CN1273911A - 用于驱动喷墨打印头的方法及其电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于驱动喷墨打印头的方法及其电路,其中,驱动波形信号是由一第一电压变化过程和一第二电压变化过程形成的,其中,在第一电压变化过程中,加载电压以增大压力发生室的容积,在第二电压变化过程中,加载电压以减小压力发生室的容积,而且第一电压变化过程开始时间与第二电压变化过程开始时间之间的时间间隔的长度被设定在压力发生室中所产生的压力波的固有周期的约八分之三到四分之三范围之内。

Description

用于驱动喷墨打印头的方法及其电路

本发明涉及一种用于驱动喷墨打印头的方法及其电路，具体来说，它涉及这样一种用于驱动喷墨打印头的方法及其电路，其中，通过对具有喷嘴的喷墨打印头进行驱动并使其喷嘴有选择性地喷出具有被调节成满足所需打印分辨率的均匀大小的细小墨滴，从而将字符或图像打印在如纸张、OHP(悬挂式投影仪)胶片或类似物的打印介质之上。

传统喷墨打印设备在打印时，通过将一个驱动波形信号传送给一压力发生器件(该压力发生器件含有一个压电致动器或类似物，而压电致动器或类似物则被放置在与具有喷嘴的喷墨打印头的压力发生室相对应的位置上)，从而使充满墨的压力发生室的容积产生快速变化以从喷嘴喷出一个墨滴，这样，一个打印点就被形成在如纸张、OHP胶片或类似的打印介质之上。这类喷墨打印设备被广泛应用于如打印机、绘图仪、复印机、传真机或类似的打印设备之中。

在上述的喷墨打印设备中，当一个墨滴进入打印介质范围之内时，由于是先形成一个点再生成一幅图像，所以打印点直径的大小近似地与一幅图像的质量成反比。也就是说，为了满足现代不断增加的对高图像质量打印的需求，就需要在打印介质上形成具有更小直径的打印点。为了获得平滑且优良的高质量图像以使人对低密度打印的区域没有“颗粒感”，则打印点的直径(以下称为“点直径”)应不超过40μm，从人眼分辨能力的角度来看，则点直径最好不要超过25μm。一般来说，由于点直径是墨滴直径的2至2.5倍，那么要想获得40μm的点直径，则墨滴的直径必须在20μm左右。在这种情况下，通过将一个主墨滴的体积与一附属墨滴(它是在当主墨滴被从喷嘴喷出时紧随其后形成的一个小墨滴)的体积相加而获得的整个墨滴的总直径约为25μm。

另一方面，通过实验可以知道，从具有预定孔径的喷嘴所喷出的整个墨滴的总直径的最小值几乎与小孔本身的直径(喷嘴的直径)相等。因此，为了使墨滴的总直径为25μm，则喷嘴的直径必须不能超过25μm。但是，要想在没有很多困难的情况下制造出可以实际应用且直径不超过25μm的喷嘴是不可能的。即，喷嘴中出现堵塞的可能性的增加，会使喷墨打印头的可靠性和耐久性受到很大的损害。由于这个原因，所以现在喷嘴直径的下限都约为25至30μm。因此，在传统喷墨打印设备中，很难以稳定的方式来喷出直径不超过25μm的墨滴。另外，传统喷墨打印设备还有另一个问题，即，如果为了简单地达到使墨滴变得更加细小的目的而将喷嘴设计成具有较小的直径，则具有足以满足所需分辨率的整个墨滴最大直径的墨滴将不能被喷出。

为了解决上述问题，(例如)日本未决专利申请No.Sho55-17589揭示出了一种用于驱动喷墨打印头的方法，在该方法中，通过向压电致动器提供一个倒梯形驱动波形信号以在喷出墨滴之前形成所谓的“液面控制”(meniscus control)，就可以使小于喷嘴直径的墨滴被喷出。在上述方法中，如图8A所示，当不需要喷出墨滴时，液面1正好位于喷嘴2的小孔面2a上。当需要喷出墨滴时，如图8B所示，通过向压电致动器提供一个驱动波形信号，就可使压力发生室的容积增加，从而使液面1被从喷嘴2的小孔面2a的位置上向回拉入至喷嘴2的内部，其结果使得液面的形状变成凹形(这被称为“收缩过程”)。然后，当一个可使压力发生室的容积减小的驱动波形信号被提供给压电致动器时，如图8C所示，一个墨滴3就被喷出(这被称为“推出过程”)。

