CN1660582B - 向喷墨打印头传送信息的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括一个喷墨打印头的喷墨打印系统，喷墨打印头具有多个电连接端子。多个电连接端子包括地址连接端子和用于启动墨滴产生器的启动连接端子以及提供驱动电流以启动墨滴产生器选择喷墨的驱动电流连接端子。打印系统包括一个打印装置，该装置具有多个电连接端子，电连接端子包括地址连接端子、启动连接端子和驱动电流连接端子。构成的多个电连接端子在喷墨打印头插入到打印装置时建立与喷墨打印头上对应电连接端子的电连接。打印装置对一个打印头的地址和启动连接端子提供周期性的地址信号和启动信号。另外，打印装置选择性地提供驱动电流以实现在打印介质上形成图象。

Description

向喷墨打印头传送信息的方法和设备
本案是申请号为01137589.2、申请日为2001年10月30日、发明名称为“向喷墨打印头传送信息的方法和设备”的分案申请。
技术领域
本发明涉及喷墨打印装置，并尤其涉及一种包括打印头部分的喷墨打印装置，打印头部分接收用于选择喷墨的墨滴激励信号。
背景技术
喷墨打印系统频繁地使用安装到车架的喷墨打印头，车架穿过打印介质如纸张前后运动。当打印头运动穿过打印介质时，控制装置选择激励打印头中多个墨滴产生器的每一个，把墨滴发射或沉积到打印介质上，形成图象和正文字符。由打印头承载的或远离打印头的墨源提供补充多个墨滴产生器的墨水。
通过使用打印系统提供给打印头的激励信号选择激励各个墨滴发生器。在热喷墨打印的情形中，每个墨滴发生器通过电流流经电阻元件如电阻而被激励。响应于电流，电阻产生热量，反过来热量加热邻近电阻的蒸发腔中的墨水。一旦墨水达到蒸发温度，迅速向前膨胀的蒸汽迫使蒸发腔内的墨水穿过相邻的孔口或喷嘴。从喷嘴喷出的墨滴沉积到打印介质上完成打印。
电流通过开关装置如场效应晶体管(FET)频繁地提供给各个电阻或墨滴发生器。开关装置由提供给开关装置终端的控制信号激励。一旦被激励，开关装置使得电流能够通过选定的电阻。提供给每个电阻的电流或驱动电流有时被称作驱动电流信号。用于选择激励与每个电阻相连的开关装置的控制信号有时被称作地址信号。
在先前采用的配置中，开关晶体管与每个电阻串联。工作时，开关晶体管允许驱动电流通过每个电阻和开关晶体管。电阻和开关晶体管一起形成一个墨滴产生器。然后，多个这种开关晶体管布置成一个具有行和列的墨滴产生器的逻辑二维阵列。阵列中的每列墨滴产生器连接到不同的驱动电流源，并且与用于该列的驱动电流源之间并联连接的每一列内的每个墨滴产生器连接。阵列内的每行墨滴产生器连接到不同的地址信号，每行内的每个墨滴产生器连接到用于该行墨滴产生器的公共地址信号源。通过这种方式，墨滴产生器二维阵列内的任何一个墨滴产生器都可以通过激励对应于墨滴产生器行的地址信号并从与列墨滴产生器相连的驱动电流源提供驱动电流而被单独地激励。通过这种方式，在为与打印头相连的每个墨滴产生器提供驱动和控制信号时大大减少了打印头所需的电互连数量。
虽然先前讨论的行列寻址方案能够以相对简单地以及较为低廉的趋于降低打印头制造成本的技术执行，但这项技术也有不足，对于具有大量墨滴产生器的打印头它需要较大数量的焊接点。对于具有超过三百个墨滴产生器的打印头，焊接点的数量趋于成为试图减小模具大小的一个限制因素。
先前讨论的另一项技术是对串联形式的打印头使用传递激励信息。利用移位寄存器重新分布此墨滴产生器激励信息，使得能够激励正确的墨滴产生器。虽然此项技术大大减少了电互连接的数量，但倾向于需要各种逻辑功能和静态存储元件。具有各种逻辑功能和存储元件的打印头需要合适的技术如CMOS技术，并倾向于需要一个恒定的电源。利用CMOS技术形成的打印头趋于比利用NMOS技术制造的打印头更昂贵。CMOS制造过程是一个比NMOS制造过程更为复杂的制造过程，需要更多的屏蔽步骤，这会增大打印头的成本。另外，对恒定电源的要求使得必须给打印头提供恒定电压的打印装置的成本趋于增大。
对喷墨打印头有一个随时存在的要求，即在打印头和打印装置之间具有较少的电互连接，由此降低打印系统乃至打印头本身的总成本。这项打印头应该能够利用较低廉的制造技术制造，允许打印头利用高产量的制造技术制造，并具有较低的制造成本。这些打印头将允许在打印装置和打印头之间以可靠的方式传递信息，由此能够有很高的打印质量和可靠的操作。最后，这些打印头应该能够支持大量的墨滴产生器，为打印系统提供更高的打印速率。
