装到一块在其上面压电元件阵列产生超声波束的记录头基片上，这种结构是新的并产生独特的效果。

众所周知，在使用超声波束的喷墨记录装置中，飞行墨滴主要取决于超声波的频率。为了得到用于打印机的必要的分辨率，需要从几十MHz到几百MHz的驱动电压频率。为了把这样高频率的电压施加到每个压电元件上以驱动压电元件阵列并以必要的精度控制用于相控阵列扫描的驱动相位，必须在毫微秒(10^-9秒)的量级上考虑由于长布线距离造成延迟量和在扫描电路中延迟的变化。关于这一问题，本发明人制造了如下电路并进行了试验以比较性能。特别是，在性能方面相互比较产生使用频率的如下三种类型的振荡器：

(A1)一种阻容振荡器，包括一个由在每个集成电路芯片中的一个电容器和一个电阻器制成的延时电路和一个缓冲电路。

(A2)一种包括多个串联连接的缓冲电路的环形振荡器。

(A3)一种构造，其中来自外部石英晶体振荡器的信号经在记录头基片上的印制导线引导到一个集成电路。

在性能方面相互比较如下三种类型的用于延迟控制以便提供在驱动每个压电元件时相控阵列扫描所必需的相位差的延时电路：

(B1)一种包括每个集成电路芯片中的一个电容器和一个电阻器的延时电路。

(B2)一种包括多个串联连接的缓冲电路的延时电路。

(B3)一种构造，其中多个在该电路外延迟的信号经多个在记录头基片上的印制导线引导到该集成电路。

比较结果表明，能使在每个电路中的误差和相邻电路之间的误差最小并能得到必要的精度的方法是(A3)和(B3)。

以上结果建议用来驱动诸分立压电元件的电路需要一个数据选择电路。因为靠近驱动电路并与这些电路并联而提供的并且每根都提供不同相位的脉冲串以便根据各自的计时选择必需相位的脉冲的印制导线，要求把驱动电路布置在记录头基片上，所以这些驱动电路需要一个数据选择电路。对于本发明，通过提供数据选择电路，能够实现一种紧凑、简单的驱动电路，该驱动电路具有把具有相控阵列扫描所必需的精确特定相位差的脉冲电压加到压电元件阵列上的功能。

安装在记录头基片上的紧凑驱动电路集成电路的最典型的例子之一是热头驱动集成电路。如图22中所示，该热印头驱动集成电路一般包括：一个图像数据转移移位寄存器31，能从另一个芯片输入或输出给另一个芯片；一个锁存器32，并行地接收经移位寄存器31发送的图像数据；及一个门/驱动器33，根据在锁存器32中保持的图像数据控制确定计时和宽度的公共脉冲的通过。用来自门/驱动器33的输出脉冲电压驱动在热头TPH中的加热点(耐热元件)。

为了使用超声波束驱动喷墨记录装置中的压电元件阵列使相控阵列扫描有效，图22的门/驱动器33必须用另一个电路来替。如上所述，为了实现相控阵列扫描，要求应该从几个具有不同相位的连续脉冲串中选择必需的脉冲串。因此，末级必须是一个数据选择器而不是一个门。因而，在使用超声波束的喷墨记录装置中的记录头驱动集成电路包括移位寄存器31。锁存器32、及数据选择器/驱动器34，如图23中所示。

在图23中，移位寄存器31根据时钟脉冲输送串行输入的图像数据。在移位寄存器31中接收的图像数据并行地输送给锁存器32，锁存器32暂时储存这些图像数据。在锁存器32中暂时储存的图像数据中对应于两个相邻压电元件的数据项作为控制码S11、S21、S12、S22、S13、S23、S14、S24…(其中没有表示S14、S24)供给数据选择器/驱动器34。具有不同相位的多个脉冲串1、2、3…输入给数据选择器/驱动器34，该数据选择器/驱动器34根据从锁存器32供给的控制信号码选择脉冲串1、2、3…的任一串。该脉冲串被放大到适当的电压值再加到对应于压电元件的分立电极上，由此驱动压电元件。通过这种操作，能实现相控阵列扫描。

作为通过使用在实施例1—1中的图2A至3E的四个相邻压电元件作为一个单元并在移动相位的同时驱动他们而使线性扫描有效的一个例子，具体地说明记录头驱动电路的操作。关于从锁存器32供给给数据选择器/驱动器34的控制信号码被设定为S11＝0、S12＝1、S21＝1、S22＝0、S13＝1、S23＝0、S14＝0、及S24＝1的情形，将做出说明。

例如，把具有超前于2的相位1的脉冲波的电压加到四个压电元件的两个外侧压电元件，而把具有相位*2的脉冲波的电压加到两个内侧压电元件上，后一电压迫使超声波束在主扫描方向会聚并射到油墨上，如图2B中所示。通过在一个图像数据处理电路(没表示)处把原像数据转换而得到的数据输入给移位寄存器31，从而使控制码S11、S21、S12、S22、S13、S23、S14、S24…在形成记录像素时取以上的值。当原像数据是0时，或者是不形成记录像素的数据时，输入给移位寄存器31的图像数据在图像数据处理电路处受到转换，从而可以使所有的S11、S21、S12、S22、S13、S23、S14、S24…均为0。

在实施例1—10中的驱动电路在如下几个方面是新的：

(1)末级不是一个单门，而是一个数据选择器(数据选择器/驱动器34)。

(2)提供有多根用来提供在数据选择器/驱动器34处选择的脉冲串的信号导线，作为用于在记录头基片上的各个压电元件的公共线。

(3)用来控制数据选择器/驱动器34的多位信号输入给用来把图像数据输入给移位寄存器31的串行输入线。

就第三个特征而论，并行输入可以用来代替图23的串行输入。前者具有在驱动集成电路上输入/输出端子的数量较小的优点，而后者具有输送速度不必降低的优点。

对于记录头驱动电路，当必须控制飞行墨滴的大小时，使用从不同频率的连续脉冲串中选择必需的脉冲的构造，使实现该控制变得容易。

已经描述了本发明的基本构造。在实施例3—1至实施例3—3中，将说明压电元件(振荡器)的分组。

(实施例2—1)

图24是在根据本发明实施例2—1的喷墨记录装置中的记录头部分的透视图。图25A和25B表示在实施例2—1中另一种喷墨记录装置的记录头。

实施例1—3的特征在于声匹配层。

在图24中，压电元件阵列10包括是一块具有恒定厚度长板的压电层13、一个在该层的一侧上形成的公共电极12和在该层的另一侧上形成的诸分立电极14。即，压电层13、公共电极12、和诸分立电极14构成多个一维排列的压电元件。陶瓷如钛酸锆(PZT)、大分子材料如1，1二氟乙烯和三氟代乙烯共聚物、单晶如铌酸锂、及压电半导体如氧化锌中的一种被选择，并根据超声波束的频率和元件的尺寸被用于压电层13。利用薄膜技术如钛、镍、铝、铜、或金的蒸发或溅射，或者利用根据使用与银膏混合的玻璃粉网的印刷术的烘烤技术，在该压电层上形成电极12和诸电极14。

在基材26上形成压电元件阵列10。利用溅射技术或CVD技术可以在基材上直接形成压电元件阵列10，也可以通过在图25A中所示的粘合剂层28形成。

在公共电极12与压电层13相对的表面上，形成一个声匹配层27。声匹配层27与带有油墨的压电元件阵列10在声学上相匹配。该声匹配层的声阻抗设定为接近压电层13的声阻抗与油墨的声阻抗乘积的平方根的值。实际上，使用环氧树脂、环氧树脂与纤维的混合物、或环氧树脂与铝或钨粉的混合物。

除了环氧树脂外，用于附有声透镜11″的声匹配层的材料包括：树脂材料如乙烯树脂、丙烯树脂、苯乙烯树脂、甲基丙烯酸甲酯树脂、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙酸乙烯酸、聚苯乙烯树脂、纤维质树脂、亚胺树脂、酰胺树脂、氟化塑料、硅树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯、聚丁二烯型树脂、尼龙、聚醛、氨基甲酸乙酯树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、或尿素树脂，及他们的共聚物树脂。这些材料还包括橡胶材料如聚丁二烯橡胶、天然橡胶、或烯烃橡胶，及无机化合物如各种玻璃材料、硅、或其化合物。这些材料进一步包括金属材料如铝、锡、铅、钛、锌、黄铜、或锆。

根据菲涅耳区理论，在声匹配层27中进一步制造有诸槽，那么声匹配层27还用作声透镜，用来迫使来自压电元件阵列10的超声波束在垂直于压电元件阵列10的阵方向(主扫描方向)的方向(副扫描方向)会聚。附有声透镜11″的声匹配层的厚度t表示为t＝λm×(2n＋1)/4，如在式(1)中所示，其中n是整数而λm是超声波在声匹配材料中的波长。

在菲涅耳透镜的情形中，图24的附有声透镜11″的声匹配层的厚度t有两种类型：不带槽的部分的厚度t1和带槽的部分的厚度t2。如在式(3)中所示，在菲涅耳透镜中诸槽的深度d表示为d＝1/{2(1/λi－1/λm)}。因此，最好不带槽部分的厚度t1和带槽部分的厚度t2(t2＝t1－d)的每一个都应该满足式(1)，或者不满足式(2)。从式(2)和式(3)中，在声匹配材料中的波长λm与超声波在油墨中的波长λi之比，或在声匹配材料中的声速vm与在油墨中的声速vi之比Vm/Vi在由如下表达式给出的范围内：

{(2n＋3)/(2n＋1)}＜(Vn/Vi)＜{(2n＋1)/(2n－1)}                                    …(4)

在这种条件下，实现了一种菲涅耳透镜，该透镜提供了声匹配、防止超声波在该透镜界面处全部反射、并具有高的超声波透射系数。

而且，当用于附有声透镜的声匹配层且其中的声速Vm在式(4)给出范围内的材料不能抵抗含在油墨中的溶剂时，可以使用抵抗该溶剂的材料在该透镜表面上形成一层防护膜。最好该防护膜应该具有这样的厚度以致于不会阻止超声波在油墨中行进和会聚，并应该保持防止含在油墨中的气泡粘附到该表面上的表面状态。例如，像聚酰亚胺之类的材料可以用于该防护膜。

在墨盒15中，在附有声透镜11″的声匹配层上形成一个逐渐变窄以便包住来自该压电元件阵列10的超声波束的通道的墨室。该墨室装有液态油墨18。在基材26上形成驱动集成电路21，该电路经布线图形(没表示)连接到公共电极12和诸分立电极14上。

在本实施例中，利用驱动集成电路21以如下方式驱动压电元件阵列10，即，如果构成压电元件阵列10的压电元件总数是N，而同时被驱动的压电元件的数量是n，则借助特定的相位差或根据菲涅耳衍射理论把第一至第n个压电元件分组，从而可以使超声波束聚焦在油墨的液面上，并且一端移动半个波长并被驱动。然后，同时被驱动的压电元件的位置移动一个元件，并且第二至第(n＋1)个压电元件被驱动。重复类似的操作直到第(N－n＋1)个至第N个压电元件被驱动。在扫描中，可以用多于一个元件移动来代替单一压电元件的移动。而且，在所有元件中同时被驱动的压电元件并不限于一组，而是可以属于两组或更多组。

将说明根据本发明实施例2—1的一个更具体的例子。

使用一块具有相对磁导率2000的PZT压电陶瓷板作为压电层13，其共振频率定为20MHz(对于100μm的厚度)。通过按如下顺序溅射到0.05μm、0.05μm、及0.2μm的厚度，接着利用在2tV/mm电场下的极化处理，在压电陶瓷板的两侧上形成一个钛/镍/金电极。此后，通过在压电层13的一侧上蚀刻该电极，形成诸分立电极14，因而可以使压电元件的宽度为120μm并可以使诸电极之间的距离为30μm(分立元件的排列节距可以是150μm)。该电极在副扫描方向的长度是5mm。

然后，使用其声阻抗为6×10⁶kg/m²s的材料，通过把环氧树脂与用于声匹配材料的铝粉相混合，生产附有声透镜11″的声匹配层。在该声匹配材料中的声速是3100m/s，大约是在油墨中的声速的两倍。在用环氧树脂把该透镜粘合到树脂基材26上之后，定位墨盒15，如图24中所示。然后，连接驱动集成电路21，完成喷墨头。

作为一个比较例，通过把玻璃加工成凹面，生产迫使超声波束在主扫描方向会聚的喷墨头而不使用附有声透镜的声匹配层。

对于实施例2—1，达到了约200dpi的分辨率，并且油墨能有效地飞行。可是，对于比较例，分辨率最大约为150dpi，并且墨滴有时不飞行，即使施加1.5倍的驱动信号电压也是如此。

尽管在实施例2—1中，附有声透镜11″的声匹配层具有单层，但可以具有多层。

如上所述，对于实施例2—1，通过在压电元件阵列上形成附有用相同材料形成的声透镜的声匹配层，能辐射超声波束而不在油墨中反射。因此，能迫使超声波束有效地会聚到油墨的液面上，由此有效地喷射墨滴。而且，利用电子聚焦技术或根据菲涅耳型分组的驱动技术，能迫使墨滴竖直地飞行，实现高分辨率记录。

(实施例2—2)

将说明一种制造在实施例2—1中使用的附有声透镜11″的声匹配层的方法。

在压电元件阵上提供的菲涅耳透镜具有不规则的横截面。如果超声波的波长是λ，例如，只要在凸起部分与凹下部分之间的高度差是λ/2，凸起部分的高度是5λ/4，而凹下部分的高度是3λ/4，则超声波束就能会聚。例如，当具有相对磁导率2000的PZT用于压电层，并且超声波频率定为7.5MHz，及菲涅耳透镜的凸起部分高度在低驱动频率区域定为3λ/4时，该凸起部分的高度将是300μm，而该凹下部分的高度将是100μm。在这种情况下，超声波束足以会聚所要求的凸起部分和凹下部分的高度精度在10％的范围内。该凸起部分需要30μm的加工精度，而该凹下部分要求10μm的加工精度。在此范围内，例如通过把模压的环氧树脂片切削成菲涅耳透镜并经粘合剂层把该透镜叠合在压电元件阵列之上，能容易地达到必需的加工精度。

当驱动频率较高时，例如，超声波频率为200MHz，当λ是λ＝16μm且凸起部分的高度是5λ/4时，该凸起部分的高度将是20μm，该凹下部分的高度将是12μm，在该凸起部分处要求的加工精度将是2μm而在该凹下部分处要求的加工精度将是1μm。因此，模压片的切削加工不能提供足够的精度。用于制造在不规则处具有1μm厚度差的加工精度的树脂模压片的手段之一，是使用用于光盘的电形成镍压模作为模具来模压热塑性树脂的方法。虽然光盘在凸起部分与凹下部分之差方面要求高精度，但需要最好为1mm的10％的厚度。可是，菲涅耳透镜在不规则部分的高度方面要求高精度并且有时具有300mm长纵向延伸的形状。使用用于光盘的模压方法，难以控制不规则部分的高度，并且在对于纵向厚度差的高精度方面模压不可能实现。

对于本实施例，采用一种使用一个金属模具把图形转印到树脂模压片上来制造树脂模压片的方法，在该金属模具的内模具上安装一个具有转印图形的反透镜形状的压模，该转印图形带有多个凸起的平行轨道，通过形成平行于这些凸起轨道的树脂释放槽并使树脂在垂直于这些凸起轨道的方向流动以便转印图形，能提供一种制造转印树脂板的方法，以高精度控制该板的不规则厚度和纵向厚度区域。而且，这种方法提供了带有很精确的透镜图形的树脂板。此外，通过在该金属模具的外模具上提供压电元件阵列，在该压电元件阵列上整体地用树脂形成附有声透镜的声匹配层。

图26是记录头部分的透视图，其中在压电元件阵列10上整体地用树脂形成与实施例2—2有关的附有声透镜11″的声匹配层。透镜11″的不规则的放大视图也表示在该图中。

该喷墨头包括：一个压电元件阵列10，其中，对于λ＝16μm，在30μm厚烧结PZT的压电元件层13的一侧形成1μm厚钨膜的公共电极12，在该层的另一侧形成带有40μm宽的图形和20μm间隔的1μm厚铝膜的诸分立电极14；一个环氧树脂的附有声透镜11′的声匹配层，在凸起部分处具有20μm 1μm的厚度，在凹下部分处具有12μm 1μm的高度，跨过纵向侧具有300mm 10μm的长度；及一块10mm厚的橡胶基材26。

其次将说明整体地形成在该喷墨头中的压电元件阵列10和附有声透镜11″的声匹配层的方法。图27示意地表示一种制造设备，用来把降压的树脂注入模具中，以便通过未固化的环氧树脂的注射形成涂树脂的板，该板用作附有声透镜11″的声匹配层，该声匹配层具有很精确的转印图形(不规则图形)并在压电元件阵列10上面。图28是该金属模具有的剖视图。

将说明图28的模具。利用一个压模夹把一个电形成镍压模26α(没有详细表示)安装在一个可动支承26c即该金属模具的内模具上，在压模26a的表面上形成多个8μm高、350mm长的凸起轨道。在可动支承26c中，沿着凸起轨道的纵向侧制有一个释放槽26d。在释放槽26d中的几处制有诸压力降低和增高孔26e及诸树脂注入口(没表示)。在固定支承26即该金属模具有的外模具上，压电元件阵列10固定到一个凸起基座26f上并形成一个止挡26g。

在移动支承26c直到它碰到止挡26g并利用减压泵41经减压箱42降低模具内部的压力之后，压力降低/增加阀关闭到中等值，树脂阀44打开，然后再从树脂箱45中倒出定量的树脂。此时，由于在图27中树脂在垂直于凸起图形的方向流向释放槽26d，所以树脂能均匀地倒入该精细凹下图形的内部而没有沿纵向侧的厚度变化。