另外，在日本专利申请No.Hei 3-30507中揭示了另一种喷墨打印设备，在这种设备中，通过驱动波形信号的波形变化，就可使喷出墨滴之前液面1在喷嘴中的收缩移动量(表现为“收缩强度”)产生变化，或者可使喷出墨滴之前液面在喷嘴中收缩移动的定时产生变化，从而使从喷嘴喷出的墨滴的直径得到改变。

在用于驱动喷墨打印头的传统方法或在上述传统喷墨打印设备中，由于喷墨特性(它包括墨滴直径或墨滴从喷嘴中向外下落的速度，等等)可根据喷出墨滴之前液面在喷嘴中的收缩量而产生相应变化，所以，与没有液面控制的喷墨情况相比，墨滴直径的变化对部件尺寸的偏差或外部的干扰会更加敏感。

还有，在用于驱动喷墨打印头的传统方法或在上述传统喷墨打印设备中，当驱动波形信号被提供给压电致动器以使压力发生室的容积增加或减小时，就可产生液面的收缩以及墨滴的喷出。但是，压电致动器并不能精确地响应驱动波形信号，而只能在一定程度上以振动的方式对信号作出响应。如在日本专利申请No.Hei 03-30507中所公开的，由于压力发生室的容积每当压电致动器进行振动时就改变，所以喷出墨滴之前液面1在喷嘴中将做往复运动。因为由于喷墨遗留、交叉干扰、使用环境或类似因素而产生的负面效应，所以即使液面是在同一喷嘴中收缩，液面在喷嘴中的收缩量也不是恒定的。其结果是，墨滴的总直径也将发生变化。因此，用于驱动喷墨打印头的传统方法及传统喷墨打印设备都具有这样一些问题，即，具有所需小直径的墨滴不能被顺利喷出，墨滴的形成变得很不稳定，而且会出现墨滴喷射故障。

根据上述情况，本发明的一个目的就是提供一种用于驱动喷墨打印头的方法及其电路，它能够减少由部件尺寸(如喷嘴直径)的偏差、外部干扰、墨滴喷射遗留、交叉干扰、使用环境或类似因素而产生的负面影响，并能在保持高喷墨效率的情况下以稳定方式形成细小的墨滴，从而从喷嘴中喷出墨滴并能将高质量的字符或图像打印在打印介质之上。

根据本发明的第一个方面，提供了一种用于驱动喷墨打印头的方法，该喷墨打印头配有一充满墨的压力发生室、一用于在压力发生室中产生压力的压力发生装置以及一与压力发生室连通的喷嘴，这种方法包括以下步骤：

向压力发生装置提供一个驱动波形信号以改变压力发生室的容积，然后从喷嘴喷出墨滴；

通过一第一电压变化过程和一第二电压变化过程形成上述驱动波形信号，其中，在第一电压变化过程中，加载电压以增大压力发生室的容积，在第二电压变化过程中，加载电压以减小压力发生室的容积；以及

将第一电压变化过程开始时间与第二电压变化过程开始时间之间的时间间隔的长度设定在压力发生室中所产生的压力波的固有周期的约八分之三到四分之三范围之内。

在上述内容中，有这样一个优选模式，该模式的特征在于，形成驱动波形信号的波形的第一电压变化过程开始时间与第二电压变化过程开始时间之间的时间间隔的长度被设定成约为固有周期的二分之一。

也有这样一个优选模式，该模式的特征在于，在形成驱动波形信号的波形的第一电压变化过程与第二电压变化过程之间包含有一个第一电压保持过程，该电压保持过程可将由第一电压变化过程所加载的电压保持一段时间。

还有这样一个优选模式，该模式的特征在于，在用于形成驱动波形信号的波形的第二电压变化过程之后包含有一第二电压保持过程以及一第三电压变化过程，第二电压保持过程将由第二电压变化过程所加载的电压保持一段时间，在第三电压变化过程中，加载电压以增大压力发生室的容积。

还有这样一个优选模式，该模式的特征在于，在第一电压变化过程开始时所产生的电压和在第三电压变化过程结束时所产生的电压一致。

还有这样一个优选模式，该模式的特征在于，在第一电压变化过程开始时所产生的电压和在第三电压变化过程结束时所产生的电压不同。

还有这样一个优选模式，该模式的特征在于，压力发生装置包括有一个电—机转换装置、一磁致伸缩装置或一电—热转换装置。

另外，还有一个优选模式，该模式的特征在于，所述电—机转换装置是一个压电致动器。

根据本发明的第二个方面，提供了一种喷墨打印头驱动电路，该喷墨打印头配有一充满墨液的压力发生室、一用于在压力发生室中产生压力的压力发生装置以及一与压力发生室进行连通并可通过改变压力发生室的容积以喷出墨滴的喷嘴。这种驱动电路包括：波形发生装置，它用于产生一个驱动波形信号，该信号所具有的波形是由一第一电压变化过程和一第二电压变化过程形成的，其中，在第一电压变化过程中，加载电压以增大压力发生室的容积，在第二电压变化过程中，加载电压以减小压力发生室的容积，而且第一电压变化过程开始时间与第二电压变化过程开始时间之间的时间间隔的长度被设定在压力发生室中所产生的压力波的固有周期的约八分之三到四分之三范围之内。

在上述内容中，波形发生装置最好能够产生这样一种驱动波形信号，该信号的波形是通过将第一电压变化过程开始时间与第二电压变化过程开始时间之间的时间间隔的长度设定成约为所述固有周期的二分之一而形成的。

还有，波形发生装置最好能够产生这样一种驱动波形信号，该信号的波形是通过在第一电压变化过程与第二电压变化过程之间加入一个第一电压保持过程而形成的，该电压保持过程可将由第一电压变化过程所加载的电压保持一段时间。

还有，波形发生装置最好能够产生这样一种驱动波形信号，该信号的波形是通过在第二电压变化过程之后加入一第二电压保持过程以及一第三电压变化过程而形成的，第二电压保持过程用于将由第二电压变化过程所加载的电压保持一段时间，在上述第三电压变化过程中，加载电压以增大压力发生室的容积。

还有，波形发生装置最好能够产生这样一种驱动波形信号，该信号的波形是通过使第一电压变化过程开始时所产生的电压与第三电压变化过程结束时所产生的电压相一致而形成的。

还有，波形发生装置最好能够产生这样一种驱动波形信号，该信号的波形是通过使第一电压变化过程开始时所产生的电压与第三电压变化过程结束时所产生的电压不相同而形成的。

还有，压力发生装置最好包括有一个电—机转换装置、一磁致伸缩装置或一电—热转换装置。

另外，上述电—机转换装置最好是一个压电致动器。

通过以下的文字说明并参考附图，本发明的上述和其它目的、优点及特征将变得更加清晰易懂。在附图中：

图1是一个示意框图，它示意性地显示出采用了根据本发明第一实施例的用于驱动喷墨打印头的方法的喷墨打印头的驱动电路的电路结构；

图2是一个截面图，它显示出由根据本发明第一实施例所述驱动电路来驱动的喷墨打印头的结构的一个例子；

图3是一个示意框图，它显示出了具有本发明第一实施例所述喷墨打印头的驱动电路的一种打印机的机械结构；

图4是一个经放大后的驱动波形信号的波形形状的例子，该信号由构成本发明第一实施例的喷墨打印头的驱动电路的功率放大电路提供；

图5是在所放大的驱动波形信号的加载电压为恒定情况下，通过模拟墨滴总直径和主墨滴下落速度相对于时间间隔的变化特性所获得的结果的一个例子；

图6是实际测量墨滴总直径和主墨滴下落速度相对于所放大的驱动波形信号的加载电压和时间间隔的变化特性所获得的结果的一个例子；

图7是一个示意框图，它简要地显示出了采用根据本发明第二实施例的用于驱动喷墨打印头的方法的喷墨打印头的驱动电路的电路结构；

图8A、8B和8C是喷嘴开口面及其相关部分的截面图，它们用来解释按照用于驱动喷墨打印头的传统方法所进行的墨滴喷射过程。

以下将利用各种实施例并参考附图对实现本发明的最佳模式进行更为详细地说明。第一实施例

图1是一个示意框图，它简要地显示出了采用根据本发明第一实施例用于驱动喷墨打印头的方法的喷墨打印头的驱动电路的电路结构。图2是一个截面图，它显示出了由根据本发明第一实施例所述驱动电路来驱动的喷墨打印头的结构的一个例子。图3是一个示意框图，它显示出了具有本发明第一实施例所述喷墨打印头的驱动电路的一种打印机的机械结构。

本实施例中的喷墨打印头11是一个Kyser型打印头，它是一种按需滴墨型多喷头，被设计用来按需喷墨并将字符或图像打印在打印介质上。该喷墨打印头11主要由以下各部分构成：两个或更多的压力发生室12，它们被做成细长方体的形状，如图2所示；振动板13，它构成了各压力发生室12的上盖板；压电致动器14，它由层叠型压电陶瓷制成，被安装在各压力发生室12之上；供墨通路16，它与各压力发生室12相连；供墨端口17，它被安装在各压力发生室12中，用于使墨盒15通过一储墨池(未示出)而与各压力发生室12连通；喷嘴18，它用于从沿各压力发生室12一侧伸出的端口部分喷出墨滴。喷嘴18为锥形形状，其直径朝着压力发生室12的方向逐渐增加。