然后，关闭树脂阀44并泄放树脂阀44和压力降低/增高阀43。在这种状态下，在通过升高模具的温度到摄氏250℃固化环氧树脂之后，切换压力降低/增高阀43并利用压缩机46把压力升高到约2至10kg/cm²。然后，在把树脂从可动支承26c即内模具上剥去的同时，打开该模具。然后，取出压电元件阵列10和在该阵上形成的树脂板并切成要求的形状，由此生产在图26中所示的带有附有声透镜的声匹配层的压电元件阵列。

(实施例2—3)

图29A和29B表示另一个实施例，其中，对于λ＝16μm，用树脂膜形成带有附有声透镜的声匹配层的压电元件阵列。图29A是图28的电形成压模26a和涂有树脂膜29a的压电元件阵列10的部分的放大视图。图29B是一个区域的放大视图，在该区域中通过移动图28的可动支承26c并把电形成压模26a的图形转印到树脂膜29a上形成一块树脂板29b。

对于电形成压模26a，制备一个转印图形，在其表面上形成具有矩形横截面并且离开主平面的垂直高度为λ/2＝8μm的多个凸出平行轨道。该压模安装在可动支承26c上。压电元件阵列10已经暂时地固定到固定支承26的凸出基座26f上。在该阵列上，涂敷约20μm厚的聚碳酸酯树脂膜29a。

然后，把可动支承26c移动到在固定支承26上安装的止挡26g的位置并调整，从而可以使在凸起压模26a的凸起部分与压电元件阵列10之间的距离W＝3λ/4为12μm，与此同时，在通过减压泵41降低该模具中的压力的同时，把该模具的温度升高到摄氏180℃，由此熔化树脂膜29a。因为熔化的树脂在垂直于凸起图形的方向流向释放槽26d，所以树脂能充分地注入精细凹下图形的内部而没有沿纵向侧的厚度变化。迫使剩余的树脂在垂直于该凸起图形的方向流动，由此使树脂充分地填入精细凹下图形的内部而没有沿纵向侧的厚度变化。在这种状态下，把该模具的温度降到低于加热变形温度以固化该树脂，由此形成树脂板29b。此后，施加来自压缩机46的压力。在树脂29b正从该内模具上剥下的同时，打开该金属模具并取出带有附有声透镜的声匹配层的压电元件阵列。通过把该阵列切成要求的形状，生产出在图26中所示的带有附有声透镜的声匹配层的压电元件阵列。

(实施例2—4)

将说明一个实施例，在该实施例中利用树脂的涂敷形成带有附有声透镜的声匹配层的压电元件阵列。

制备一种电形成压模26a，它带有一个转印图形，在该图形的表面上形成具有矩形横截面的并且离开主平面的垂直高度为λ/2＝8μm的多个凸起平行轨道。该压模安装在可动支承26c上。压电元件阵列10已经暂时地固定到支承26的凸起基座26f上。在该阵列上，涂敷具有约10μm厚度的未固化聚碳酸酯树脂膜以形成一个树脂涂敷层。

然后，把可动支承26c移动到在固定支承26上安装的止挡26g的位置并调整，从而可以使在凸起压模26a的凸起部分与压电元件阵列10之间的距离W＝λ/4为4μm，与此同时，利用减压泵41降低该模具中的压力。这就使熔化的树脂在垂直于该凸起图形的方向流向释放槽26d，从而使树脂充分地注入该精细凹入图形的内部而没有沿纵向侧的厚度变化。迫使剩余的树脂在垂直于该凸起图形的方向流动，由此使树脂充分地填入精细凹下图形的内部而没有沿纵向侧的厚度变化。在这种状态下，把该模具有温度升到摄氏250℃以固化该环氧树脂。此后，施加来自压缩机46的压力。在树脂板正从该内模具上剥下的同时，打开该金属模具并取出带有附有声透镜的声匹配层的压电元件阵列。通过把该阵列切成要求的形状，生产出在图26中所示的带有附有声透镜的声匹配层的压电元件阵列。

尽管在实施例2—2—至2—4中，在固定支承26上提供了凸起的基座26f，在其上暂时地固定了压电元件阵列10，但该压电元件阵列也可以暂时根据树脂板的尺寸和形状，直接固定在固定支承26上而不用凸起的基座26f。在这些实施例中，树脂与填充物，如金属氧化物或金属氮化物，混合，从而使树脂的热膨胀系数更接近模具热膨胀系数。根据填充物的包含率考虑在树脂与模具之间的热膨胀系数之差，可以把电形成压模26a的凹下部分制造得稍大些，从而可以使在电形成压模26a的凹下部分中注入的未固化或熔化的树脂体积是成形后尺寸的101％至106％。

在实施例2—2至实施例2—4中说明的方法不仅可以用于带有附有声透镜的声匹配层的压电元件阵列的制造，而且也可以用于离开声匹配层而独立地提供包括菲涅耳透镜的声透镜的情形。

如上所述，对于实施例2—2至实施例2—4，使用一种在其内模具上安装一个带有转印图形的压模的金属模具，在该转印图形上形成与作为声透镜的菲涅耳透镜的不规则相反的多条凸起平行轨道，生产在其上转印图形的树脂模压片时，通过形成平行于凸起轨道的树脂释放槽并使树脂在垂直于凸起轨道的方向流动以便转印该图形，能得到一块转印树脂板，该板的不规则厚度和沿纵向侧的厚度受到高精度地控制。因此，即使当声透镜的形状和尺寸变得较精细并且要求严格的尺寸精度时，也能满足要求。而且，该方法可以用于以高频率驱动压电元件阵列的情形。

此外，通过在该金属模具的外模具上提供压电元件阵列，容易生产带有声透镜的压电元件阵列或带有附有声透镜的声匹配层的压电元件阵列，在前一种压电元件阵上整体地用树脂形成包括菲涅耳透镜的声透镜。在这种情况下，由于在压电元件阵列与声透镜之间的粘合层不是必需的，所以能以较高精度生产叠加在压电元件阵列上的树脂区域的尺寸和形状。

(实施例3—1)

由于实施例3—1的主要构造与实施例1—1的相同，所以将不给出其视图和说明。利用图30A和图30B，描述实施例3—1的操作。实施例3—1的特征在于，把诸压电元件划分成一个第一组和一个第二组，并把反相(即，0相位和π相位)的驱动信号加到该第一组和该第二组上。

通过相控阵列扫描，在主扫描方向即在压电元件阵列10中布置诸压电元件的方向实现进行线性扫描的操作。如在实施例1—1中那样，为了简单起见，假定四个压电元件形成一组(一个压电元件组)，该组被同时驱动。说明通过一组接一组地移动诸压电元件组的位置使线性扫描有效的进行。

由特定频率的交流电压或脉冲串组成的脉冲波电压作为驱动信号加到四个压电元件遥分立电极14₁至14₄上。如在实施例1—1中那样，必须设定该驱动信号的频率，从而至少可以使超声波在超声波干涉层11(也用作声匹配层)的波长大于在该压电元件阵列上的节距。而且超声波干涉层11的厚度必须小于一个特定值。为了得到打印机所必需的分辨率，该驱动信号的频率必须在几十NHz到几百MHz的范围内。

在这些条件下，把四个压电元件的两个内侧压电元件定为第一组，而把两个外侧压电元件定为第二组。然后，把相反相位即0相位和π相位的2—相位驱动信号(由特定频率的交流电压或脉冲串组成的脉冲波电压)加到第一组和第二组的压电元件上。

对于迫使以墨滴的形式飞行的油墨所要求的被同时驱动的压电元件的数量(称为被同时驱动的元件数)实际上为10至100。把这些压电元件组分组以便对应于0相位和π相位的2—相位驱动信号。通过根据菲涅耳带片的概念由焦距和波长确定的宽度和节距来确定分组。然后，根据确定的宽度和节距把以规则间隔排列的诸压电元件分组。例如，当以50μm的节距排列诸压电元件13(或诸分立电极14)时，在25μm的最大误差下分组有效。下面将说明分组的细节。

一种已知的方法是根据诸压电元件的宽度和节距排列诸压电元件。当以规则的间隔排列诸压电元件阵列时，一种已知的方法是紧密地设定给予被同时驱动的诸压电元件组的驱动延迟时间差，如在超声波诊断设备中的相控阵列扫描中那样。可是，对于本发明，由于仅必须确定墨滴是否为喷射，所以即使以规则间隔排列的诸压电元件被划分成两组并由0相位和π相位的2—相位驱动信号驱动，也能迫使超声波束会聚到单点上以控制墨滴的飞行。作为发明人进行试验的结果，这一点已被证实。不言而喻，诸压电元件的节距越小，误差越小并且会聚效率越高。这能使压电元件阵列10以规则的间隔排列以便在该排列方向(主扫描方向)产生透镜效应。而且，通过顺序地改变分组能容易地实现超声波束的电子扫描。可是，在超声波干涉层11中，诸超声波束不在垂直于该阵列方向的方向(或副扫描方向)会聚。

在这个实施例中，提供有菲涅耳带片16，并且借助于菲涅耳带片16，使到达带有墨室的界面处的超声波束经历透镜效应，该效应迫使波束在垂直于阵列方向的方向(副扫描方向)向心地会聚。因此，在主扫描方向的会聚从超声波干涉层11的内部开始，而在副扫描方向的会聚仅在喷嘴基片15中的油墨18内发生。

迫使诸超声波束在主扫描方向和副扫描方向聚焦到油墨表面上，由于在喷嘴基片15的上表面中的槽口处的表面张力，该油墨表面保持静止。如此会聚的诸超声波束的压力导致一个墨滴19飞离油墨18的液面，如在图3A至3E中所示，由此在记录介质如记录纸(没表示)上记录图像。

通过如上所述的那样划分和驱动压电元件阵列10，能解决如下问题。

该相控阵列方法的特征在于：通过控制多个波束的相位能任意地控制超声波在液面上的会聚位置，并且就超声波束的会聚位置而论不必改变多个超声波源。可是，在迫使诸超声波束会聚而产生墨滴的墨滴产生机构中，发出墨滴在诸超声波束会聚的方向飞行。例如，诸试验表明，当迫使与垂直于油墨液面的方向成几度角的超声波束在油墨液面上会聚时，墨滴在该角度的方向飞行。

特别是，当使用该相控阵列方法时，墨滴的飞行角度根据迫使超声波束会聚在其上的位置而变化，从而墨滴飞离液面的方向与竖直方向成特定的角度。这意味着在记录纸上形成具有不同节距的像素。因此，为了在记录纸上保持像素的节距，必须预测墨滴飞行的角度，并且必须进行诸超声波产生元件的相位控制。要求该控制以便以高精度连续地控制该相位。这样一种电路的缺点是具有的构造非常复杂并需要非常大的存储容量以便储存用于校正的大量数据。

可是，在实施例3—1中，由于墨滴的尺寸总是如上所述的那样保持恒定并且不需要包括墨滴飞行方向控制的复杂过程，所以能实现使用较简单构造的装置。

现在，将详细说明在驱动压电元件阵列10时的分组。

如在光学领域所熟知的那样，菲涅耳带片是这样的，以致于在两维例子的情形中，由其半径Rm正比于整数m的平方根的诸同心圆组成的诸环以这样的方式排列，以致于使允许光通过而没有相位移动的第一部分环与移动光相位半个波长的第二部分环相互交替，由此使来自每个环的光以相同的相位在一点处会聚。菲涅耳带片的原理能用于像光那样呈现波动的诸超声波。实际上，利用该原理，上述的菲涅耳带片16制造为一维菲涅耳带片。在这种情形中，允许诸超声波通过而没有相位移动的一个第一区域对应于第一环，而移动超声波相位的半个波长的一个第二区域的对应于第二环。

对于本发明，通过确定一种驱动诸元件以规则间隔一维地排列的压电元件阵列10的方法，迫使压电元件阵列等效地起一维菲涅耳带片的作用。

图31A和31B表示一个例子。其中，相对于在压电元件阵列10(图36A)上的排列节距(50μm)，圆整离开菲涅耳带片中心的距离Rm；根据该圆整值Rr(图36B)，在油墨中的声速(与水中的声速相同)是1500m/s、驱动信号的频率是100MHz、超声波在油墨中的波长是15/μm超声波束的焦距f＝5mm，在压电元件阵列10中同时被驱动的元件数N是32，及在压电阵列10上的排列节距P是50μm的情况下，确定施加到在压电元件阵列10中每个元件上的驱动信号的相位。

当同时驱动32个依次相连的压电元件时，在排列中心部分的那些(在本例中，十个标有元件号12至21的元件)被确定为第一组，在位于该第一组两侧的那些(在本例中，三个标有元件号9至11的元件和另三个标有元件号22至24的元件)被确定为第二组。0相位驱动信号加到诸压电元件的第一组上，而π相位驱动信号加到第二组上。

图32表示分组在图31A和31B中如何实现和理想菲涅耳带片的横截面。从图32中可以看出，通过把压电元件阵列分组，施加0相位和π相位的驱动信号几乎产生与菲涅耳带片相同的效果。图33表示当在图32中所示的分组实现时在离开该中心的每一距离处的聚焦深度处的相对波束强度。从图33中可以明白，在该压电元件阵列的中心部分该相对波束强度最高。因此，通过把在实施例3—1中的诸压电元件分组，能迫使诸超声波有效地会聚。

为了实现相控阵列扫描，这种分组是一个必需的和最低的条件。在实施例3—1中，分组以这样一种方式实现，以致于对于在第二组外侧的诸压电元件，使标有元件号8和25的那些被确定为第一组，使在该第一组外侧的标有元件号6和7及元件号26和27的那些被确定为第二组，使在该第二组外侧的标有元件号5和28的那些被确定为该第一组，使在该第一组外侧的标有元件号4和29的那些被确定为该第二组，…0相位驱动信号加到第一组的诸压电元件上，而π相位驱动信号加到第二组的诸压电元件上。通过这样做，能提高超声波束的会聚效率。

通过实现在压电元件阵列10中的在一组同时被驱动的压电元件中的分组、把0相位和π相位驱动信号加到在第一和第二组中的各自压电元件上、在压电元件阵列10的排列方向移动该组同时被驱动的压电元件的位置例如一次一个元件、及重复相同的驱动操作，能迫使诸超声波束在油墨18的液面上会聚，并且能在压电元件阵列10的排列方向(在主扫描方向)线性地移动该会聚点。

通过按上述的那样做，本发明仅需要2—相位驱动信号，使用一个倒相放大器能产生该信号，而传统的相控阵列扫描需要一种具有精确相位控制的相位差的驱动信号。

(实施例3—2)

在实施例3—2中记录头部分的结构和喷墨原理与图5和图6中实施例1—2中相同，因此其图示和说明不再给出，实施例1—2和本实施例之间的差别将得到说明。

如实施例1—2，在实施例3—2中，可以发现喷射墨滴的能量效率下降且墨滴的均匀性降低。实施例3—1的特征在于改善这些因素。

然而，与实施例1—2一样，实施例3—2具有以大截面形成墨道的优点，因为实际上凹透镜表面成为一个墨室。因此，只有要求高速记录时，实施例3—2产生了有效作用来提供足够数量的油墨以跟上速度，降低由于油墨溶剂的蒸发引起的油墨浓度变化，及使得喷头不易堵塞。

(实施例3—3)

压电元件并不象本发明的超声波产生元件那样需要。这样的实施例表示于实施例3—4和实施例3—5中。

在实施例3—3中，记录头部分的主要结构与图1中的相同，图示和说明将不再给出。实施例3—1和实施例1—2的区别在于被电极分隔的磁致伸缩传感器用作超声波产生元件且传感器呈一维排列形成一个阵列。如同实施例3—1，在实施例3—3中，分组的实行使得产生了与菲涅耳波带片相同的效果。

磁致伸缩传感器13是这样的，它们在整个底部表面由诸如Te_0.3D_0.7Fe₂或Te_0.3D_0.7(Fe_0.9Mn_0.1)₂的物质形成或者由能控制薄膜厚度的薄膜形成方法如溅射做为带状。在磁致伸缩传感器13的两端，提供了磁场作用元件(未示出)。不存在能量消耗问题和加热问题的永磁体，适合于磁场作用元件。在磁致伸缩传感器13表面，与普通电极12配对的分立激励线圈14以对应于记录点的节距形成。磁致伸缩传感器阵列可以是这样的，岛状磁致伸缩传感器以对应于记录位的节距形成。磁致伸缩传感器13的厚度设计为与使用的超声波波长相匹配。

普通电极12，磁致伸缩传感器13，磁场作用元件和激励线圈14构成一个磁致伸缩传感器阵列10，用作一个超声波产生元件阵列。在实际油墨喷射头的情况下，如与A4纸长度相同的，具有600dpi分辨率的行磁头，在一行中约排列5000个磁致伸缩传感器。在这种情况下，磁致伸缩传感器阵列10中的单个磁致伸缩传感器以由要求记录密度确定的固定间隔排列为一行。其余的结构与实施例1—1相同，因此不给出说明。

实施例3—3的操作将利用图34A和34B加以说明，虽然部分说明将与实施例1—1重复。在主扫描方向执行线性扫描的操作，在该方向磁致伸缩传感器通过相控阵列扫描排列在磁致伸缩传感器阵列10中。如同实施例1—1，为简单起见，假定四个磁致伸缩传感器形成一组(一个磁致伸缩传感器组)，且同时驱动。将说明通过一个接一个移动磁致伸缩传感器组位置实现线性扫描的操作。

由指定频率的交流电流组成的脉冲电流或脉冲串组成的脉冲电流作为驱动信号施加于与四个磁致伸缩传感器14相联的分立激励线圈141到144。驱动信号频率的设定至少使得超声波干涉层11(也用作声配层)中超声波波长大于压电元件阵列的节距。另外，超声波干涉层11的厚度必须小于指定值。为了得到打印机必要的分辨率，驱动信号的频率必须在几十MHz到几百MHz范围内。在这种条件下，四个磁致伸缩传感器中里面的两个确定为第一组，外面的两个确定为第二组。然后，相位相反，0相位和π相位的2—相位驱动信号(由指定频率的交流电流构成的脉冲电流或脉冲序列)施加于第一和第二组的磁致伸缩传感器。