如图3所示，具有上述结构的喷墨打印头11被安装在本实施例的打印机的一个载体(未示出)上。喷墨打印头11由一个受控制部分21控制的打印头驱动马达(未示出)移动，其目的是使喷墨打印头11以垂直于打印介质24被输送的方向扫过由送纸辊22从送纸器23传送过来的打印介质24。送纸辊22由一个受控制部分21控制的馈送马达(未示出)驱动。当喷墨打印头11完成字符或图像的打印时，由纸张、OHP胶片或类似介质组成的打印介质24将被弹出到一个接纸盒25之中。控制部分21配备有未在图中示出的CPU(中央处理器)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、或类似单元。CPU能够根据由计算机主机(例如个人电脑)通过一接口26传送的打印信息，通过执行保存在ROM中的程序并利用保存在RAM中的各个寄存器或标志来控制各打印机组件(包括打印头驱动马达、馈送马达或类似组件)，从而达到将字符或图像打印在打印介质24上的目的。

接下来将对用来驱动具有上述结构的喷墨打印头11的驱动电路的电路结构进行说明，该驱动电路构成了本实施例所述打印机的控制部分21。如图1所示的驱动电路能够生成一个与图4所示放大的驱动波形信号相对应的驱动波形信号，并能在放大该信号的功率之后将其提供给根据打印信息而预先确定好的压电致动器之一，从而使打印头喷出总保持几乎相同直径的墨滴，从而将字符或图像打印在打印介质之上，该驱动电路主要由波形发生电路31、功率放大电路32、两个或多个压电致动器14以及两个或多个开关电路33(分别与各压电致动器14相连)组成。

波形发生电路31由一数—模转换器和一积分电路构成，它能够将从ROM内预定存储区域之中读出的驱动波形数据转换成模拟数据，并能在数据经CPU进行积分处理之后，产生一个与图4所示放大的驱动波形信号相对应的驱动波形信号。功率放大电路32能够放大波形发生电路31送来的驱动波形信号的功率，并能输出图4所示放大的驱动波形信号。开关电路33的输入端与功率放大电路32的输出端相连，其输出端则与相应压电致动器14的相应一端连接。当从驱动控制电路(未示出)输出且与打印信息相应的控制信号被输入至开关电路的控制端时，开关电路将被导通，从而将功率放大电路32输出的放大的驱动波形信号传送给压电致动器14。这将使压电致动器14使振动板13产生与放大的驱动波形信号相对应的位移。由于压电致动器14使振动板13产生位移，所以压力发生室12的容积将被快速改变，从而在充满墨的压力发生室12中产生一个预定的压力波，这个压力波可使具有预定直径的墨滴从相应的喷嘴18中喷出。被喷出的墨滴落在打印介质24上并形成了一个打印点。通过根据打印信息来重复打印点的形成过程，字符或图像就被打印到打印介质之上。

如图4所示，上述放大的驱动波形信号的产生经过了以下几个过程，即，第一电压变化过程41(称为“收缩过程”)，在此过程中，加载到压电致动器14上的电压V被减小(从0伏到-V₁)，从而增加压力发生室12的容积以使液面收缩；然后是第一电压保持过程42，在此过程中，减小了的电压V被保持(从-V₁到-V₁)一段时间(持续时间t₂)；接下来是第二电压变化过程43(称为“推出过程”)，在此过程中，加载电压V被增大(-V₁到V₂)，从而通过减小压力发生室12的容积以喷出墨滴；然后是第二电压保持过程44，在此过程中，增大了的电压V被保持(从V₂到V₂)一段时间(持续时间t₄)；最后是第三电压变化过程45，在此过程中，加载电压被减小以使压力发生室12的容积再次增加。在上述用于产生放大的驱动波形信号的过程中，使液面向内收缩的过程的开始时间t_a(＝0)与使液面向外推出的过程的开始时间t_b之间的时间间隔长度t_ba(＝t_b-t_a＝t₁+t₂)被设定成约为产生于充满墨的压力发生室12之中的压力波的固有周期T_c的一半。在本例中，固有周期T_c为10μs至20μs，但是，它也可以超过10μs或少于20μs。