油墨被强制以滴状飞行所要求的同时驱动的磁致伸缩传感器的数目(作为同时驱动的元件个数)基本是10到100。这些磁致伸缩传感器组的划分使之对应于0相位和π相位的2—相位驱动信号。分组是根据菲涅耳波带片的概念从焦距和波长确定的宽度和节距而确定的，然后以固定间隔排列的磁致伸缩传感器根据确定的宽度和节距分组。例如，当磁致伸缩传感器阵列10中的磁致伸缩传感器以节距50μm排列，则分组以25μm的最大误差实现。分组与实施例3—1中压电元件阵列10的分组相同，因此其说明不再给出。

通过将磁致伸缩传感器阵列10按如上所述分组和用2—相位信号驱动，以固定间隔排列的压电元件阵列10可在排列方向(主扫描方向)产生一个透镜效应。另外，超声波束的电子扫描可以通过顺序改变分组简单地实现。然而，在超声波干涉层11中，超声波束在与阵列方向垂直的方向(或副扫描方向)上并不聚焦。

到达与墨室的界面的超声波束受到透镜效应，使得波束通过菲涅耳波带片16向心会聚在阵列方向垂直的方向(或副扫描方向)。也就是说，在主扫描方向的会聚从超声波干涉层11(也用作声配层)开始，而副扫描方向的会聚仅产生于喷嘴基片15中的油墨18中。

在主扫描方向和副扫描方向，由于喷嘴基片15上表面中狭口处的表面张力，超声波束被迫集中在保持静止的油墨表面。如此会聚的超声波束的压力使得墨滴19从油墨18的液体表面飞行，从而在记录媒体如记录纸(未示出)上记录了一个图像。

至于记录方法，当超声波束利用图35A到35E所示的4个磁致伸缩传感器被迫会聚于一点时，实现了以这种方式划分驱动，即每行被分为4个或更多个段，且每段以1/4或更少的定时驱动，由于具体的操作已在实施例1—1中图3A到3E中描述过，详细说明将省略。为了说明起见，4个元件的协同操作已得到说明，故没有必要限制元件数目，使用多个元件记录一个象素使得向心会聚的超声波束波形表面更为平滑，且提高在油墨18液体表面超声波束的能量密度，从而降低墨滴处的变化及降低提供给磁致伸缩传感器阵列10的驱动电流。

(实施例3—4)

由于在实施例3—4中记录头部分的结构与实施例3—3中的相同，故其图示和说明将不给出。

参照图36A和36B，将说明与实施例3—4相关的墨喷头的操作。图36是在与磁致伸缩传感器阵列垂直的方向上的剖面图。图36B是在磁致伸缩传感器阵列方向上的剖面图。图36A表示提供在磁致伸缩传感器13两边的磁场作用装置并给磁致伸缩传感器13提供一个偏磁场。

一个由指定频率的交流电流或脉冲串11组成的脉冲波形电压施加给部分磁致伸缩传感器阵列10，例如，给分立激励线圈14₁到14₄。施加的交流电流频率使得至少在超声波干涉层(声配层)中的超声波波长大于阵列中的声波源(磁致伸缩传感器13)的节距。当分立激励线圈14₁到14₄中的两个内层线圈14₂和14₃施加了一个交流电压，而两个外层线圈施加了一个脉冲波形且在相位上超前于两个内层分立激励线圈14₂，14₃(在本实施例中为1/4相位)时，超声波束如实施例3—3中一样彼此干涉，这样在压电元件阵列10中的元件排列的阵列方向(主扫描方向)上产生了透镜效应。然而，在玻璃板1上，超声波束在与压电元件阵列10的阵列方向相垂直的方向上(或副扫描方向)并不会聚。

到达与油墨18的界面的超声波束受到透镜效应，使得波束通过菲涅耳波带片向心会聚在与压电元件阵列10的阵列方向垂直的方向(或副扫描方向)。也就是说，在主扫描方向的会聚从超声配层(声音干涉层)的作用的玻璃板1内部开始，而副扫描方向的会聚仅发生在油墨18中。在这时，由于喷嘴基片15已经选择和设定，使得其厚度与焦距一致，由于形成喷嘴的狭口处的表面张力，超声波束被迫集中在保持静止的油墨表面。这样会聚在主扫描方向和副扫描方向的超声波束的压力使得墨滴很容易地从油墨液面飞行，从而在记录媒体上无密度变化地记录一个清晰的图像。

如上所述，与实施例子3—3一样，实施例3—4的要点在于四个超声波产生元件(磁致伸缩传感器)形成一个组，一行每次以1/4定时划分驱动，且分立的激励线圈14在主扫描方向被线性扫描移动。

同时在实施例3—4中，每组包括四个磁致伸缩传感器来记录一个象素，每组可以包括更多个磁致伸缩传感器防止超声波束的旁瓣向心会聚并提高能量密度，从而降低墨滴的变化且降低提供给磁致伸缩传感器阵列的驱动电流。

另外，同时在实施例3—3和实施例3—4中，超声波束的会聚位置设置在面向分3组的该组超声波产生元件中心的液体表面，且墨滴被迫使在与声波产生元件组垂直的方向上垂直飞行，溅射位置可以通过以后所述的改变施加电压的时间来移动。

(实施例4)

在实施例3—1到实施例3—4中说明的记录头部分构造为行扫描记录头，其每次记录一行，控制行扫描记录头来记录图像的扫描控制部分的结构将利用图37加以说明。

实施例4执行一个划分驱动方法，其中一个主扫描行被分为许多组，且扫描记录被实施以实现较高记录速度。在划分驱动方法中，超声波产生元件阵列分成许多(N)个组，这些分立组被同时驱动每次记录N个象素。它的记录速度是未实施划分驱动情况时的N倍。图37表示划分数是4时的情况。

扫描控制部分包括超声波产生元件阵列10(在实施例3—1和实施例3—2中说明的压电元件阵列或在实施例3—3中说明的磁致伸缩传感器阵列10)，缓冲驱动组51、驱动信号选择器组52，数据选择器53₁到53₄，指针扫描寄存器54₁到54₄，驱动模式扫描寄存器55₁到55₄，指针寄存器56，模式寄存器57，时钟控制部分58和起始设定部分59。

在超声波产生元件阵列10中元件数目将被说明。

当用于普通热记录方法中的热头用作为行扫描记录头时，每行中得到的象素的数目与头中热元件的数目相同。然而，利用本发明，利用相控阵列扫描实施线性扫描，其重复在元素排列成行的超声波元件阵列10中选择特定数目的超声波产生元件组的操作，和同时驱动这些元件组的操作，同时在排列方向上一个接一个地移动该超声波产生组。因此，超声波产生元件的总数必须至少等于用来记录宽度的元件数和需用于相控阵列扫描所需的同时驱动元件数(在一个超声波产生元件组中的超声波产生元件的个数)。

这样的原因在于在相控阵列扫描中，由于超声波束会聚点是位于与元件垂直的线上，该元件位于同时驱动的超声波产生元件组中排列的元件侧的中心，使得墨滴飞行到对应于记录纸记录宽度的左右端部远的位置，在组中同时驱动的超声波产生元件半数多的超声波产生元件必须提供在右端和左端的外部。当然，超声波元件数目可以更多些。具体地说，在本实施例中，在超声波产生元件阵列10中元件数目置为4992，是具有600dpi A4大小一行中记录象素的数目4960和同时驱动的元件数目32之和。

2—相位驱动信号从面向对应于超声波产生元件阵列10中4992个超声波产生元件的分立电极(或分立激励线圈)的普通电极间的缓冲驱动器组51施加，缓冲驱动器组51由一一对应于超声波产生元件阵列10的分立元件的4992个缓冲驱动器组成，在超声波产生元件是压电元件的情况下，几十伏的电压和几百MHz的频率提供了足够的能力以驱动超声波产生元件。缓冲驱动器组51被提供以一个在驱动信号选择器组52中从三种类型的信号中选出的驱动信号。

图38表示了图37中驱动信号选择器组52的结构。驱动信号选择器组52由n个元件选择器42₁到42_n组成(n是在超声波产生元件阵列10中超声波产生元件的数目)。这些元件选择器以一对一的原理与缓冲驱动器组51中分立缓冲驱动器相联。分立元件选择器42₁到42_n接收三类输入信号，0相位驱动信号，π相位驱动信号，和非驱动信号(图中参考电位)作为输入A，B和C，并根据两类选择信号，0相位/π相位选择信号和驱动通/断选择信号选择这三种输入信号中的一种。驱动通/断选择信号产生于记录信号和在数据选择器53₁到53₄中表示相控阵列目标的指针信号。

超声波产生元件阵列10，缓冲驱动器组51和驱动信号选择器组52基本不包括划分驱动超声波产生元件阵列10的结构。它们仅根据相控阵列扫描进行电子线性扫描。划分驱动在扫描控制期间被实施。

利用图39，将描述划分超声波产生元件阵列10的方法，如图39所示，在超声波产生元件阵列10中，为覆盖对应于4960个象素的记录宽度右端和左端的16个象素，即第1到第16个象素和第4944到4960个象素，与在相控阵列扫描中同时驱动元件数目同样多的元件或32个元件被分配在两边，且将其中16个元件的组提供为覆盖块。

然后，超声波产生元件阵列10分为第一到第44个组。在划分中，对应于记录宽度的4960个元件被四分选，且1240个元件被确定为形成一组的元件基本数目。在两边的第一和第四组由1256个元件组成，是基本元件数目和在相应盖块L和R中的元件数16之和。做了这些，组之间的联接可以可靠地建立。联结处理中的基本操作将参照图39的划分排列图加以说明。

在图39中，在部分单个联接块中的联接过程执行如下：在第一组右端的联接1，在第二组两端的连接2和联接3，第三组两端的联接4和联接5，在第四组左端的联接6。在每个连接块中元件的数目是16，与盖块L和R中的一样。由相控阵列扫描进行的记录操作开始于分立组中的第一个象素，一行的记录象素＝4960个象素被四分选，即第1个象素，第1241个象素，第2481个象素第3721个象素。在具有了这些的行中，确定了超声波产生元件阵列10中每个四分选组中的第一个驱动超声波产生元件组。

具体地说，在一行中记录象素中的第一个象素被第一组盖块L中的16个元件和邻接的16个元件共32个元件记录，第1241个象素被第一组中连接1中的16个元件和第二组中连接2中16个邻接元件32个元件记录；第2481个象素被第二组中连接3中16个元件和第三组中连接4中16个邻接元件共32个元件记录；而第3721个象素由第三组中连接5中16个元件的第四组中连接6中16个邻接元件共32个元件记录。然后在超声波产生元件阵列30中同时驱动的这32个元件被一个接一个移位并驱动，其每次移动即将记录的象素一个象素，通过相控阵列扫描施行记录。最后，记录象素一行的每1/4组移动1240个象素，完成了一行记录。

记录一行的最后步骤中，记录象素一行的每1/4组最后一个象素是如下记录的：第1240个象素被第一组和连接1中一个元件体中的16个元件和第二组和连接2中一个元件休中的16个元件共31个元件记录；第2480个象素被第二组和连接3中一个元件体中的16个元件和第三组和连接4中一个元件体中的15个元件共31个元件记录；第3720个象素被第三组和连接5中一个元件体中的16个元件和第四组和连接6中一个元件中的15个元件共31个元件记录；而第4960个象素被第四组中的17个元件和与之邻接的盖块R中的15个元件共32个元件记录。

设置在超声波产生元件阵列每组中连接块中的超声波产生元件与设置在邻近组中的块中的超声波产生元件相配合以记录被本组覆盖的象素。因此，在一行的记录扫描期间，连接块被对应于两组的控制块控制。这就是基本的连接处理。连接处理由数据选择器43、指针扫描寄存器54和驱动模式扫描寄存器45(如图37所示)执行。

图40表示了其中一个数据选择器53₁到53₄的结构。数据选择器53₁到53₄执行包括连接记录数据(要记录的图像信号)处理的数据控制。它们接收6种输入信号：指针信号，其指示在超声波产生元件阵列中将被同时驱动的超声波产生元件组；记录数据C，作为将要记录在本组中的图象信号；记录数据L和R，作为图像信号记录在两边的组中；和前位输入和后位输入，用于在两边的组中激活记录数据。它们输出一个驱动开/关选择信号给驱动信号选择器组52。每个数据选择器53₁到53₄的输出部分根据即将处理的记录数据划分为三个选择器电路63a，63b和63c。选择器电路63a，63b，63c执行下面的操作。

选择器电路63b对应于超声波产生元件而不是当前组中的连接块中的元件，并且仅处理记录数据C。

选择器电路63a处理一行象素中，从输入选择器电路61出来的，对应于在扫描被当前组覆盖的象素区域前的象素区域的组中超声波产生元件的记录数据L，或者处理对应于当前组中超声波产生元件的记录数据C。仅当指示在扫描前次象素区域组中末端超声波产生元件指针信号为有效时，记录数据L被选择。

选择器电路63C处理一行象素中，从输入选择器电路62出来的，对应于扫描被当前组覆盖的象素区域后面的象素区域的组的记录数据R。或者处理对应于当前组中超声波产生元件的记录数据C。记录数据R仅当指示在扫描下一象素区域的组中首端超声波产生元件的指针信号为有效时，记录数据R被选择。指示在扫描前次象素区域的组中末端超声波产生元件的指针信号作为前位输出信号输出，而在扫描后面象素区域的组中首端超声波产生元件的指针信号作为后位输出信号输出。

图41表示数据选择器53₁到53₄是如何连接的。

对于每个数据选择器53₁到53₄，前位输出和前位输入是连接的，进而后位输入和后位输出是连接的，对于输入给数据选择器53₁到53₄的记录数据项L、C、R，为每组并行传递的四个记录数据项1到4的相应的三个或两个数据项目被输入。如图41可见，数据选择器53₁到53₄具有基于对应于超声波产生元件阵列10中第二、第三组的数据选择器53₂到53₃操作的结构，即使对应于超声波产生元件阵列10中两端具有盖块L、R的第一和第四组的数据选择器53₁到53₄，与数据选择器53₂到53₄相同的结构可通过使后位输入和前位输入无效而使用(如，通过把它们置为参考电位)。

图37中的指针扫描寄存器54₁到54₄将被说明。指针扫描寄存器54₁至54₄可以包括串行入，并行出移位寄存器，并行入，并行出移位寄存器，或者并行一串行入，并行出移位寄存器。移位寄存器级数的确定使其与超声波产生元件阵列10中每组元件的数目相一致。指针的扫描寄存器54₁到54₄的并行输出穿过数据选择器53₁到53₄，并成为驱动信号选择器组52的选择信号。

并行入，并行出移位寄存器的操作将被说明。指示扫描寄存器54₁到54₄是在相控阵列扫描中扫描指示超声波产生元件为有效的指针的寄存器。利用一行记录操作中的第一个定时，对于超声波产生元件阵列10中每组的存贮在图37中指针寄存器中的驱动开始图形在起始设定部分59中被初始设置，并且然后由时钟控制部分58提供的扫描时钟实现移相扫描。指针寄存器56中初始设置图形被置于超声波产生元件阵列每组中对应于起始记录象素，第一象素、第1241象素、第2481象素、第3721象素的驱动开始元件确定。

具体地说，图形是这样的，即对于第一象素，第一组盖块L中的16个元件和16个邻接元件共32个元件是有效的；对于第1241个象素，第一组连接1中的16个元件和第二组连接2中的16个元件共32个元件是有效的，对于第2481个象素，第二组连接3中的16个元件和第三组连接4中的16个元件共32个元件是有效的；对于第3721个象素，第三组连接5中的16个元件和第四组连接6中的16个元件共32个元件是有效的。

驱动图形扫描寄存器55₁到55₄是指示用于以0—相位和π—相位驱动信号驱动有效超声波产生元件的0—相位和π—相位驱动图形的寄存器。和指针扫描寄存器54₁到54₄一样，驱动图形扫描寄存器可以包括串行入，并行出移位寄存器、并行入并行出移位寄存器，或者并行—串行入，并行出移位寄存器。

驱动图形是这样的，即利用一行的记录操作的第一个定时，存贮在图形寄存器56中的超声波产生元件阵列10中每组的驱动起始0/π相位选择图形在初始设置部分59中被初始设置，然后根据由时钟控制部分58提供的扫描时钟实现移位扫描。在图形寄存器57中的初始设置图形由放置于超声波产生元件阵列10每组中对应于一行象素的起始记录象素，第1象素，第1241象素，第2481象素，和第3721象素的驱动起始元件确定。

具体地说，图形是用基于菲涅耳波带片的概念实现的宽度和节距通用过对象素分组来形成，其形式是这样的，对于第一个象素，第一组盖块的16个元件和16个邻接元件共32个元件被分组；对于第1241个象素，第一组连接1中的16个元件和第二组中连接2中的16元件共32个元件被分组；对于第2481个象素，第二组中连接3中的16个元件和第三组中连接4中的16个元件共32个元件被分组；对于第3721个象素，第三组连接5中16个元件和第四组连接6中的16个元件共32个元件被分组。在这里，提供给以32个元件为单位的四组的记录数据必须经常确定。然后，它们被指针寄存器56的指针信号掩蔽。不需要整个单行的图形数据。

这一系列操作被时钟控制部分58和初始设置部分59所控制，其提供了一行的记录操作。指针寄存器56和图形寄存器47可以是写有固定数据的ROM或是数据可从外部写入的RAM或移位寄存器。

如上所述，在实施例4中，由于超声波产生元件阵列10被分为许多组(在例中示为4组)，且阵列10基于记录数据被控制确定驱动信号选择组52是否通过缓冲驱动器组51提供一个驱动信号给相应的超声波产生元件组，包括数据选择器53₁到53₄，指针扫描寄存器54₁到54₄，和驱动图形扫描寄存器55₁到55₄的四个控制装置提供给超声波产生元件阵列10中的相应组。