接下来将对采用图4所示放大的驱动波形信号的波形形状的原因进行说明。

首先，本发明的发明人对墨滴从喷墨打印头喷出的现象做了一个流体分析模型，并且对放大的驱动波形信号的波形形状与墨滴喷射特性(包括墨滴直径和墨滴下落速度)之间的关系进行了模拟。模拟结果显示出，在放大的驱动波形信号的加载电压V被保持恒定的情况下，墨滴总直径和主墨滴下落速度的变化是与使液面向内收缩的过程的开始时间t_a和使液面向外推出的过程的开始时间t_b之间的时间间隔t_ba相反的(如图5所示)。在图5中，曲线“a”显示了墨滴总直径相对于时间间隔t_ba的变化特性，曲线“b”则是墨滴下落速度相对于时间间隔t_ba的变化特性。从图5中可以看出，曲线“a”和“b”的形状都是凸起的，而且它们的最高点都位于当时间间隔的长度t_ba被设定成约为固有周期T_c的一半的位置上。这就证明了由于附加的液面控制收缩过程而在压力发生室12之中产生的压力波所造成的反应对喷墨特性施加了影响。因此，可以看出，时间间隔被设定成约为固有周期T_c的一半时间长度并且由“收缩”过程产生的压力波的相位与由“推出”过程产生的压力波的相位一致的位置点就是提供最佳墨滴喷射效率的点。

另外，本发明的发明人还对放大的驱动波形信号的波形形状对墨滴喷射特性(包括墨滴直径和墨滴下落速度)所产生的影响进行了实验研究。研究结果显示，墨滴喷墨特性的变化与放大的驱动波形信号的加载电压V和时间间隔t_ba是相反的，如图6所示。图6中的实的曲线c₁至c₉是当墨滴总直径为16，18，…32μm(间隔为2μm)时加载电压V相对于时间间隔t_ba的变化特性，而虚的曲线d₁至d₁₀则是当主墨滴下落速度为2，3，…，11m/s(间隔为1m/s)时加载电压V相对于时间间隔t_ba的变化特性。在本例中，因为产生于构成本例所采用的喷墨打印头11的压力发生室12之中的压力波的固有周期T_c约为16μs，所以作为固有周期T_c一半的时间长度就约为8μs，如图6所示。另外，图6中的斜线区域显示出，如果用于驱动喷墨打印头的条件是在上述区域(非喷墨区域)中的任何点时，则不从喷嘴中喷出墨滴。如图6所示，在各曲线c₁至c₉和d₁至d₁₀上形成一个凹谷的任何点都在时间间隔t_ba约为8μs的点上，该点也正是时间间隔长度被设成约为固有周期T_c一半的点。另外，在图6中，在驱动电压V被固定为一个确定的电压水平时，当任何一个曲线c₁至c₉和d₁至d₁₀被在沿水平方向的X轴上的一个确定点上切开时，分别由上述曲线所代表的墨滴总直径和主墨滴下落速度会逐渐增加和减小至时间间隔被设成约为固有周期T_c一半的点上，并以该点作为它们的极大值或极小值。也就是说，由于图5和图6显示出了几乎完全相同的趋势，所以上述模拟被证明是正确的。

这样，在各曲线c₁至c₉和d₁至d₁₀上形成一个凹谷的任何点上，具有相同总直径的墨滴就可被以较快的墨滴下落速度喷出，而且放大的驱动波形信号的加载电压可处于最小水平，因而说明该点就是能够提供最佳喷墨效率的点。

如图6所示，在如果时间间隔进一步少于约为固有周期T_c一半的时间长度的情况下，尽管这时具有相同直径的主墨滴的下落速度会变得更快，但它将使相邻曲线c₁至c₉以及d₁至d₁₀之间的间隔变得极密，其结果将使操作很容易受到外部干扰的影响，并且有可能很难以稳定的方式进行墨滴喷射。

因此，当放大的驱动波形信号的波形形状被设定时，由于有必要对墨滴喷射的稳定性、墨滴的喷射特性(包括墨滴直径和墨滴下落速度)、以及因压力发生室的结构或墨滴固有特性而导致的压力波的相位延迟(约为0到2μs)加以考虑，所以应将时间间隔t_ba设定在由以下的公式(1)所指定的范围之内：

3T_c/8≤t_ba≤3T_c/4    …(1)

在公式(1)中，其中的下限是在当甚至以牺牲墨滴喷射的稳定性为代价的情况下，通过给喷墨特性赋予一顶级优先权以使细小墨滴被喷出时被设定的，而其上限则是在当应避免出现压力波相位延迟的情况下被设定的。这样就可以使墨滴喷射效率和喷射稳定性做到相互协调。第二实施例