当在超声波产生元件阵列10中同时驱动的32个元件的超声波产生元件组延续了两组时，就要把对应于连接1到连接4中延续两组的超声波产生元件的象素的图象信号输入到对应于这两组的两个控制装置中，通过这一输入完成了连接处理。

通过实施连接处理，即使超声波产生元件阵列10被划分为用于划分驱动方法的许多组，扫描记录在两组边界仍可连续实现。

与驱动超声波产生元件阵列10方法相关的实施例4的修改方案将被说明。

(1)虽然在实施例4中，在超声波产生元件阵列10中同时驱动元件的数目或者每组中同时驱动的超声波产生元件的数目是固定的(32)，而在排列方向上的数目可为奇数和偶数交替。通过这些，可利用同样的超声波产生元件阵列实现双倍记录密度。具体地说，当同时驱动的元件数目为偶数时，象素在与两个超声波产生元件中心相对的位置上被记录；当同时驱动元件数目为奇数时，象素在与超声波产生元件本身相对的位置上被记录。因此，通过将同时驱动元件的奇数目用同时驱动元件的偶数目交换，记录密度是用同时驱动元件的固定奇数或偶数扫描中实现密度的两倍之高。

为了实现之，图37中的指针扫描寄存器54₁到54₄，驱动图形扫描寄存器45₁到45₄，指针寄存器46，和图形寄存器57均由双层结构组成，同时驱动的元件数目在奇数和偶数间交替变换，从而产生对数据选择器53₁到53₄的选择信号。在这种情况下，如图37所示，用于正常模式和高限定模式间变换的模式改变信号从外部提供给时钟控制部分58。在正常方式下，扫描时钟仅提供给指针扫描寄存器54₁到54₄，驱动图形扫描寄存器45₁到45₄，指针寄存器46，和图形寄存器57的第一层，同时驱动的元件的数目仅是奇数或偶数。在高限定方式下，扫描时钟提供给第一层和第二层，同时驱动元件的数目在奇数和偶数间交替切换。

(2)修正墨滴喷射机构的缺点以改进记录速度的控制方法将被说明。利用本发明的墨喷记录装置，墨滴从装有油墨液体的自由平坦表面飞射出。其结果是，当一个墨滴飞行时，在油墨表面出现涟漪，每次一个墨滴飞行时涟漪消失需要一定的时间。如果一个墨滴被迫飞到对应于紧接着刚被前次墨滴记录的象素的象素位置，即，如果做出尝试来及时连续记录邻接的象素，墨滴聚集不能确定，且导致墨滴的不稳定飞行。

在上面的实施例中，已经说明了油墨表面的涟漪在一定程度上消失后紧接着的象素被连续记录的扫描控制。为了实现高速记录，墨滴被迫飞行到离刚记录的象素足够远的象素处，而不是紧邻的象素。也就是说，通过跳跃扫描记录象素，记录速度可得到改善。

图37的结构中实现的控制基本操作将被说明。超声波产生元件阵列10被分为四组，其划分成奇数目组和偶数目组。奇数目组和偶数目组交替实现记录。在这种情况下，记录以这种方式实现，即奇数目组的象素(第一组和第三组)，如第一象素和第2481象素被首先记录；然后，离开前面组的偶数组的象素(第二组和第四组)，如第1241象素和第3721象素被记录；然后该操作返回到奇数组中，且邻接的象素或第二象素和第2482象素被记录；然后该操作到达偶数组，第1242象素和第3722象素被记录。这使得记录两个邻接象素的间隔时间加倍，使得涟漪消失所需时间得以有效地利用。

在前面说明中，超声波产生元件阵列10中的四个组同时记录四个象素，上面技术允许两组一次记录两个象素，将记录速度降低到一半。为了得到同样的效果而不牺牲记录速度，超声波产生元件阵列被分成8个或更多个组，四个或更多的组用记录四个或多个象素时，执行划分驱动方案。

(3)为了用本发明的喷墨记录装置记录一个二维图象，该装置与一个和传统的图象记录设备类似的副扫描机构相结合，在行扫描记录头主扫描方向和与主扫描方向垂直的方向上进给记录纸。一般来说，这种副扫描纸进给机构有两种，一类纸张进给机构与行扫描记录头上的一行记录速度同步地间歇进给记录纸；另一类进给机构连续进给记录纸张。当使用了上述实施例中说明了的划分驱动方法或者将超声波产生元件阵列10分为如四组并驱动它们的方法时，将记录数据传递到行扫描记录头中控制电路的措施是需要的。

(3—1)图42表示在基本四分选驱动中用间歇副扫描的记录数据缓冲区结构。记录数据缓冲区缓冲即将提供给图37和图41中所示数据选择器53₁到53₄的记录数据，且包括一个读/写控制部分71，一个写计数器72，一个读记数器73，一个地址选择器74，一个缓冲存储器75，和数据选择器76。

由于在间歇副扫描中，记录纸保持静止直到行扫描记录头记录完一行，缓冲存储器75有一行的存贮容量，并通过数据选择器76存贮串行输入的打印数据的一行在其末端。这是在写方式下进行的。在读/写控制部分71的控制下，数据选择器76将打印数据传递给缓冲存储器75。地址选择器74由写计数器72的输出控制，并将写地址传递给缓冲存储器75。通过控制对应于象素数目(1240个象素)而划分成本发明行扫描记录头中有效记录象素数目(前例中4960象素)四分选的组地址，存贮在缓冲存储器75中的打印数据作为记录数据1到4而读出。这是在读模式下进行的。在读/写控制部分71的控制下，数据选择器76将从缓冲存储器75读出的数据传递给图37中的数据寄存器43₁到43₄中。地址选择器74由读计数器73的输出控制，并将读地址传给缓冲存储器75，记录数据1到4从对应于每个分离的组头开始顺序读出。

当记录中的一行已由这种方式完成时，记录纸在付扫描方向前进了一个扫描行。同时，打印数据的下一行被传给缓冲存储器75，下一行记录开始。缓冲存储器75可以是双缓冲结构。利用这种结构，通过在读方式和写方式间交替切换每个缓冲存储器，打印数据传递的等待时间可以较短。

(3—2)利用连续进给副扫描在四分驱动中的记录数据传递将被说明。利用划分驱动和连续副扫描的简单组合的问题在于主扫描线不是平直的。具体地说，如图43所示，当主扫描宽度W被分为四组且每组同时进行记录扫描时，从左端开始，对应于主扫描线相应组的扫描线1到4每个都有一个斜度，其结果是整个主扫描线不呈一条直线。这样的原因是由于即使在主扫描期间记录纸仍在向前。

在改进中，提供了具有与在超声波产生元件阵列中划分的组数一样多行的缓冲存储器，如当超声波产生元件阵列被分成四组时，提供具有四行的缓冲存储器，通过控制缓冲存储器，主扫描线可变直。

图44A和44B说明了这个原理。

图44A表示形成记录数据的打印数据是如何存储在四行缓冲存储器的。在图44A中，A1，A2，A3，A4分别表示第一行，第二行，第三行和第四行的打印数据。它们中的每一个都在主扫描方向被分成四个元件，并以A1—1到A1—4，A2—1到A2—4，A3—1到A3—4，A4—1到A4—4的形式被控制。

图44B图示了实际记录的记录信号。B1，B2，B3，B4，B5和B6表示在行扫描记录头上主扫描行的数目。如图43中所示，每个主扫描行都不是直的。为了克服这个问题，四个主扫描线作为一个组来对待，对应于该组的打印数据条目被组合起来以得到一个单独的直线。具体地说，图44A第一条线打印数据A1中的四分元件A1—1，A1—2，A1—3，A1—4分配给图44B的第一到第四行主扫描方向上顺序移动的元件B1—1，B2—2，B3—3，B4—4。

这样，总的来说主扫描线向与副扫描方向垂直的方向上倾斜了一点，但可以实现直的主扫描线。如果主扫描宽度W是210mm。主扫描线的倾斜可以转换为在副扫描方向上，主扫描宽度W的一端和另一端之间约为170μm的距离，因此它很小可以被忽略。

为了利用上述技术使得主扫描线平直，打印数据传递控制如下执行。一个能够存储四条线(超声波产生元件阵列10中分离组的数目)，图象信号(打印数据)的四行缓冲存储器70被提供。打印数据，图象信号存储在如图44A所示的四行缓冲存储器中。四行缓冲存储器70将对应于每组同样行中的打印数据一行接一行地移动，并把它传递给对应于每组的控制装置，即，记录数据1到4的数据选择器53₁到53₄。

具体地说，对于B1记录行，仅仅A1—1上的数据被传递给第一组B1—1；对于B2记录行，仅仅A2—1上的数据被传递给第一组B2—1且A1—2上的数据传给第二组B2—2，对于B3记录行，A3—1上的数据传递给第一组B3—1，A2—2上的数据传给第二组B3—2，A1—3上的数据传给第三组B3—3；对于B4记录行，A4—1上的数据传给第一组B4—1，A3—2上的数据传给第二组B4—2，A2—3上的数据传给第三组B4—3，A1—4上的数据传给第四组B4—4，对于B5记录行，A5—1上的数据传给第一组B5—1，A4—2上的数据传给第二组B5—2，A3—3上的数据传给第三组B5—3，A2—4上的数据传给第四组B5—4。

如上所述，四行缓冲存储器70将对应于四组中每组相同行的打印数据一行接一行地移动，并作为记录数据1到4重复传递给数据选择器53₁到53₄，其结果是在连续进给副扫描中得到一条直的主扫描线。为了实现平滑地连续进给付扫描，需要在四分选驱动情况下，一行的行缓冲存储器应当加到四行缓冲存储器中以形成一个五行缓冲存储器。对于随后的一行，需要另外的行缓冲存储器。

(4)下面说明灰度记录。本发明的喷墨记录装置上的灰度记录可以通过根据灰度图象信号改变超声波产生元件的驱动时间来实现。具体地说，灰度记录可以通过改变在图37中提供给驱动信号选择器组52驱动通/断选择信号通的时间间隔来实现。从数据选择器53₁到53₄来的记录数据信号用作驱动通/断选择信号，使得对于记录数据每个象素的脉冲宽度根据多电平记录数据(灰度图像信号)仅得以调制。

图45表示这个灰度记录的电路。在电路中，利用与传递时钟同步的产生于时钟控制部分77中的象素时钟和主时钟进行操作的并行一串行转换电路78将多电平记录数据转换为脉冲宽度调制信号。

(实施例5—1)

图46是根据本发明实施例5—1用在喷墨记录装置中的记录头部分透视图。如图46中所示，记录头部分包括一个压电元件阵列10，声透镜11，油墨容器15和驱动电路21。

压电元件阵列10由压电层13，公用电极12，多个分立电极14构成。压电层13是具有均匀厚度的细长板。公用电极12装在层13的上层表面。分立电级14装在层13的下层表面，它们彼此分隔开。公用电极12，压电层13，和分立电极14构成了多个压电元件。压电元件排列在主扫描方向上延伸的一条直线上。

声透镜11提供在公用电极12的上表面。透镜11是如一个玻璃板。它在表面上有一个凹面，面对且与压电元件阵列10分离且用作一个声凹透镜。油墨容器15放在声透镜11上。容器15有一个墨室。墨室具有一个离声透镜11逐渐变窄的扇形剖面，用以引导从压电元件来的超声波束。墨室中充满了液体油墨18。

驱动电路21放在玻璃板(即声透镜11)的下表面。更精确地说，驱动电路21与公用电极12和分立电极14通过提供于玻璃板下表面的图形布线(未示出)相联。

根据输入图象数据(后面将详细描述)，驱动电路21驱动压电元件阵列10，执行线性电子扫描。更具体地说，电路21首先提供阵列10的从一个延迟到n个连续元件T(1)到T(n)的高频驱动信号，使得墨滴可以从油墨18表面的点PO处飞行。电路21然后提供同样高频驱动信号几个元件T(2)到T(n＋1)，使得墨滴可以从与点PO被在主扫描方向上压电元件排列的节距隔开的点P1处飞行。然后，电路21提供同样的高频驱动信号n个元件T(3)到T(n＋2)，使墨滴可以从距离P0点两倍节距，与P0点隔开的点P2处飞行。电路21继而以相同的方式驱动压电元件，每次n个元件，结果使记录头部分一个接一个地溅射墨滴到记录媒体上(未示出)，在那里形成一条线。

从阵列10任何n个压电元件发出的超声波束被施加到声透镜11上。声透镜11将超声波束会聚在与主扫描方向呈直角的方向(副扫描方向)上延展的平面上。作为结果，该波束到在油墨18表面上的一个点上。该波束给油墨18施加一个压力(发射压力)。一个锥形油墨弯月形液面形成，且墨滴从弯月形液面上飞行出。墨滴置于记录媒体(未示出)上，粘附于其上，在那里变干，且在媒体上形成了一个点，于是图象在记录媒体上形成了。

驱动压电元件阵列10的方法将参考图47被更详细地描述。在图47中，为了简化说明，声透镜11未再说明。如图47所示，驱动电路21包括一个驱动信号源81和延迟电路82。驱动信号源81根据输入图象数据产生驱动信号。延迟电路82按由控制电路(未示出)预设的时间延迟驱动信号。电路32延迟了的驱动信号提供到阵列10的压电元件。

假定相邻的n个压电元件T(1)到T(n)形成一个组，如果延迟电路82延迟了驱动信号使得从元件T(1)到T(n)发射的超声波束的相位在油墨18表面上点A处一致，点A位于压电元件第一组中间点正上方，则墨滴将从点A处飞行。如果延迟电路82延迟了驱动信号使得从元件T(2)到T(n＋1)发射的超声波束相位在油墨18的表面18a上点C处一致，点C位于由元件T(2)到T(n＋1)组成的组的中间点的正上方，则墨滴将从点C处飞行。显然，点C到点A有一个距离d，距离d等于在主扫描方向上压电元件排列的节距。

同样假定相邻的n＋1个压电元件T(1)到T(n＋1)形成一个组。如果n是偶数，电路82用使墨滴从点A处飞行所必要的方法延迟要提供给元件T(1)到T(n/2)的驱动信号，并用墨滴从点A处飞行所需要的其延迟元件T(n/2)的驱动信号的方法延迟即将提供给元件T(n/2＋1)的驱动信号，并把即将提供给元件T(n/2＋2)到(n＋1)驱动信号延迟大于提供给T(n/2＋1)到T(n)的驱动信号的一个单位延迟时间以使墨滴从点A处飞行。

换句话说，如果n是偶数，延迟驱动元件T(1)到T(n)的信号以从点A溅射一个墨点的图形分为两个副图形。第一个副图形作用于元件T(1)到T(n/2)，而第二个副图形作用于元件T(n/2＋2)到T(n＋1)，提供给元件T(n/2)的同样的延迟驱动信号提供给中间元件T(n/2＋1)。

如果n是奇数，延迟用来驱动元件T(1)到T(n)的信号来从点A溅射到一个墨滴的图形分为两个副图形。第一个副图形作用于元件T(1)到T(n/2＋0.5)，而第二个副图形作用于剩下的元件T(n/2＋1.5)到T(n)，提供给位于元件T(n/2＋0.5)和T(n/2＋1.5)之间其余元件的同样的延迟驱动信号提供给中间元件T(n/2＋1)。

在这种情况下，当压电元件T(1)到T(n＋1)被同时驱动时，墨滴从离点Ad/2距离处的点B飞行。距离d/2与压电元件在主扫描方向排列的节距的一半相等。

如上所述，压电元件可以以第一方式驱动，在这里形成一个组的偶数个元件发射具有一个伸向组中间点的轴的超声波束。或者元件可以以第二方式驱动，其中形成一个组的奇数目个元件发射有一个伸向组中间点的轴的超声波束。在另一种情况下，记录头部分以压电元件排列节距的一半节距喷射墨滴。另外，记录头部分沿着与油墨18表面18a垂直的直轨迹喷射每个墨滴，这是由于驱动信号被延迟从点A、B、C施加墨滴的图形(即驱动信号相位图形)与同时驱动的元件组中间点相对称。更进一步，由于包括n个元件的组的驱动信号延迟图形与包括n＋1个元件的组驱动信号延迟图形差别在于仅一个条目对应于一个压电元件，因此很容易延迟驱动信号。

根据实施例5—1的压电阵列通过上述方法制作和驱动。

压电元件以50μm的节距排列。36个形成一个组，其被具有100MHz频率的驱动信号同时驱动。从每组元件发射的超声波束焦距是3mm。(即墨层厚度是3mm)。在液体油墨18中的声速是和水中一样，1.5km/sec，这使得当穿越液体油墨18时超声波束具有的波长是15μm。

从形成该组的36个压电元件发射的每个超声波的相位(延迟时间)根据菲涅耳衍射原理可设为两个值中的一个。具体地说，菲涅耳区域环的半径由方程(1)或(2)确定： $r\left(n\right)=\{\frac{(2n-1)\mathrm{\λi}}{2}\×(F+\frac{(2n-1)\mathrm{\λi}}{8}){\}}^{1/2}----\left(1\right)$

(n＝0，1，2，…，且当n＝0时，r(0)＝0)

r(n)＝(nλiF)^1/2(n＝0，1，2，…)          …(2)这里n是一个大于等于0的整数(即n＝0，1，2，…)，λ是超声波波长，F是焦距(油墨层厚度)。下面给出的表1表示这样确定的菲涅耳区域环半径r(n)(n＝0到19)。

然后，从每个压电元件发射的超声波束的延迟时间确定为这样的值，从大于r(2n)小于r(2n＋1)的距离D处的元件发射的波束与从大于r(2n＋1)小于r(2n＋3)的距离D处的元件发射的波束相位相差半个波长，这里D是每个压电元件和加强组中间点之间的距离。这样设置的延迟时间T(n)(n＝1到36)如下面给出的表2第二列所示。当组中所有元件(即36个元件)被同时驱动时，墨滴从油墨表面18a，第18和第19压电元件中间点正上方的点处飞行出。该点对应于图47中所示的点A。

阵列被分为组，其每个包括同时驱动的37个压电元件来从与点A相距主扫描方向上压电元件排列节距的一半的点B上喷射一个墨滴。在这种情况下，从元件发射的超声波束相位(延迟时间)设为示于表2中第2列的值。从表2可知，第一到第18元件的波束延迟时间分别与从点A喷射墨滴设置的延迟时间相同；第19元件波束的延迟时间与从点A喷射墨滴设置的延迟时间相等；而第20到第37元件波束的延迟时间分别与为了从点A喷射墨滴的第19到第36元件相同。当组中所有的压电元件(即37个元件)被同时驱动时，墨滴从油墨表面18a在位于19元件正上方的点B或组的中间点处飞行出。

图48表示当36个压电元件被同时驱动时，在油墨表面观察的声分布图，也表示当37个压电元件被同时驱动时，在油墨表面观察的声分布图。在图48中，横坐标是从元件组中间点的距离，纵坐标是从每个压电元件发射的超声波束朴对强度。从图48中可知，主波束是从离任一元件组36或37元件)中间点25μm距离处的点发射出口。从元件组发射的旁瓣在强度上有差别，但很少。当同时驱动37个元件时发射的主波束具有的强度高于同时驱动36个元件时发射主波束具有的强度约3％。然而，从液体油墨实际飞行出的墨滴尺寸上并未有差别。然而，一组中的压电元件比另一组中的越小，在主波束的强度上差别就越大，产生了墨滴在尺寸上有很大的差别。为了降低主波束的强度上的差别，需要降低形成一个较大组的压电元件的个数，或者改变驱动电压或者脉冲数目。

在以如表2所示的值设置延迟时间的方法中，实现超声波π相位移相的延迟时间是5纳秒这个延迟时间是驱动信号一个循环周期的一半。该延迟时间可以放大一个奇数倍以提供同样的结果。超声波的相位可以移动π，且并不只使用图47所示的延迟电路82。但是相位也可以通过用相位反向的驱动信号电压驱动压电元件来移动。当元件用这样的驱动信号电压驱动时，它只使用一个简单的转换开关就够了，驱动电路相对简单，且因此制造成本低。

在以表2示的值设置延迟时间的方法中，延迟时间的设置使得从37个元件的第19元件发射出的超声波束具有从第18和第20元件发射出的波束相同的相位。然而，第19个元件不是一定要驱动的。即使延迟驱动信号的图形分为两个副图形，墨滴也将以同样方式飞行，第一副图形作用于36元件的第一个18，第二副图形作用于第20到第35或第37个元件。

在实施例5—1中，一个压电元件被加到包括36个元件的组中，从而提供一个包括37个元件的组。相反，任何其它奇数目个元件可以加到包括36个元件的组。而且，奇数目个元件可从包括36个元件的组中移走，提供一个包含较少压电元件的组。然而一个元件在组的中间点插入到36个元件组中是需要的，以获得以元件组的中间点为对称的油墨表面声分配。

(实施例5—2)

装在本发明第5—1实施例中喷墨记录装置中的记录头部分将被说明。在本实施例中，记录头部分被电子聚焦方法驱动。更准确地说，压电元件组用以聚焦点和压电元件聚焦点间的距离得到的四分选函数的延迟时间驱动。下面表示的由方程(3)给出的延迟时间τ(n)设置为是形成一个组的m个压电元件的第n个的。 $r\left(n\right)=\frac{d^2}{2\mathrm{Fv}}\{\[\frac{m-1}{2}{\]}^2-\[{n-\frac{m\÷1}{2}\]}^2\}----\left(3\right)$

这里d是压电元件排列的节距，F是焦距(基层厚度)，V是声音t液体油墨中的速度。

                      表3

	第1压电元件组墨滴飞溅位置：A点	第2压电元件组墨滴飞溅位置：B点
				现有电子聚焦  点	本发明驱动法
		τ(1)	0  sec			0  sec	0  sec
τ(2)	9 nsec			10 nsec	9 nsec
		τ(3)	18 nsec			19 nsec	18 nsec
τ(4)	27 nsec			28 nsec	27 nsec
		τ(5)	34 nsec			36 nsec	34 nsec
τ(6)	42 nsec			43 nsec	42 nsec
		τ(7)	48 nsec			50 nsec	48 nsec
τ(8)	54 nsec			56 nsec	54 nsec
		τ(9)	60 nsec			62 nsec	60 nsec
τ(10)	65 nsec			68 nsec	65 nsec
		τ(11)	69 nsec			72 nsec	69 nsec
τ(12)	73 nsec			76 nsec	73 nsec
		τ(13)	77 nsec			80 nsec	77 nsec
τ(14)	79 nsec			83 nsec	79 nsec
		τ(15)	82 nsec			86 nsec	82 nsec
τ(16)	83 nsec			88 nsec	83 nsec
		τ(17)	84 nsec			89 nsec	84 nsec
τ(18)	85 nsec			90 nsec	85 nsec
		τ(19)	85 nsec			90 nsec	85 nsec
τ(20)	84 nsec			90 nsec	85 nsec
		τ(21)	83 nsec			80 nsec	84 nsec
τ(22)	82 nsec			88 nsec	83 nsec
		τ(23)	79 nsec			86 nsec	82 nsec
τ(24)	77 nsec			83 nsec	79 nsec
		τ(25)	73 nsec			80 nsec	77 nsec
τ(26)	69 nsec			76 nsec	73 nsec
		τ(27)	65 nsec			72 nsec	69 nsec
τ(28)	60 nsec			63 nsec	65 nsec
		τ(29)	54 nsec			62 nsec	60 nsec
τ(30)	48 nsec			56 nsec	54 nsec
		τ(31)	42 nsec			50 nsec	48 nsec
τ(32)	34 nsec			43 nsec	42 nsec
		τ(33)	27 nsec			36 nsec	34 nsec
τ(34)	18 nsec			28 nsec	27 nsec
		τ(35)	9 nsec			19 nsec	18 nsec
τ(36)	0  sec			10 nsec	9 nsec
		τ(37)	未驱功			0  sec	0  sec

下面给出的表面t表3第一列中的延迟时间τ(n)，其是当元件以节距50μm排列，同时被频率100MHz的驱动信号驱动，且从每组元件发射出的超声波束焦距长为3mm(即，墨层厚是3mm)时，为形成一组的36个压电元件设置的。在这种情况下，延迟时间的最小单位，即量化延迟时间是1纳秒，当36个元件用这些时间延迟驱动时，墨滴将从点A飞行出(图47)。利用传统的电子聚焦方法，改变超声波束会聚处的聚焦点相容易。因此为了从与点A(图47)以压电元件半节距相隔的点B喷射一个墨滴，它能够用方程(3)计算出的示于表3第二列的延迟时间驱动37个元件。和表3中一样明显，延迟37个元件的驱动信号与延迟36个元件的驱动信号图形大为不同。在根据实施例5—2的电子聚焦方法中，37个元件的驱动信号以表3第3列指定的图形被延迟，更准确地说，第一个18元件的延迟时间分别与36个元件的第一个18元件的延迟时间相同，经19元件的延迟时间与36元件的第18个的延迟时间相同，第20到37元件的延迟时间分别与其余的36元件中的18个相同。当37个压电元件被以表3第三列所示的时间延迟驱动时，墨滴将从位于第19个元件(37个元件组中间点)正上方液体表面上的点B飞行出。

这样，根据实施例5—2的电子聚焦方法可以利用传统电子聚焦方法中所需数据的半数给37个元件设置延迟时间。从这方面来看，根据实施例5—2驱动压电元件阵列的方法优于传统的电子聚焦方法。

如上所述，实施例5—1和实施例5—2能以压电元件在主扫描方向排列节距的一半在与油墨表面垂直的轨迹上喷射墨滴，因此，实施例5—1和5—2可以用执行线性电子扫描的传统喷墨记录装置能达到的分辨率的两倍高的分辨率记录图象。另外，实施例5—1和5—2仅需要有一个在结构上比同样装在传统喷墨记录装置上的更为简单的元件驱动电路。

(实施例5—3)

根据本发明实施例5—3的喷墨记录装置具有一个与实施例5—1的记录头部分(图46)在结构上相同的记录头部分。

它在驱动电路21驱动压电元件阵列10的方法上有所不同。在阵列驱动方法中，压电元件可以以第一方式或第二方式驱动。第一方式和第二方式将参照图49和图50加以说明。在第一方式中，为给形成一个组的n个压电元件T(1)到T(n)设置延迟时间，使得从元件发射的超声波束在相位上匹配于P0点，P0点是从由元件T(1)到T(n)形成的组的中间点延伸的垂直线与液体油墨18的表面相交的点，如图49所示。当电路21以第一方式驱动元件T(1)到T(n)时，墨滴将从P0点飞行。当电路21以第一方式驱动元件T(2)到T(n＋1)时，墨滴将从与P0点相距压电元件一个节距的点处飞行，当电路21以第一方式驱动元件T(3)到T(n＋2)时，墨滴将从与P0点相距两个节距的点处飞行；如此等等。其结果是记录头部分将一个接一个地溅射墨滴到记录媒体上，在那里形成一条线。

在第二方式中，为给形成一个组的n个压电元件T(1)到T(n)设置延迟时间，使得从第一个n/2元件即元件T(1)到T(n/2)发射的超声波束在相位上匹配于P1点，P1点位于组中间点正上方和油墨表面18的下面，如图50所示，且其余的n/2个元件，即元件T(n/2＋1)到T(n)，在相位上匹配于P2点，P2点位于中间元件T(n/2＋1)的正上方且在油墨表面18的上方，如图50所示。其结果是墨滴将从不是点P0(即驱动电路21以第一方式驱动压电元件阵列10时墨滴飞行出的点)的点溅出。

根据实施例5—3的压电元件阵列由参照图49和图50说明的方法制作和实际驱动。

更具体地说，形成一个组的34个压电元件被具有7.5MHz频率的驱动信号同时驱动。(每个元件发射的超声波长在液体油墨18中为0.2mm)。油墨层的厚度为10mm，压电元件以190μm的节距排列。

从形成该组的34个压电元件发射的每个超声波束的延迟时间根据菲涅耳衍射原理被设为两个值中的一个。具体地说，在第一方式中，焦距被设为10mm(以后指作“基准焦距点”)使得从该组中所有元件发射的超声波束在相位上与油墨18表面位于该组中间点正上方的点相匹配。在第二模式中，9mm长，比基准焦距短1mm的焦距设置给第1到第17压电元件，而比基准焦距长1mm的11mm的焦距设给第18到第34元件。为了设置延迟时间以控制从每个元件发射的超声波束的相位，菲涅耳区域环的半径可由方程(4)或(5)确定： $r\left(n\right)=\sqrt{\frac{(2n-1){\mathrm{\λ}}_i}{2}\[F+\frac{(2n-1){\mathrm{\λ}}_i}{8}\]}----\left(4\right)$       (n=0、1、2，…) $r\left(n\right)=\sqrt{n{\mathrm{\λ}}_{i}F}(n=\mathrm{0,1,2},\…)----\left(5\right)$ 这里n是大于等于0的整数，λi是穿过油墨18的超声波束的波长，F是焦距。下面给出的表4表示了这样确定的菲涅耳区域环的半径r(n)(n＝0到7)，即，焦距为9mm，焦距为10mm和焦距为11mm。

表4.

	F＝9mm(F1)	F＝10mm(F0)	F＝11mm(F2)
				r(0)	0     mm	0     mm	0     mm
r(1)	0.950 mm	1.001 mm	1.050 mm
				r(2)	1.650 mm	1.739 mm	1.323 mm
r(3)	2.136 mm	2.250 mm	2.359 mm
				r(4)	2.534 mm	2.669 mm	2.797 mm
r(5)	2.881 mm	3.034 mm	3.178 mm
				r(6)	3.194 mm	3.362 mm	3.522 mm
r(7)	3.482 mm	3.664 mm	3.837 mm

然后，从每个压电元件发射出的超声波束延迟时间设置为这样的值，即在大于r(2n)小于r(2n＋1)的距离D处的元件发射的波束与在大于r(2n＋1)小于r(2n＋3)的距离D处的元件发射的波束相位相差一个π，D是每个压电元件和加强组中间点之间的距离。准确地说，67纳秒的延迟时间，即驱动信号一个循环周期的一半，被设置给位于大于r(2n)小于r(2n＋1)的距离D处的元件，而0纳秒的延迟时间被设置给位于大于r(2n＋1)小于r(2n＋3)的距离D处的元件。相反，67纳秒的延迟时间也可设置给位于大于r(2n＋1)小于r(2n＋3)的距离D处的元件，0纳秒的延迟时间设置给位于大于r(2n)小于r(2n＋1)的距离D处的元件。延迟时间可以放大奇数倍，同样在这种情况下，从大于r(2n)小于r(2n＋1)的距离D处的元件发射的波束与从大于r(2n＋1)小于r(2n＋3)的距离D处的元件发射的波束相位差一个π。另外，由于对从每个压电元件发射的超声波束仅设置两个交替相位就够了。波束的相位可以通过用相位翻转的驱动信号驱动压电元件而移相。如果是这种情况，延迟电路可以用一个简单的转换开关来替代，使得驱动电路变得相对简单和便宜。

这样设置的延迟时间τ(n)(n＝1到34)将在下面给出的表5中所示。更精确地说，假定为第一方式的延迟时间τ^Lτ(34)的值表示在表5第一列中，而假定为第二方式的延迟时间的值表示在表5的第二列中。从表5中可以看出，延迟时间τ(1)到τ(17)与延迟时间τ(34)到τ(18)并不分别完全相等。

                      表5

	第一驱动方式	第2驱动方式
			所有元件的焦距10mm	1-17元件的焦距：9mm18-34元件的焦距：11mm
	τ(1)	67 nsec			67 nsec
τ(2)			0  sec	67 nsec
	τ(3)	0  sec			0  sec
τ(4)			67 nsec	0  sec
	τ(5)	67 nsec			67 nsec
τ(6)			0  sec	67 nsec
	τ(7)	0  sec			0  sec
τ(8)			0 sec	0  sec
	τ(9)	67 nsec			67 nsec
τ(10)			67 nsec	67 nsec
	τ(11)	67 nsec			67 nsec
τ(12)			67 nsec	67 nsec
	τ(13)	0  sec			0  sec
τ(14)			0  sec	0  sec
	τ(15)	10  sec			0  sec
τ(16)			0  sec	0  sec
	τ(17)	0  sec			0  sec
τ(18)			0  sec	0  sec
	τ(19)	0  sec			0  sec
τ(20)			10  sec	0  sec
	τ(21)	0  sec			0  sec
τ(22)			0  sec	0  sec
	τ(23)	67 nsec			0  sec
τ(24)			67 nsec	67 nsec
	τ(25)	67 nsec			67 nsec
τ(26)			67 nsec	67 nsec
	τ(27)	0  sec			67 nsec
τ(28)			0  sec	0  sec
	τ(29)	10  sec			0  sec
τ(30)			67 nsec	67 nsec
	τ(31)	67 nsec			67 nsec
τ(32)			0  sec	67 nsec
	τ(33)	0  sec			0  sec
τ(34)			67 nsec	0  sec

图51是表示当34个压电元件以第一方式驱动时，在油墨表面观察的声分配图，和当压电元件以第二方式驱动时，在油墨表面观察的声分配图。在图51中，划在横轴的是离元件组中间点处的距离，而划在纵轴的是从每个压电元件发射的超声波的相对强度。从图51可以知道，当元件以第一方式驱动时，主波束从元件组中间点发射出，而当元件以第二方式驱动时，主波束从向右偏移110μm的点发射出。当元件以第二方式驱动时从元件组发射的主波束和旁瓣在强度上和元件与以第一方式驱动时发射的主波束和旁瓣有差别，但很小。当元件以第一方式驱动时，墨滴从油墨表面18a，位于元件组中间点正上方的点处飞行出。当元件以第二方式驱动时，墨滴从油墨表面18a，向右移动约110μm，位于大于10mm的基准焦距的焦距点处飞行出。通过改变第一个17元件和剩下的17元件间的聚焦距离差和墨层厚度间的比值，可以改变墨滴飞行的位置。

图52表示当所述聚焦距离差和墨层厚度之间的比值改变时，墨滴飞行的位置是如何改变的。无须再说，以190μm的节距排列的34个元件以第二方式同时驱动，墨层18是10mm厚。两个聚焦点在油墨表面18a上方和下方，每个具有相同的离开距离。

聚焦距离差和墨层厚度之间的比值优选为0.4或更小。如果比值大于0.4，墨滴将以与油墨表面18a倾斜的轨迹飞行，使得控制墨滴在记录媒体上的落点变得困难，或者从压电元件发射的超声波束不足够会聚以溅射一个墨滴除非驱动电压增加或者脉冲数目增加。为了充分会聚超声波束，要求两个聚焦距离之差是在液体油墨18中穿过时波束波长的偶数倍，在实施例5—3中，这两个聚焦点分别位于油墨表面18a上下，每个均具有离油墨表面18a相同的距离。相反，它们也可以在油墨表面18a上，在这种情况下，墨滴从位于移开元件组中间点正上方点处的点上飞行出。

这样，仅通过调整第一个17元件和余下的17元件聚焦距离之差，不管压电元件在主扫描方向排列的节距如何，墨滴飞行的位置均可控制。当压电元件以第一方式驱动时，实施例5—3可记录一个高分辨率图象。另一方面，当压电元件以第二方式驱动时，实施例5-3可在记录媒体上形成两个尺寸的墨点，从而在那里记录一个伪灰度级图象。

必须要求两个聚焦距离精确设置为与实施例5—3中元件组的一半。然而，聚焦距离电也可为包括不同数目压电元件的两组分别设置。

如上所述，实施例5—3可以以高于压电元件排列的节距确定的值的分辨率记录图象，并能在记录媒体上记录一个伪灰度级图象，另外，它只要求一个简单的电路来驱动压电元件，这是由于从34个压电元件发射的超声波束的相位是基于菲涅耳衍射原理控制的。