图7是一个示意框图，它简要地显示出了采用了本发明第二实施例用于驱动喷墨打印头的方法的喷墨打印头的驱动电路的电路结构。由于其上安装有上述驱动电路的打印机的机械结构以及由上述驱动电路驱动的喷墨打印头的结构与第一实施例(见图2和3)中所说明的结构完全相同，因而其说明在此省略。

图7所示的驱动电路是一个所谓的墨滴直径划分型驱动电路，在该电路中，根据由灰度所表示的打印信息，从喷嘴喷出的墨滴的直径被划分为多种尺寸的墨滴(本例中，墨滴被划分成三个等级：直径约为40μm的大尺寸墨滴，直径约为30μm的中等尺寸墨滴以及直径约为20μm的小尺寸墨滴)，然后字符或图像将按多级灰度被打印出来。该驱动电路主要由以下部分组成：三种波形发生电路51a，51b和51c，它们是按照墨滴直径设计的；功率放大电路52a，52b和52c，其中每个电路分别与各波形发生电路一一对应连接；多个压电致动器14以及多个开关电路53，每个开关电路都分别与各压电致动器14一一对应连接。

每个波形发生电路51a至51c都由一模—数转换电路和一积分电路组成。波形发生电路51a能在将通过CPU从ROM内预定存储区域之中读出的用于喷射大尺寸墨滴的驱动波形数据转换成模拟数据、并对该数据进行积分处理之后，产生一个用于喷射大尺寸墨滴的驱动波形信号。波形发生电路51b可在将通过CPU从ROM内预定存储区域之中读出的用于喷射中等尺寸墨滴的驱动波形数据转换成模拟数据、并对该数据进行积分处理之后，产生一个用于喷射中等尺寸墨滴的驱动波形信号。波形发生电路51c可在将通过CPU从ROM内预定存储区域之中读出的用于喷射小尺寸墨滴的驱动波形数据转换成模拟数据、并对该数据进行积分处理之后，产生一个用于喷射小尺寸墨滴的驱动波形信号。

功率放大电路52a能够对由波形发生电路51a所提供的用于喷射大尺寸墨滴的驱动波形信号进行功率放大并输出该放大的驱动波形信号以用于喷射大尺寸的墨滴。功率放大电路52b能够对由波形发生电路51b所提供的用于喷射中等尺寸墨滴的驱动波形信号进行功率放大并输出该放大的驱动波形信号以用于喷射中等尺寸的墨滴。

功率放大电路52c能够对由波形发生电路51c所提供的用于喷射小尺寸墨滴的驱动波形信号进行功率放大并输出该放大的驱动波形信号以用于喷射小尺寸的墨滴。开关电路53由第一、第二和第三传输门(未示出)构成。第一传输门的输入端与功率放大电路52a的输出端相连。第二传输门的输入端与功率放大电路52b的输出端相连。第三传输门的输入端与功率放大电路52c的输出端相连。第一、第二和第三传输门的输出端都与相应的公用压电致动器14的一端相连。当由驱动控制电路(未示出)提供的与打印信息相对应的灰度控制信号被输入至第一传输门的控制端时，第一传输门将导通，从而将功率放大电路52a所提供的用于喷射大尺寸墨滴的放大的驱动波形信号加载到压电致动器14上。这将使压电致动器14产生一个与该放大的驱动波形信号相对应的位移，并将其加载到振动板13上。通过利用振动板13的这个位移来快速改变(增加或减小)压力发生室的容积，就可在充满墨的压力发生室12中产生一个预定的压力波。该产生的压力波将可使大尺寸的墨滴从喷嘴18喷出。

另一方面，当由驱动控制电路提供的与打印信息相对应的灰度控制信号被输入至第二传输门的控制端时，第二传输门将导通，从而将功率放大电路52b所提供的用于喷射中等尺寸墨滴的放大的波形信号加载到压电致动器14上。这将使压电致动器14产生一个与该放大的驱动波形信号相对应的位移，并将其加载到振动板13上。通过利用振动板13的这个位移来改变压力发生室12的容积，就可在充满墨的压力发生室12中产生一个预定的压力波。该产生的压力波将可使中等尺寸的墨滴从喷嘴18喷出。

此外，当由驱动控制电路提供的与打印信息相对应的灰度控制信号被输入至第三传输门的控制端时，第三传输门将导通，从而将功率放大电路52c所提供的用于喷射小尺寸墨滴的放大的波形信号加载到压电致动器14上。这将使压电致动器14产生一个与该放大的驱动波形信号相对应的位移，并将其加载到振动板13上。通过利用振动板13的这个位移来改变压力发生室12的容积，就可在充满墨的压力发生室12中产生一个预定的压力波。该压力波将可使小尺寸的墨滴从喷嘴18喷出。被喷出的墨滴到达打印介质24并形成打印点。通过根据打印信息而重复形成这样的打印点，就可将字符或图像以多级灰度打印在打印介质24上。

根据公式(1)，通过对用于喷射大尺寸、中等尺寸或小尺寸墨滴的放大的驱动波形信号的波形形状进行设定，即使在按照多级灰度进行打印时，喷墨时墨滴的喷射效率和喷射稳定性都能相互协调。

如上所述，根据本发明所述的结构，由于驱动波形信号的波形是由第一电压变化过程(在此过程中，加载电压以增大压力发生室的容积)和第二电压变化过程(在此过程中，加载电压以减小压力发生室的容积)产生的，而且第一电压变化过程开始时间与第二电压变化过程开始时间之间的时间间隔的长度被设定在压力发生室中所产生的压力波的固有周期Tc的约八分之三到四分之三范围之内，所以由部件尺寸(如喷嘴直径)的偏差、外部干扰、墨滴喷射遗留、交叉干扰、使用环境或类似因素而产生的负面影响就可被减小，与此同时，细小墨滴也可被以稳定的方式形成并以高喷射效率从各喷嘴喷出。这样就能将高质量的字符或图像打印在打印介质之上。

应该明白，本发明并不受上述实施例的限制，在不脱离本发明范围和精神的情况下，可对其进行各种变换和修改。例如，在上述实施例中，本发明所述的用于驱动喷墨打印头的方法是被应用在打印机上。但是，也可将其应用到其它的喷墨打印设备上，如绘图仪、复印机、传真机或类似设备。另外，当上述方法应用于传真机时，应将接口26与一通信线路相连。如果上述方法被应用于复印机，则有必要使用扫描仪以供输入待被复印的图像。在这种情况下，就没有必要配备接口26。

还有，在上述各实施例中，喷嘴18被做成了锥形形状。但是，本发明并不仅限于具有锥形形状的喷嘴。类似地，喷嘴18的开口也可以不是圆形而可以是矩形或三角形。另外，喷嘴18、压力发生室12和供墨端口17的结构和位置也不仅限于上述实施例所说明的那样。例如，喷嘴18可被放置在压力发生室12的中心部分之下方。

还有，在上述各实施例中所采用的压力发生室12是细立方体形，但是，压力发生室12也可以是任何形状。

还有，在上述各实施例中，第一电压变化过程41开始时间处的电压与第三电压变化过程45结束时间处的电压相一致。但是，它们也可相互不同。在各实施例中，参考电压被设定为0(零)伏，但是，也可将参考电压设定为任意值。

还有，在上述各实施例中引入了第一电压保持过程42和第二电压保持过程44以生成放大的驱动波形信号，但是，也可省略其中一个过程或全部省略。

另外，在上述各实施例中使用的是Kyser型喷墨打印头11，但是，不应把它看成是一种限制。可采用任何类型的喷墨打印头，只要它是通过利用一压力发生装置来改变压力发生室中的压力以使喷嘴喷出墨滴即可。

此外，在上述各实施例中，压力发生装置采用的是由层叠型压电陶瓷制成的压电致动器，但是，它也不仅限于此。任何具有其它结构的压电致动器(包括电—机转换装置、磁致伸缩装置或电—热转换装置)都可被采用。

最后，本发明要求1999年5月18日提交的日本专利申请No.Hei11-137894的优先权，并将其引入以作为本文的参考。

Claims (16)

1.一种用于驱动喷墨打印头的方法，该喷墨打印头配有一充满墨的压力发生室、一用于在上述压力发生室中产生压力的压力发生装置以及一与上述压力发生室连通的喷嘴，所述方法包括以下步骤：

向上述压力发生装置提供一驱动波形信号，以改变上述压力发生室的容积，然后从上述喷嘴喷出墨滴；

通过一第一电压变化过程和一第二电压变化过程以形成上述驱动波形信号，其中，在第一电压变化过程中，加载电压以增大上述压力发生室的上述容积，在第二电压变化过程中，加载电压以减小上述压力发生室的上述容积；以及