图53是包含在根据本发明的实施例6—1的喷墨记录装置中的记录头部分的剖视图。如图53所示，该记录头部分包括一个压电阵列10、一个声透镜11、一个墨罐15、和一个支撑层80。压电阵列10由压电层13、公共电极12、和多个分立电极14₁至14_n组成。公共电极12被设置在层13的上表面上。分立电极14₁至14_n设置在层13的下表面上，并彼此分开。公共电极12、压电层13、分立电极14₁至14_n构成了多个压电元件。这些压电元件沿着一条直线并置，而该直线沿着主扫描方向延伸。声透镜11被设置在公共电极12的上表面上。支撑层80设置在分立电极14₁至14_n的下表面上。墨罐15被设置在声透镜11上。墨罐15具有墨室，该墨室的顶部是开口的并形成有一个狭缝。该墨室充满了液体墨18。

压电层13由陶瓷(诸如钛锆酸铅(lead zirconate titanate(PZT))或钛酸铅)、半导体压电材料(诸如ZnO或AlN)、或高分子压电材料(诸如聚偏氟乙烯(PVDF)或聚偏氟乙烯与三氟化乙烯的共聚物(P(VDF-TrEE))构成。公共电极12和分立电极14₁至14_n由Ti、Ni、Al、Cu、Cr、Au等等制成，且每一个都由多个汽相淀积金属膜组成，或者印刷涂覆一个膜并随后对该膜进行支撑而制成，该膜由包含银糊的熔接玻璃组成。

声波透镜11由塑料制成，并带有根据费涅尔衍射理论形成的槽。透镜11可以是凸透镜。声透镜11的作用，是在压电层13由具有比墨18高的声阻抗的材料(诸如钛锆酸铅(PZT)或ZnO)制成的情况下，调节声能的分布。即，透镜11由其声阻抗介于层13和墨18的声阻抗之间的材料制成，以使从压电阵列10发射的超声波束能够以高效率被加到墨18上。为了相同的目的，透镜11的每一个凹进部分的厚度，都是λ/4的整数倍，其中λ是超声波束在通过液体墨18时的波长。

支撑层80位于压电阵列10之下并且是实施例6—1的特征，且它具有两种作用。第一，层80对压电阵列10进行机械支撑。第二，层80防止压电阵列10的过度振动，因而驱动电压的供应一旦停止，阵列10就不再振动。为了执行第二种作用，层80需要由具有至少为3×10⁶kg/m²s的声阻抗的材料制成。该材料可以是玻璃(诸如石英或硼硅酸玻璃)、橡胶(诸如铁磁橡胶或硅胶)、树脂(诸如环氧树脂)、陶瓷(诸如氧化铝)、或金属(诸如铜或铝)。如果由其声阻抗小于3×10⁶kg/m²S的材料(诸如多孔材料制成)，层80就不能防止阵列10的过度振动。所希望的是，层80具有低于压电层13的声阻抗的声阻抗，从而使超声波束不会从阵列10与支撑层80之间的界面反射。

支撑层80衰减在其中通过的超声波束。该超声波束，如果从层80的下表面反射，就不能到达压电阵列10而影响阵列10的振动。如果层80的厚度为几个毫米并由其衰减系数大至约为3.8dB/MHz-mm的铁磁橡胶制成，就可以使声束得到足够的衰减。在压电阵列10产生具有几十兆赫兹的低频的超声波的情况下，如果层80由石英玻璃等等(其衰减系数小至6.5×10^-4dB/MHz-mm)制成，它就必须具有足够的厚度，或者其下表面象图54所示的那样得到粗糙化。

图55是压电阵列10的透视图。如图55所示，公共电极12被设置在压电层13的上表面上，而压电层13是一个长形的板。形状如条形的分立电极14₁至14_n被并置设置在压电层13的下表面上，形成了一个阵列。虽然压电层13没有被分成条，其被设置在分立电极14₁至14_n上的部分，当驱动电压被加在公共电极12与分立电极14₁至14_n之间时，能够振动。不用说，压电层13可以被划分成分立的条。然而，为此必须进行两个额外的加工步骤，从而不可避免地增大了阵列10的制造成本。首先，层13的部分必须受到各向同性的蚀刻，以提供分立的压电条。第二，条之间的间隙必须用填补剂(诸如硅胶树脂)填充，以使各条电以及机械隔离。如果层13被分成分立的条，压电元件阵列10将以高效率(即电—机械耦合系数)把电能转换成机械能。因此，层13是否将被分成条，取决于降低制造成本或增大阵列10的运行效率哪一个更为重要。

如上所述，支撑层80被设置在分立电极14₁至14_n的下表面上，且声透镜11被设置在公共电极12的上表面上。透镜11是由薄的直条和厚的直条构成的费涅尔透镜。厚的条具有不同的宽度，并相距不同的间隙，而这些都是根据费涅尔衍射原理设计的。

在操作中，相位不同的驱动信号被同时加到分立电极14₁至14_n上，以驱动具体数目的相邻压电元件。在这种驱动信号的驱动下，这些压电元件向液体墨表面的一点发射出超声波束。换言之，该波束被会聚在沿着阵列10的轴线(主扫描方向)延伸的一个平面中。另外，该声束还被声透镜11会聚沿着与压电元件阵列10的轴线成直角的方向(副扫描方向)延伸的平面中。其结果，超声波束被会聚到墨表面上的一点。如此会聚的这些声束，将压力加到墨18上，从而产生墨的弯液面。最后，从墨表面的该点飞出一个墨滴19。通过同时驱动不同组合的相邻压电元件，可以从墨表面上的不同点处喷出墨滴19。

(实施例6—2)

图56是包含在根据本发明的实施例6—2的喷墨记录装置中的记录头部分的剖视图。该记录头部分被设置在与驱动集成电路21相同的基片上。它包括压电元件阵列10和支撑层80。层80被设置在一个凹槽中，而该凹槽形成在基片的上表面上并位于与基片的上表面的齐平的高度上。阵列10包括公共电极12、压电层13和分立电极14。分立电极14的一部分被设置在支撑层80上，和其一部分被设置在基片的上表面上。电极14因而没有阶梯部分。各个分立电极14，借助金属连线21b，能够方便地与驱动集成电路21相连。公共电极12可以在任何所希望的部分上与驱动集成电路21相连。公共电极12可以被分成分立的电极，从而形成一个电极阵列。如果是这样的话，公共电极12被作得较长(如图57所示)，并通过金属连线21b而与驱动集成电路21相连，同时分立电极14通过金属连线17b而与驱动集成电路21相连。

(实施例6—3)

图58是包含在根据本发明的实施例6—3的喷墨记录装置中的记录头部分的剖视图。该记录头部分的特征在于支撑层80a。由诸如氧化铝或环氧树脂的材料制成，层80a具有足够的机械强度和大的介电常数，因而它也能够被用作连线基片。因此，不仅压电元件阵列10，而且驱动集成电路21，都能够被直接设置在支撑层80a上。

以下的关系必须得到满足：

a×2t×f＜-20dB其中a是超声波在层80a中的衰减系数，t是层80a的厚度，且f是超声波的频率。对于医用超声探头，2×2t×f的值应该小于-60dB。相比之下，对喷墨头的要求不这样严格。然而，频率f比医学超声探头的频率高得多，且层80a的衰减系数a和厚度t必须选择适当的值。支撑层80a因而应该由适当的材料制成，并具有适当的厚度，以满足关系a×2t×f＜-20dB。

支撑层80a被设置在压电元件阵列10的背面，并被用来把从阵列10发射的超声波束有效地会聚到墨表面上的一点，并控制墨滴19的飞行路径。

(实施例7)

图59是设置在根据本发明的实施例7的喷墨记录装置中的记录头部分的透视图。该记录头部分在结构上与实施例5—1的记录头部分(图46)类似。其不同之处，在于声透镜11的宽度D比同时受到驱动的一组压电元件的长度L小。

确定记录头部分喷出的墨滴的大小的一个参数，是压电元件发射的超声波束的频率。声束的频率与压电层13的厚度成反比，因为压电元件阵列10是借助谐振来发射超声波束的，而这种谐振是在压电层13中沿着纵向产生的。即，层13越薄，声束频率越高。而声束频率越高，头部分所能够记录的图象的分辨率就越高。因此，压电层13应该由适当的材料并以适当的方法制成，即使它尽可能地薄。

压电层13的材料的选择，不仅取决于其所希望的厚度，而且还取决其电—机械耦合系数(即电能至机械能的转换效率)及影响着层13与驱动集成电路之间的电匹配的介电常数。所希望的材料是陶瓷—诸如钛锆酸铅(PZT)、聚偏氟乙烯与三氟化乙烯的共聚物、诸如铌酸锂的单晶、或诸如氧化锌(ZnO)的半导体压电材料、或诸如聚偏氟乙烯与三氟化乙烯的共聚物(P(VDF－TrFE))的高分子压电材料。更具体地说，对于以小于或等于600dpi的分辨率记录图象的喷墨打印机，层13应该由PZT制成，而对于以高于600dpi的分辨率记录图象的喷墨打印机，层13应该由ZnO制成。在其中层13通过对一块PZT等进行抛光而得到制备的情况下，在声透镜11与公共电极12之间设置有一个附着层。实施例5—1的记录头部分(图46)则没有这样的附着层。

公共电极12和分立电极14，由Ti、Ni、Al、Cu、Cr、Au或类似材料制成，其每一个都包括多个金属膜(这些金属膜通过汽相淀积或溅射而制成，或者通过印刷涂覆一层银糊薄膜并随后对该薄膜进行烘烤而制成，该银糊包含熔接玻璃)。声透镜11由玻璃、树脂等制成。如果PZT等形成的层是通过粘合剂接合在声透镜11上的，透镜11必须由容易加工的材料制成，且压电层13必须由能够与墨18声匹配的材料制成。如果ZnO等形成的层是通过溅射制成的，透镜11必须由不仅易于处理而且还能够承受溅射温度的材料制成，且压电层13必须由不仅能够实现墨18的声匹配而且还易于控制其颗粒的取向的材料制成。

在实施例7中，驱动集成电路21，通过按照单元块对压电元件阵列10进行驱动，来依次进行线性电子扫描；其中单元块的一个单个的块由压电元件组组成，而该压电元件组，根据所要记录的图象数据，具有沿着阵列方向(压电元件的延伸方向，或主扫描方向)相邻的n个压电元件。

在运行中，驱动电路21根据输入的图象数据，驱动压电元件阵列10，从而进行线性电子扫描。更具体地说，电路17用相位不同的高频驱动信号，同时驱动第一至第n个压电元件，如图60所示。随后，电路17用相位不同的高频驱动信号驱动第二至第(n＋1)个压电元件。随后，电路17用相位不同的高频驱动信号，同时驱动第三至(n＋2)个压电元件，依次类推。其结果，从压电元件发射的超声波束的会聚点，沿着主扫描方向作直线运动。该驱动信号可以是如图61所示的方波，也可以是正弦波。如上所述，该驱动信号具有不同的相位。这意味着这些信号具有处于不同时刻的前沿。制成了根据实施例7(图46)的压电元件阵列10。更具体地说，制备了一个压电层13，它的厚度为100μm，由介电常数为2000且谐振频率为20MHz的PZT基陶瓷制成。通过溅射，在压电层13的表面上分别形成两个电极。各个电极包括三个叠置的金属层，即厚度为0.05μm的Ti层、厚度为0.05μmm的Ni层和厚度为0.2μm的Au层。一个2kV/mm的电场被加到这些电极上，从而使电极极化。随后，在压电层13的一个表面上的电极，通过蚀刻，被分成分立电极14。分立电极14的宽度为120μm，且在它们之间有30μm的间隙。分立电极14以150μm的间距并置。压电元件阵列10因而包括压电层13、设置在层13的一个表面上的公共电极12、以及设置在层13的相对表面上的分立电极14。

声透镜11由厚度为2mm的硼硅酸玻璃板制成。透镜11带有宽度为1.5mm的直槽和凹形的片部。凹形片部的曲率半径为2.3mm。声透镜11和压电元件阵列10用环氧树脂粘合剂粘合在一起，并使公共电极12与透镜11的直槽处于轴向对准状态。随后，分别将一个墨罐15和一个驱动电路71装到声透镜11的上和下表面上。从而制成一个喷墨头。墨罐15的深度为3mm，并充满了液体墨18。墨18的表面在阵列10的公共电极12之上5mm。声波透镜11满足关系t＜D1/λ，其中t是透镜11的厚度(2mm)，D是槽的宽度(1.5mm)且λ是通过透镜11的超声波的波长。

该喷墨头被反复地驱动，每次都是通过同时驱动不同数目n的压电元件，从而将墨滴喷到记录介质上。数目n是10(10个元件同时被驱动，沿着主扫描方向形成延伸1.5mm的组)和24(24个同时驱动的元件沿着主扫描方向形成延伸3.6mm的组)。对在相同距离形成的超声波束图形进行检验。一个-10dB的波束，在声音场中沿着副扫描方向处于中心的位置处，具有0.33mm的宽度。当n＝24时，所产生的声束的宽度为0.34mm，几乎等于-10dB声束的宽度。当n＝10时，所产生的声束的宽度为0.76mm，比-10dB声束的宽度宽得多。当同时驱动不同的元件组合(其每一个都由16个元件组成(n＝16))时，大小约为80μm的墨滴从墨表面飞出，在记录介质上以约200dpi的密度形成了圆形的点。当用高1.3倍的驱动电压驱动元件的各种组合(其每一个都由10个元件组成(n＝10))时，从墨表面飞出形状象橄榄的墨滴，在记录介质上形成密度约为130dpi的椭圆点。

图46所示类型的声透镜11，可以用图62所示的类型的菲涅尔透镜所取代，后者具有位于上表面上的直槽并位于特定的位置。各个槽至透镜的中心的距离r(n)和各个槽的深度d，以以下公式给出：

ri＝((i×λω)/2×(F＋i×λω/8))^1/2

(i：自然数)

d＝(2×(λω^-1－λl^-1))^-1……(6)其中λω是通过墨的超声波束的波长，F是焦距，λl且是通过透镜11的超声波束的波长。

如图46和图62所示，声透镜11的作用是支撑压电层13。而在图63中，在透镜11与公共电极12之间可以插入一个声匹配层11’，以支撑压电层13。

如上所述，根据实施例7的喷墨头，由于采用了压电元件阵列和声透镜，能够有效地进行行扫描。声波透镜11沿着副扫描方向延伸的距离，比受到同时驱动的元件组沿着主扫描方向的延伸距离短。因而，墨滴能够有效地飞行，从而在记录介质上形成高分辨率图象。

(实施例8—1)

图65是包含在根据本发明的实施例8—1的喷墨记录装置中的记录部分的透视图。实施例8—1的特征，在于分立电极14，后者是位于墨罐附近的同心环形部件。除了这个特征以外，实施例8—1与上述的其他实施例相同。图65所示的箭头，表示压电元件的极化方向。

图66A和66B显示了包含在记录头部分中的压电元件10。虽然元件10的形状象个薄盘，它能够发射会聚的超声波束。压电元件10包括多个同心环形部件。在这些环形部件中，奇数的形成一个第一组，而偶数的形成一个第二组。不同相位的两个驱动电压分别通过端91和92而被加到第一组和第二组上。更具体地说，一个0相位驱动电压被加到端91上，而一个π相位驱动电压被加到端92上。

图67是剖视图，显示了压电元件10的细节。如图67所示，元件10包括压电盘13、设置在盘13的一个表面上的公共电极12、和设置在盘13的另一个表面上的同心环形分立电极14。

图68是平面图，显示了分立电极14。如图68所示，奇数的电极14₁、14₃和14₅形成了第一组，而偶数电极14₂、14₄和14₆形成了第二组。第一组的分立电极由导体91a连接，而后者与端91相连。类似地，第二组的分立电极由一个导体92a连接，而后者与端92相连。

一个驱动电路(未显示)，将如图66A所示的相位相差π的两个驱动电压，分别加到端91和92上。其结果，压电元件10发射出会聚的超声波束。

下面解释压电元件10是如何制成的。

首先，在一个基片(未显示)上形成如图68所示的电极图形14。图形14的环形元件，由位于导体91a和偶数电极14₂、14₄和14₆之间与位于导体92a与电极14₁、14₃和14₅之间的环形绝缘层，进行电绝缘。随后，借助诸如溅射的薄膜形成过程，在电极图形14上形成具有均匀的厚度的压电盘13，电极图形14既不覆盖端91也不覆盖端92。盘13由诸如ZnO、PZT(钛锆酸铅)或PT(钛酸铅)的压电材料制成。随后在压电盘13上形成公共电极12。随后，盘13得到均匀的极化。这样就完成了压电元件10(即喷墨头)的制造。

在实施例8—1中，只要电极图形14受到费涅尔分割，形成了分立电极14₁至14₆。压电盘13还可以被分成同心环形部件，其奇数成员组成一个第一组且其偶数成员组成一个第二组。

实施例8—1的记录头部分，可以具有多个喷墨头，其中每一个喷墨头都具有图68所示的分立电极图形14。在此情况下，可以设置一个单个的压电层，它覆盖了所有的分立电极图形14并暴露出与图形14构成一体的端91和92。

(实施例8—2)

图69A和69B显示了设置在根据本发明的实施例8—2的喷墨记录装置中的记录头部分。与实施例8—1的相应部分一样，记录头部分具有薄盘形的压电元件10，且该压电元件10发射会聚的超声波束。如图69A和69B所示，元件10被分成同心环形区，在这些同心环形区中，奇数的形成一个第一组，而偶数的形成一个第二组。第一组的区被沿着一个方向极化，而第二组的区被沿着相反的方向极化，如箭头所示。因此，从第一组的环形区发射的超声波束与从第二组的环形区发射的超声波束是反相的。