将上述第一电压变化过程开始时间与上述第二电压变化过程开始时间之间的时间间隔的长度设定在上述压力发生室中所产生的压力波的固有周期的约八分之三到四分之三的范围之内。

2.如权利要求1所述的用于驱动喷墨打印头的方法，其中形成上述驱动波形信号的上述波形的上述第一电压变化过程开始时间与上述第二电压变化过程开始时间之间的时间间隔长度被设定成约为上述固有周期的一半。

3.如权利要求1或2所述的用于驱动喷墨打印头的方法，其中在用于形成上述驱动波形信号的上述波形的上述第一电压变化过程与上述第二电压变化过程之间包含有一个第一电压保持过程，该电压保持过程可对由上述第一电压变化过程所加载的电压进行一段时间的保持。

4.如权利要求1、2和3中任何一项所述的用于驱动喷墨打印头的方法，其中在用于形成上述驱动波形信号的上述波形的上述第二电压变化过程之后包含有一第二电压保持过程以及一第三电压变化过程，上述第二电压保持过程能对由上述第二电压变化过程所加载的电压进行一段时间的保持，在上述第三电压变化过程中，加载电压以增大上述压力发生室的上述容积。

5.如权利要求4所述的用于驱动喷墨打印头的方法，其中上述第一电压变化过程开始时所产生的电压与上述第三电压变化过程结束时所产生的电压一致。

6.如权利要求4所述的用于驱动喷墨打印头的方法，其中上述第一电压变化过程开始时所产生的电压与上述第三电压变化过程结束时所产生的电压不同。

7.如权利要求1至6中任何一项所述的用于驱动喷墨打印头的方法，其中上述压力发生装置包括电—机转换装置、磁致伸缩装置或电—热转换装置。

8.如权利要求7所述的用于驱动喷墨打印头的方法，其中上述电—机转换装置是压电致动器。

9.一种喷墨打印头驱动电路，该喷墨打印头配有一充满墨的压力发生室、一用于在上述压力发生室中产生压力的压力发生装置以及一与上述压力发生室连通并可通过改变上述压力发生室的容积以喷出墨滴的喷嘴，这种驱动电路包括一波形发生装置，它用于产生一驱动波形信号，该信号所具有的波形是由一第一电压变化过程和一第二电压变化过程形成的，其中，在第一电压变化过程中，加载电压以增大上述压力发生室的上述容积，在第二电压变化过程中，加载电压以减小上述压力发生室的上述容积，而且上述第一电压变化过程开始时间与上述第二电压变化过程开始时间之间的时间间隔的长度被设定在上述压力发生室中所产生的压力波的固有周期的约八分之三到四分之三范围之内。

10.如权利要求9所述的喷墨打印头驱动电路，其特征在于上述波形发生装置能够产生这样一种驱动波形信号，该信号的波形是通过将上述第一电压变化过程开始时间与上述第二电压变化过程开始时间之间的时间间隔的长度设定成约为上述固有周期的二分之一而形成的。

11.如权利要求9或10所述的喷墨打印头驱动电路，其特征在于上述波形发生装置能够产生这样一种驱动波形信号，该信号的波形是通过在上述第一电压变化过程与上述第二电压变化过程之间加入一个第一电压保持过程而形成的，该电压保持过程能对由上述第一电压变化过程所加载的电压进行一段时间的保持。

12.如权利要求9、10和11中任何一项所述的喷墨打印头驱动电路，其特征在于上述波形发生装置能够产生这样一种驱动波形信号，该信号的波形是通过在上述第二电压变化过程之后加入一第二电压保持过程以及一第三电压变化过程而形成的，上述第二电压保持过程能够对由上述第二电压变化过程所加载的电压进行一段时间的保持，在上述第三电压变化过程中，加载电压以增大上述压力发生室的上述容积。

13.如权利要求12所述的喷墨打印头驱动电路，其特征在于上述波形发生装置能够产生这样一种驱动波形信号，该信号的波形是通过使上述第一电压变化过程开始时所产生的电压与上述第三电压变化过程结束时所产生的电压相一致而形成的。

14.如权利要求12所述的喷墨打印头驱动电路，其特征在于上述波形发生装置能够产生这样一种驱动波形信号，该信号的波形是通过使上述第一电压变化过程开始时所产生的电压与上述第三电压变化过程结束时所产生的电压不相同而形成的。

15.如权利要求9至14中任何一项所述的喷墨打印头驱动电路，其特征在于上述压力发生装置包括电—机转换装置，磁致伸缩装置或电—热转换装置。

16.如权利要求15所述的喷墨打印头驱动电路，其特征在于上述电—机转换装置是压电致动器。

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