图70是图69A和69B所示的压电元件10的剖视图。如图70所示，元件10包括压电盘13、设置在盘13的一个表面上的公共电极12、和设置在盘13的另一表面上的同心环形分立电极14₁至14₆。如从图68可见，分立电极14₁至14₆是通过对一个盘形电极图形14进行费涅尔分割而形成的。盘13的与奇数电极14₁、14₃和14₅相接触的那些环形区，被向下极化，而盘13的与偶数电极14₂、14₄和14₆接触的那些环形区，被向上极化。所有的分立电极都由导体91a连接，而导体91a与端91相连。

端91与驱动电路(未显示)相连。该驱动电路将相同的驱动电压加到压电元件10的分立电极14₁至14₆。因而，从压电盘13的奇数环形区发射的超声波束与从盘13的偶数环形区发射的超声波束在相位上相差π。这是由于，如上所述，奇数环形区是向下极化的，而偶数环形区是向上极化的。因此，实施例8—2实现了与实施例8—1相同的效果。实施例8—2更为有利之处，在于驱动电路不需要产生两个驱动电压，因而其结构可以更简单。

在实施例8—2中，只要电极图形14受到了费涅尔分割，从而形成分立电极14₁至14₆。压电盘13可以被分成同心环形部件，其奇数成员组成一个第一组，而其偶数成员组成一个第二组。另外，实施例8-2的记录头部分可以得到修正，以具有多个喷墨头。

现在解释图70的压电元件10是如何制造的。

为了制造图70所示的元件10，需要将一个高电压加到压电盘13的奇数环形区，并将一个极性相反的高电压加到盘13的偶数环形区。施加高电压的该步骤，对于制造图67所示的压电元件10不是必需的，因为不同相位的两个驱动电压是通过端91和92加到两组环形电极上的。

现在解释如何制造图70所示的压电元件10。首先，奇数环形电极14₁、14₃和14₅由一个导体(未显示)连接，且偶数环形电极14₂、14₄和14₆由一个导体(未显示)连接，如图67和68所示。这些导体分别被连接到两个端。这样，在压电盘13上形成了公共电极12。随后，将一个极性的直流高电压加在公共电极12与一个第一电极之间，从而对盘13的奇数环形区进行极化。另外，一个极性相反的直流高电压被加到公共电极12与第二电极之间，从而使盘13的偶数环形区极化。现在，盘13的两组环形区都得到了极化，第一和第二端一起被连接到端91。

也可以用另一种方法制造压电元件10。首先，在压电盘13的下表面上形成一个盘形电极。随后，在盘13的上表面上形成一个同心环形电极。随后，奇数的环形电极沿着一个方向受到极化，且偶数环形电极沿着相反的方向受到极化。这样，借助溅射等等方法，在该环形电极上形成一个盘形公共电极。

(实施例8—3)

图71是采用在根据本发明的实施例8—3的喷墨记录装置中的阵列型喷墨头的透视图。该喷墨头是实施例8—1和实施例8—2的记录头的修正。如图71所示，阵列式喷墨头包括压电层13、形成在层13的上表面上的公共电极12、和设置在层13的下表面上的分立电极14。分立电极14沿着主扫描方向以规则的间隔并置，形成了一个阵列。压电层13沿着副扫描方向被分成条形区，而该副扫描方向与主扫描方向垂直。在这些区中，奇数区沿着一个方向受到极化，而偶数区沿着相反的方向受到极化，如图71的箭头所示。公共电极12、压电层13和分立电极14，形成了多个压电元件。

公共电极12与地相连。分立电极14与一个引线91a相连，而引线91a又与一个驱动电路(未显示)相连。该驱动电路根据一个输入的图象数据，驱动n个相邻的压电元件从而进行相位阵列扫描。更具体地说，该电路用具有不同相位的高频驱动信号，同时驱动第一至第n个压电元件。在这样的驱动下，第一至第n个元件发射出超声波束，而该超声波束在沿着副扫描方向延伸的平面中得到会聚，并在沿着主扫描方向的平面中得到进一步会聚。随后，该驱动电路，用具有不同相位的高频驱动信号，同时驱动第二至第(n＋1)个压电元件。随后，该驱动电路，用具有不同相位的高频驱动信号，同时驱动第三至第(n＋2)个压电元件，等等。其结果，从压电元件发射的超声波束的会聚点，沿着主扫描方向作直线运动。

经过在彼此垂直的两个平面中的两次会聚，从压电元件阵列10发射的超声波束，到达充在墨罐(未显示)中的液体墨表面上的一点。其结果，一个墨滴从该点飞到记录介质上。由于该点借助同步阵列扫描而作直线运动，因而该阵列式喷墨头能够提供一种线型打印机。在此情况下，墨滴能够以高于沿着主扫描方向并置的压电元件的间距所确定的密度，在记录介质上形成点。

现在结合图72描述该阵列式喷墨头是如何制造的；图72是透视图，显示了图71的喷墨头的细节。

首先，在基片26上形成分立电极14。随后，在基片26上形成覆盖分立电极14的压电层13。然后，在压电层13上形成一个电极并将其费涅尔分割成条，如图72中的虚线所示。然后将这些分立电极14连接在一起，并使压电层13如图72的箭头所示地受到极化。然后，在层13的上表面上的电极被连接在一起，或者在这些电极上形成一个电极，从而形成公共电极12。

该阵列式喷墨头也可以用另一种方法制造。首先，在基片26上形成费涅尔分割的条形电极。然后，在基片26上形成覆盖条形电极的压电层13。随后，在压电层13上形成一个电极，且层13以上述的方式受到极化。完成了这些之后，将条形电极连接在一起，形成一个公共电极12。最后，在压电层13的上表面上的电极受到部分蚀刻，以形成以规则的间隔分开的分立电极14。

由于条形压电元件能够发射会聚超声波束，根据实施例8—3的阵列式喷墨头在能量上是有效的，能够以低成本制造，并能够产生高分辨率的记录图象。

(实施例9)

图73A和73B是用在根据本发明的实施例9的喷墨记录装置中的喷墨头的剖视图和平面图。如图73A和73B所示，该喷墨头包括由玻璃等制成并具有槽的绝缘基片26，以及设置该槽中的压电元件阵列10。阵列10包括薄膜压电层13、设置在层13的一个表面上的公共电极12、以及设置在层13的相对表面上的分立电极14。分立电极14延伸到基片26的平整部分上。

压电层13，借助诸如溅射的薄膜形成方法，由诸如ZnO(氧化锌)、PZT(钛锆酸铅)或PT(钛酸铅)的压电材料制成。公共电极12通过在压电层13上溅射金属而形成。如果需要，在公共电极12上设置有一个声匹配层或一个防水覆层。分立电极14位于基片26的平整部分上的端部，与设置在基片26上的一个驱动集成电路(未显示)相连。

现在结合图74A至74D，来描述如何在基片26的槽中形成分立电极14。

首先，如图74A所示，在金属箔14a上形成图形，该图形具有平行的长狭缝。同时，制备一个玻璃基片26，它具有如图74B所示的槽26h。在基片26的下表面上设置有一个电极(未显示)。

随后，如图74C所示，金属箔14a被放置在基片26上。在从300至500℃的高温下，来自直流电源93的电场被加在箔14a与基片26之间。因而金属箔14a借助静电力而被压在基片26上。金属层至玻璃基片的这种压力接合，被称为“阳极接合”。箔14a与条形部分相连的边缘部分，随后被切去。分立电极14因而部分地被设置在槽26h中，并部分地被设置在基片26的平整部分上。

如果分立电极14需要薄于通过加工金属箔所能够形成的厚度，则可以通过在一个诸如聚酰胺膜上溅射出一个金属膜，来形成分立电极14，并随后在如此形成的金属膜上形成图形。在此情况下，金属膜被固定在聚酰胺膜上。因此，它整个被作出条形图形，而不需要留下边缘部分。尽管如此，在该金属膜上作出图形，形成平行长缝，且在将条形部分接合到玻璃基片且聚酰胺膜被蚀刻掉之后将其边缘部分切去。

现在结合图75A至75F来描述在基片26上形成分立电极14的另一种方法。首先，如图75A所示，制备出一个遮光掩膜101。掩膜101由树脂膜102制成，用于使金属膜具有分立电极14的图形。然后，如图75B所示，掩膜101被弯曲，形成一个凹进部分，该凹进部分将进入基片26的槽26h。遮光掩膜101被设置在基片26上，而凹进部分进入槽26h，如图75C所示。然后，如图75D所示，借助溅射在基片26上形成一个金属膜103，且在金属膜102上旋涂出一层抗蚀剂104。

进一步地，如图75E所示，掩膜101被设置在抗蚀剂104上，而凹进部分与基片26的槽26h相对准。抗蚀剂被曝光，并对金属膜103进行有选择的蚀刻。其结果，在槽26h中和基片26上以高精度形成了分立电极14，如图75F所示。

借助实施例9，通过在基片26的槽26h中部分地形成分立电极之后，在基片26形成压电层，可以容易地形成U形的压电元件。另外，可以通过阳极接合将形成图形的金属箔接合在槽26h中，或者通过将带有图形的掩膜101的凹进部分放置在槽26h中，能够形成高精度的分立电极。具有高精度的分立电极，能够以每英寸几百点的分辨率来记录图象。

(实施例10)

图76A和76B是采用在根据本发明的实施例10的喷墨记录装置中的喷墨头的剖视图和平面图。如图76A所示，该喷墨头包括平整的基片26和设置在基片26上的压电元件阵列10。阵列10包括压电层13、设置在层13的一个表面上的公共电极12、以及设置在层13的相对表面上的分立电极14。各个分立电极14都具有在其上表面上制成的U形槽。公共电极12和压电层13位于该U形槽中，并且也是U形的。

分立电极14，是通过交替结合板形导体106和板形绝缘体107而形成一个矩形块95，并在块95的上表面上形成槽95a，而形成的，如图77B所示。压电层13被设置在槽95a中，且公共电极12被设置在层13上，从而提供了阵列10。块95被固定在基片26上。压电层13由诸如ZnO(氧化锌)、PZT(钛锆酸铅)或PT(钛酸铅)的压电材料制成，并且是通过诸如溅射的薄膜形成工艺形成的。公共电极12是通过在压电层13上溅射金属而形成的。如果需要，在公共电极12上设置声匹配层或防水覆层。

如图76A所示，板形导体106(即分立电极14)的端部，通过接合导线91a，而与设置在基片26上的电极91相连。电极91与设置在基片26上的驱动集成电路(未显示)相连。

下面结合图77A和77B，来描述形成具有槽95a的块95的方法。首先，如图77A所示，导体106(例如，35μm厚)和绝缘体107(例如，4μm厚)，都是板形的，并交替地并置并用粘合剂粘合，从而形成一个块。因此，导体106(即分立电极14)以40μm的间距设置。该块被切成长的块95，后者例如为10mm宽和1mm厚。在块95的表面上形成了槽95a。槽95a沿着与导体106和绝缘体107并置的方向相同的方向延伸。槽95a的片部具有例如4mm的曲率半径。

如此形成的块95，被放置并固定在基片26上，如图76A和76B所示。在基片26的槽中形成压电层13。如果需要，各个导体106的上表面可以被涂覆，以使层13的晶体具有适当的取向，并便于导体106至电极91的导线接合。最后，在压电层13上形成公共电极12。

上述块95可以借助硅的各向异性蚀刻来形成。更具体地说，一个直接接合在玻璃基片上的导电硅基片受到各向异性蚀刻，形成了深而窄的平行槽。由于这些槽，该硅基片被分成多个板形导体。这些槽被用绝缘树脂填充，从而形成了板形绝缘体。这些交替并置的导体和绝缘体构成了一个块。该块受到机械加工，以具有在其上表面的槽。

如上所述，采用在实施例10中的喷墨头的分立电极，是通过将板形的导体和绝缘体接合在一起从而将它们交替并置而形成长的块，并通过在该块的上表面上用机械方法形成槽，而制成的。因而所形成的分立电极具有微米量级的精度。借助高精度的分立电极，该喷墨头能够以每英寸几百点的分辨率来记录图象。

(实施例11)

下面将描述包含在根据本发明的实施例11的喷墨记录装置中的记录头部分。该记录头部分的结构与实施例5—1的记录头部分的结构(图46)类似。其不同之处，只在于压电元件阵列和阵列与驱动电路之间的连接。

图78显示了压电元件阵列10的分立电极14。如从图78可见，除了在两端的电极14₁和14₂之外，所有的分立电极都与设置在驱动电路21上的驱动信号源S₁至S_i相连。驱动电路21具有延迟电路，后者没有在图78中显示。换言之，驱动电路21不驱动在阵列10两端的电极14₁和14₂。这些分立电极被置于与公共电极(未显示)相同的电位，即地电位。

即，实施例11的特征在于，阵列10的至少两个压电元件(它们位于阵列10的端部)不发射超声波束，不被用于喷射墨滴。这些元件帮助降低用来喷出墨滴的压电元件的平均容性负载。另外，由驱动电路21驱动的元件声耦合得到了平均，因为有关的分立电极是以规则的间隔并置的。其结果，交扰噪声比传统的喷墨记录装置的记录头部分小得多。

下面结合图79A和79B，来详细描述这一优点。

如图79A所示，不仅公共电极12与各个分立电极14之间的容性负载C1，而且任何两个相邻的分立电极14之间的容性负载C2，都出现在压电元件阵列10中。制成并驱动一个与图79A中所示的阵列10相同的一个压电元件阵列。位于该阵列的一端的元件Ta的容性负载，比位于另一端的元件Tb的电负性载低约13％。计算出的容性负载C2是容性负载C1的大约五分之一(1/5)。分立电极14的间距越小，容性负载C1与C2之间的差就越大，且元件Ta和Tb的容性负载之差也越大。即使元件Ta和Tb受到相同的驱动信号的驱动，它们也将产生出不同的交扰噪声。这些噪声将影响元件Ta和Tb发射的超声波。

各个压电元件的压电部件的变形程度，取决于加在该压电部件上的驱动电压和该压电部件中的应力。如图79B所示，元件Ta向一侧变形，其变形与不位于压电元件阵列的端部的元件Tb的变形是非常不同的。元件Ta的声耦合，影响着从受到驱动电路21驱动的元件(包括Tb)发射的超声波束。

从位于元件Ta附近的任何压电元件发射的超声波束，都受到墨罐的壁的反射。这不利于从被驱动的压电元件发射的超声波束的会聚。

其结构与实施例5—1的记录头部分(图46)类似并包含图78所示的类型的压电元件阵列10的喷墨头，被制造出来。所有的压电元件，除了位于阵列10的端部的以外，都受到反复的驱动，每次驱动n个元件，就象在上述实施例中那样，从而在记录纸上形成一行点。这些点的大小和墨浓度是均匀的，即使是在行的端部处也是如此。

制成并驱动如图80所示的传统喷墨头，以同根据实施例11的喷墨头进行比较。如从图80可见，传统喷墨头的所有压电元件，包括位于阵列的端部处的元件，都受到反复驱动，每次驱动n个元件，从而在记录纸上形成一行点。形成行的端部的点的墨浓度不均匀，而且也没有与行中间的点对准。这可能是由于两个原因。第一，位于阵列的端部的压电元件所产生的交扰噪声，与其他元件产生的交扰噪声不同，如结合图79A和79B所解释的。第二，从这些元件发射的超声波束，受到了墨罐的壁15a和15b的反射，而这不利于从受到驱动的压电元件发射的超声波束的会聚。

在实施例11中，位于阵列10的两端且不受驱动的压电元件的数目是可选的。另外，位于阵列10的一端且不受驱动的元件的数目，可以与位于阵列10的另一端且不受驱动的元件的数目相同或不同。还有，可以将导线连接到位于阵列10的任何一端且不受驱动的元件，以用于具体的目的。

另外，如图81所示，可以在压电层13的一个表面上切出槽22，以减小压电元件声耦合的影响。驱动信号源S₁至S₁产生的驱动信号，可以是任何类型的，只要它们能够驱动压电元件从而使从这些元件发射的超声波束能够会聚在一点。

在实施例11中，各个压电元件的交扰噪声和声耦合能够方便地得到减小，因为受到同时驱动的压电元件具有相同的交扰噪声和声耦合。该驱动电路可以是具有简单结构的电路，且从同时驱动的压电元件发射的超声波束的会聚，几乎不受从这些元件发射并受到墨罐的壁的反射的超声波束的影响。

其他的优点和修正，对于本领域的人员，是显而易见。因此，本发明不仅限于在此显示和描述的具体细节、代表装置和所示的例子。相应地，在不脱离所附权利要求书限定的本发明的范围或精神的前提下，可以进行各种修正。

表1

r(0)	0     mm
		r(1)	0.150 mm
r(2)	0.260 mm
		r(3)	0.336 mm
r(4)	0.398 mm
		r(5)	0.451 mm
r(6)	0.499 mm
		r(7)	0.543 mm
r(8)	0.584 mm
		r(9)	0.622 mm
r(10)	0.658 mm
		r(11)	0.692 mm
r(12)	0.725 mm
		r(13)	0.756 mm
r(14)	0.786 mm
		r(15)	0.815 mm
r(16)	0.843 mm
		r(17)	0.871 mm
r(18)	0.897 mm
		r(19)	0.923 mm

                     表2

	第2压电元件组墨滴飞溅位置A  点	第2压电元件组墨滴飞溅位置B  点
			τ(1)	5 nsec	5 nsec
τ(2)	5 nsec	5 nsec
			τ(3)	5 nsec	5 nsec
τ(4)	0  sec	0  sec
			τ(5)	0  sec	0  sec
τ(6)	5 nsec	5 nsec
			τ(7)	5 nsec	5 nsec
τ(8)	0  sec	0  sec
			τ(9)	5 nsec	5 nsec
τ(10)	0  sec	0  sec
			τ(11)	5 nsec	5 nsec
τ(12)	0  sec	0  sec
			τ(13)	0  sec	0  sec
τ(14)	5 nsec	5 nsec
			τ(15)	5 nsec	5 nsec
τ(16)	0  sec	0  sec
			τ(17)	0  sec	0  sec
τ(18)	0  sec	0  sec
			τ(19)	0  sec	0  sec
τ(20)	0  sec	0  sec
			τ(21)	0  sec	0  sec
τ(22)	5  sec	0  sec
			τ(23)	5 nsec	5 nsec
τ(24)	0  sec	5 nsec
			τ(25)	0  sec	0  sec
τ(26)	5 nsec	0  sec
			τ(27)	0  sec	5 nsec
τ(28)	5 nsec	0  sec
			τ(29)	0  sec	5 nsec
τ(30)	5 nsec	0  sec
			τ(31)	5 nsec	5 nsec
τ(32)	0  sec	5 nsec
			τ(33)	0  sec	0  sec
τ(34)	5 nsec	0  sec
			τ(35)	5 nsec	5 nsec
τ(36)	5 nsec	5 nsec
			τ(37)	未驱动	5 nsec

Claims (44)

1.一种喷墨记录装置，用于通过借助超声波束的压力使墨滴从墨的表面飞出而将图象记录在记录介质上，包括：

超声波发生元件阵列(10)，它具有设置成阵列的至少一个超声波元件，用于发射超声波束；

驱动装置(21)，用于施加具有彼此不同的相位的多个脉冲，以通过使从所述超声发生元件阵列(10)的一部分的所述超声波发生元件发射的所述多个超声波束彼此发生干涉而会聚超声波束，所述超声波发生元件受到同时驱动，且受到同时驱动的所述超声波发生元件被沿着阵列方向依次移动；以及

会聚装置(16)，用于沿着与该阵列方向垂直的一个方向会聚所述多个超声波束中的每一个。

2.根据权利要求1的喷墨记录装置，其中所述驱动装置(21)包括

移位寄存器(31)，用于传送输入图象数据，

锁存器(32)，用于暂时存储来自所述移位寄存器的图象数据并行输出，以及

数据选择器/驱动器(34)，用于选择多个脉冲串中的一个脉冲串，这些脉冲串具有不同的相位，并且是从与暂时存储在所述锁存器中的图象数据对应的多条公共信号线输入的，并用于根据所述对应的脉冲串来驱动所述超声波发生元件。

3.根据权利要求1的喷墨记录装置，其中所述驱动装置(21)具有：

一个第一驱动方式，用于同时驱动所述超声波发生元件，以将从所述超声波发生元件发射的超声波束会聚在所述墨的表面上的一个第一点，该第一点沿着所述超声波发生元件的中心轴线，而该中心轴线与所述超声波发生元件的超声波发生表面相垂直，以及

一个第二驱动方式，用于同时驱动所述超声波发生元件，以将从至少被分成右区和左区的所述超声波发生元件区域发射的超声波束会聚在一个第二点，该第二点不同于中心轴线的第一点。

4.一种喷墨记录装置，用于通过借助超声波束的压力使墨滴从墨的表面飞出而将图象记录在记录介质上，包括：

超声波发生元件阵列(10)，它具有排列成阵列的多个超声波元件，用于发射超声波束；

驱动装置(21)，用于施加具有彼此不同的相位的多个脉冲，以通过使从所述至少一个超声波发生元件发射的所述多个超声波束彼此发生干涉而会聚超声波束；以及

会聚装置(16)，用于沿着与该阵列方向垂直的一个方向会聚所述多个超声波束，其中

所述会聚装置(16)包括费涅尔带片，该费涅尔带片具有沿着与第一方向相同的方向延伸的多个平行条形图形，用于把从所述超声波发生元件发射的超声波束会聚在所述墨上。

5.一种喷墨记录装置，用于通过借助超声波束的压力使墨滴从墨的表面飞出而将图象记录在记录介质上，包括：

超声波发生元件阵列(10)，用于发射多个超声波束；以及

费涅尔带片(16)，它具有沿着与所述超声波发生元件的阵列方向相同的方向延伸的多个平行条形图形，并用于将从所述超声波发生元件发射的超声波束会聚在所述墨上。

6.一种喷墨记录装置，用于通过借助超声波束的压力使墨滴从墨的表面飞出而将图象记录在记录介质上，包括：

超声波发生元件阵列(10)，它具有排列成阵列的多个超声波元件，用于发射超声波束；

驱动装置(21)，用于施加具有彼此不同的相位的多个脉冲，以通过使从所述至少一个超声波发生元件发射的所述多个超声波束彼此发生干涉而会聚超声波束；以及

会聚装置(16)，用于沿着与该阵列方向垂直的一个方向会聚所述多个超声波束，其中，

所述会聚装置(16)包括这样的装置，即该装置用于当第一超声波发生元件组的一部分超声波发生元件被设置在所述超声波发生元件组的阵列方向的中心且一个第二超声波发生元件组的一部分超声波发生元件被设置在所述第一超声波发生元件组的所述阵列方向的两侧时从所述超声波发生元件阵列(10)选择将要受到同时驱动的预定数目的连续超声波发生元件组，用于将具有相反相位的两相位驱动信号加到所述第一和第二超声波发生元件组，并移动所述超声波发生元件组的位置并重复该驱动信号供应操作。

7.一种喷墨记录装置，用于通过借助超声波束的压力使墨滴从墨的表面飞出而将图象记录在记录介质上，包括：

超声波发生元件阵列(10)，它具有排列成阵列的多个超声波元件，用于发射超声波束；

驱动装置(21)，用于施加具有彼此不同的相位的多个脉冲，以通过使从所述至少一个超声波发生元件发射的所述多个超声波束彼此发生干涉而会聚超声波束；以及

会聚装置(16)，用于沿着与该阵列方向垂直的一个方向会聚所述多个超声波束，其中

所述会聚装置(16)包括这样的装置，即该装置用于当第一超声波发生元件组的一部分超声波发生元件被设置在所述超声波发生元件组的阵列方向的中心且一个第二超声波发生元件组的一部分超声波发生元件被设置在所述第一超声波发生元件组的所述阵列方向的两侧时从所述超声波发生元件阵列(10)选择将要受到同时驱动的预定数目的连续超声波发生元件组，用于将具有相反相位的两相位驱动信号加到所述第一和第二超声波发生元件组。

8.一种喷墨记录装置，用于通过借助超声波束的压力使墨滴从墨的表面飞出而将图象记录在记录介质上，包括：

至少一个超声波发生元件(10)，用于发射至少一个超声波束；以及

设置在所述超声波发生元件上的匹配装置(11)，它包括匹配层，用于使所述超声波发生元件与所述墨之间达到声匹配。

9.根据权利要求1的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件包括多个分立电极和多个分立压电元件。

10.根据权利要求1的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件包括多个分立电极和至少一个压电层。

11.根据权利要求10的喷墨记录装置，其中所述压电层具有至少一个与所述超声波发生元件阵列(10)的阵列方向相交叉的间隙。

12.根据权利要求8的喷墨记录装置，其中所述匹配装置(11)进一步包括用于沿着与所述超声波发生元件的一个超声波发生表面相垂直的方向会聚所述超声波束的装置。

13.根据权利要求12的喷墨记录装置，其中所述会聚装置(16)包括设置在所述匹配层上的柱面透镜、直板和带片中的一个。

14.根据权利要求12的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件包括至少一个压电层，且所述匹配层具有一个层，该层的阻抗几乎等于所述压电层的声阻抗与墨的声阻抗的乘积的平方根并具有预定的厚度。

15.根据权利要求12的喷墨记录装置，其中所述匹配层包括环氧树脂、树脂材料，诸如乙烯树脂、丙烯树脂、苯乙烯树脂、甲基丙烯酸甲酯树脂、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚苯乙烯树脂、纤维质树脂、亚胺树脂、酰胺树脂、氟化塑料、硅树脂、聚酯树脂、聚碳酸酯、聚丁二烯型树脂、尼龙、聚醛、氨基甲酸乙酯树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂、或尿素树脂，以及它们的共聚物树脂、以及上述树脂和纤维的混合物、以及橡胶材料，包括聚丁二烯橡胶、天然橡胶、烯烃橡胶、以及无机化合物，诸如各种玻璃材料、硅、或其化合物、以及金属材料，包括铝、钨粉、锡、铅、钛、锌、黄铜或锆。

16.根据权利要求8的喷墨记录装置，进一步包括设置在所述超声波发生元件与所述电极之间的支撑材料(80)。

17.一种喷墨记录装置，用于通过借助超声波束的压力使墨滴从墨的表面飞出而将图象记录在记录介质上，包括：

超声波发生元件阵列(10)，它具有排列成阵列的多个超声波元件，用于发射超声波束；

驱动装置(21)，用于当第一超声波发生元件组的一部分超声波发生元件被设置在所述超声波发生元件组的阵列方向的中心且一个第二超声波发生元件组的一部分超声发生元件被设置在所述第一超声波发生元件组的所述阵列方向的两侧时从所述超声波发生元件阵列(10)选择将要受到同时驱动的预定数目的连续超声波发生元件组，用于将具有相反相位的两相位驱动信号加到所述第一和第二超声波发生元件组，并移动所述超声发生元件组的位置并重复该驱动信号供应操作。

18.根据权利要求17的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件阵列(10)的超声波发生元件总数等于在所述超声波发生元件组中的超声波发生元件数至少加上所要记录的一个行的象素数。

19.根据权利要求17的喷墨记录装置，其中所述驱动装置(21)包括这样的装置，即该装置用于将所述超声波发生元件组中沿着所述超声波发生元件阵列(10)的超声波发生元件阵列方向的若干超声波元件交替设定为偶数或奇数个超声波发生元件。

20.根据权利要求19的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件阵列(10)的超声波发生元件的总数等于所述超声波发生元件组中的超声波发生元件数与至少所要记录的一行象素数之和。

21.根据权利要求17的喷墨记录装置，进一步包括控制装置，该控制装置用于根据所要记录的图象信号来控制所述驱动装置(21)是否输出所述两相位驱动信号。

22.根据权利要求19的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件阵列(10)的超声波发生元件的总数，等于所述超声波发生元件组中的超声波发生元件数与至少所要记录的一行象素数之和。

23.根据权利要求21的喷墨记录装置，其中所述控制装置对应于所述超声波发生元件阵列(10)的各个超声波发生元件设置，并用于输入所述两相位驱动信号和非驱动信号，并用于进行控制，以通过根据按照所要记录的图象信号的所述超声波发生元件组的选择信息和两相位驱动信号的选择信息来选择具有所述两相位驱动信号的相位之一的驱动信号和非驱动信号之一，来提供相应的超声波元件。

24.根据权利要求23的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件阵列(10)的超声波发生元件的总数，等于所述超声波发生元件组中的超声波发生元件数与至少所要记录的一行象素数之和。

25.根据权利要求21的喷墨记录装置，进一步包括装置(82)，装置(82)用于根据与所述超声波发生元件组对应的象素的图象信号，控制所述驱动装置(21)输出所述两相位驱动信号的时间段。

26.根据权利要求25的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件阵列(10)的超声波发生元件的总数，等于所述超声波发生元件组中的超声波发生元件数与至少所要记录的一行象素数之和。

27.根据权利要求25的喷墨记录装置，其中所述控制装置对应于所述超声波发生元件阵列(10)的各个超声波发生元件设置，并用于输入所述两相位驱动信号和非驱动信号，并用于进行控制，以通过根据按照所要记录的图象信号的所述超声波发生元件组的选择信息和两相位驱动信号的选择信息来选择具有所述两相位驱动信号的相位之一的驱动信号和非驱动信号中的一个，来提供相应的超声波元件。

28.根据权利要求27的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件阵列(10)的超声波发生元件的总数，等于所述超声波发生元件组中的超声波发生元件数与至少所要记录的一行象素数之和。

29.一种喷墨记录装置，包括：

墨保持装置(15)，用于盛放液体墨以保持预定的表面；

以预定的间距排列的超声波发生元件阵列(10)，用于借助预定的驱动信号将超声波束会聚到所述液体墨上，并用于发射沿着所述液体表面运动的超声波束；以及

驱动装置(21)，用于从所述超声波发生元件阵列(10)中选择将要受到同时驱动的预定数目的连续超声波发生元件组，用于确定并分配给所述超声波发生元件组的各个超声波发生元件一个第一区域和一个第二区域中的一个，该第一区域是借助费涅尔衍射公式而获得的且超声波束将通过它，而在第二区域中超声波相位移动半个波长，且当所述第一区域被分配给一个第一组且所述第二区域被分配一个第二组时，用于将具有相反相位的两相位驱动信号提供给所述第一和第二组，并移动所述超声波发生元件组的位置并重复该驱动信号供应操作。

30.根据权利要求29的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件阵列(10)的超声波发生元件的总数，等于所述超声波发生元件组中的超声波发生元件数与至少所要记录的一行象素数之和。

31.根据权利要求29的喷墨记录装置，其中所述驱动装置(21)包括这样的装置，即该装置用于将所述超声波发生元件组中沿着所述超声波发生元件阵列(10)的超声波发生元件阵列方向的若干超声波元件交替设定为偶数或奇数个超声波发生元件。

32.根据权利要求31的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件阵列(10)的超声波发生元件的总数，等于所述超声波发生元件组中的超声波发生元件数与至少所要记录的一行象素数之和。

33.根据权利要求29的喷墨记录装置，进一步包括控制装置，该控制装置用于根据所要记录的图象信号来控制所述驱动装置(21)是否输出所述两相位驱动信号。

34.根据权利要求33的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件阵列(10)的超声波发生元件的总数，等于所述超声波发生元件组中的超声波发生元件数与至少所要记录的一行象素数之和。

35.根据权利要求33的喷墨记录装置，其中所述控制装置对应于所述超声波发生元件阵列(10)的各个超声波发生元件设置，并用于输入所述两相位驱动信号和非驱动信号，并用于进行控制，以通过根据按照所要记录的图象信号的所述超声波发生元件组的选择信息和两相位驱动信号的选择信息而选择具有所述两相位驱动信号的相位之一的驱动信号和非驱动信号中的一个，来提供相应的超声波元件。

36.根据权利要求35的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件阵列(10)的超声波发生元件的总数，等于所述超声波发生元件组中的超声波发生元件数与至少所要记录的一行象素数之和。

37.根据权利要求33的喷墨记录装置，进一步包括装置(82)，装置(82)用于根据与所述超声波发生元件组对应的象素的图象信号，控制所述驱动装置(21)输出所述两相位驱动信号的时间段。

38.根据权利要求37的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件阵列(10)的超声波发生元件的总数，等于所述超声波发生元件组中的超声波发生元件数与至少所要记录的一行象素数之和。

39.根据权利要求37的喷墨记录装置，其中所述控制装置对应于所述超声波发生元件阵列(10)的各个超声波发生元件设置，并用于输入所述两相位驱动信号和非驱动信号，并用于进行控制，以通过根据按照所要记录的图象信号的所述超声波发生元件组的选择信息和两相位驱动信号的选择信息而选择具有所述两相位驱动信号的相位之一的驱动信号和非驱动信号中的一个，来提供相应的超声波元件。

40.根据权利要求39的喷墨记录装置，其中所述超声波发生元件阵列(10)的超声波发生元件的总数，等于所述超声波发生元件组中的超声波发生元件数与至少所要记录的一行象素数之和。

41.一种喷墨记录装置，用于通过借助超声波束的压力使墨滴从墨的表面飞出而将图象记录在记录介质上，包括：

超声波发生元件阵列(10)，它具有排列成阵列的多个超声波元件，用于发射超声波束；

驱动装置(21)，用于从所述超声波发生元件阵列(10)中选择将要受到同时驱动的预定数目的连续超声波发生元件组，用于将驱动信号提供给各个所述超声波发生元件组，并移动所述超声波发生元件组的位置并重复该驱动信号供应操作；以及

多个控制装置(82)，装置(82)与各个所述超声波发生元件组相对应地设置，用于根据所述超声波发生元件组的象素的对应图象信号来控制所述驱动装置(21)是否输出所述驱动信号至所述超声波发生元件组，其中

当所述超声波发生元件组处于所述超声波发生元件阵列(10)的两个超声波发生元件组上时，所述控制装置输入与处在两个超声波发生元件组上的多个超声波发生元件相对应的图象信号。

42.根据权利要求41的喷墨记录装置，进一步包括：

存储装置，用于至少存储与所述超声波发生元件组的数相同的行数的所述图象信号；以及

传送装置，用于传送与存储在所述存储装置中的相同行的各个所述超声波发生元件组对应的图象信号并将该输入信号移动一行。

43.一种喷墨记录装置，用于通过借助超声波束的压力使墨滴从墨的表面飞出而将图象记录在记录介质上，包括：

超声波发生元件阵列(10)，它具有至少一个超声波发生元件并用于从所述多个超声波发生元件产生超声波，并包括用于发射多个超声波束的多个超声波发生装置；以及

驱动装置(21)，它具有第一驱动方式和第二驱动方式，该第一驱动方式用于同时驱动由偶数的所述超声波发生装置组成的超声波发生装置以将从所述超声波发生装置发射的超声波束会聚在所述超声波发生装置的一个中心上，且所述第二驱动方式用于同时驱动由奇数所述超声波发生装置组成的超声波发生装置以把从所述超声波发生装置发射的超声波束会聚在所述超声波发生装置的一个中心上。

44.一种喷墨记录装置，用于通过借助超声波束的压力使墨滴从墨的表面飞出而将图象记录在记录介质上，包括：

以预定的间距排列的超声波发生元件阵列(10)，用于借助预定的驱动信号将超声波束会聚到所述液体墨上，并用于发射沿着所述液体表面运动的超声波束；以及

驱动装置(21)，用于以预定的延迟时间来同时驱动所述超声波发生元件中的多个相邻超声波发生元件，并移动所述超声波发生元件组的位置；以及

声波透镜或费涅尔带片(16)，用于把从所述超声波发生装置发射的超声波束沿着与所述阵列方向垂直的方向会聚在所述液体墨的表面上。

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