EP 0873869公开了一种响应于启动和驱动电流信号而喷墨的喷墨打印头，它包括：能量储存装置；能量充电装置，用于响应于第一启动信号而在能量储存装置中储存能量。该喷墨打印头配置了墨滴产生装置，用于在激励时从喷墨打印头喷射墨水。该墨滴产生装置由有效的驱动电流信号以及储存在能量存储装置中的大于阈值能量水平的能量来激励，而且，该墨滴产生装置包括一个电阻加热元件、和一个FET晶体管，FET晶体管具有与电阻加热元件串联连接的漏极端和源极端；其中，该能量储存装置是FET晶体管的栅极到源极的电容。
发明内容
根据本发明的一种响应于启动和驱动电流信号而喷墨的喷墨打印头，喷墨打印头包括多组墨滴产生器，每一组墨滴产生器包括多对墨滴产生器，每对包括第一墨滴产生器和第二墨滴产生器，其中：
所述第一墨滴产生器包括：
用于储存能量的能量储存装置；
第二开关装置，用于响应于第一启动信号而在所述能量储存装置中储存能量；
第三开关装置，用于响应于第二启动信号而在所述能量储存装置中释放能量；以及
墨滴产生装置，用于在激励时从喷墨打印头喷射墨水，
所述第二墨滴产生器包括：
用于储存能量的能量储存装置；
第二开关装置，用于响应于第二启动信号而在所述能量储存装置中储存能量；
第三开关装置，用于响应于第一启动信号而在所述能量储存装置中释放能量；以及
墨滴产生装置，用于在激励时从喷墨打印头喷射墨水；
每个墨滴产生装置由有效的驱动电流信号以及储存在能量存储装置中的大于阈值能量水平的能量来激励，每个墨滴产生装置包括一个电阻加热元件、和一个FET晶体管，所述FET晶体管具有与所述电阻加热元件串联连接的漏极端和源极端；
所述第一启动信号和第二启动信号分别不同地与所述第一墨滴产生器和所述第二墨滴产生器连接；
每个能量储存装置是FET晶体管的栅极到源极的电容；以及，
所说打印头还包括用于接收所述第一和第二启动信号的一对控制端。
本发明的一个方面是提供一个包括多个喷墨打印头的喷墨打印系统，喷墨打印头具有多个电连接端子。多个电连接端子包括地址连接端子和用于启动墨滴产生器的启动连接端子以及提供驱动电流以启动墨滴产生器选择喷墨的驱动电流连接端子。打印系统包括一个打印装置，该装置具有多个电连接端子，电连接端子包括地址连接端子、启动连接端子和驱动电流连接端子。构成的多个电连接端子在喷墨打印头插入到打印装置时建立与喷墨打印头上对应电连接端子的电连接。打印装置对一个打印头的地址和启动连接端子提供周期性的地址信号和启动信号。另外，打印装置选择性地提供驱动电流以实现在打印介质上形成图象。
本发明的另一方面是提供一种响应于启动和驱动电流信号喷墨的喷墨打印头。喷墨打印头包括一个用于储存能量的能量储存装置。还包括一个响应于第一启动信号的能量充电装置，用于在能量储存装置中储存能量。喷墨打印头还包括一个响应于第二启动信号的能量放电装置，用于在能量储存装置中释放能量。包括的墨滴产生装置用于在激励时从喷墨打印头喷射墨水。墨滴产生装置被有效的驱动电流信号激励和储存在能量存储装置中的能量大于阈值能量水平。
本发明的另一个方面在于提供一种具有多个墨滴产生器的喷墨打印头，多个墨滴产生器的每一个响应于激励信号和驱动电流选择性地喷射墨水。打印头包括多组墨滴产生器，用于在介质上沉积墨水。多组墨滴产生器的每一组能够在一个打印激励周期中被激励一次。打印头激励周期被细分为多个时隙，多组墨滴产生器的每一组具有彼此相关的对应时隙。在提供驱动电流之前激励信号在相应的时隙中是有效的。另外，在短于提供驱动电流的持续时间的持续时间里激励信号是有效的。构成的每组墨滴产生器中的每个墨滴产生器使得对提供驱动电流的持续时间墨滴产生器被激励是有效的。
本发明的另一个方面在于提供一种喷墨打印系统，包括：一个喷墨打印头，具有多个电连接端子，多个电连接端子包括地址连接端子和用于启动墨滴产生器的启动连接端子以及提供驱动电流以启动墨滴产生器选择喷墨的驱动电流连接端子；一个打印装置，该装置具有多个电连接端子，电连接端子包括地址连接端子、启动连接端子和驱动电流连接端子，构成的多个电连接端子在喷墨打印头插入到打印装置时建立与喷墨打印头上对应电连接端子的电连接；和其特征在于喷墨打印头包括多组墨滴产生器，多组墨滴产生器的每一组与打印头的不同驱动电流连接端子连接，多组墨滴产生器的每一组包括墨滴产生器子组，在一组墨滴产生器内的每一墨滴产生器子组与打印头的多个地址连接端子的不同地址连接端子连接，打印装置通过所述驱动电流连接端子给打印头的同一组墨滴产生器的所有墨滴产生器提供相同的驱动电流，打印装置通过所述地址连接端子给打印头的墨滴产生器组中的每一墨滴产生器子组提供相同的周期性的地址信号，打印装置通过所述启动连接端子给打印头的墨滴产生器组中的每一个墨滴产生器提供周期性的启动信号，从而使打印装置根据图象描绘给墨滴产生器选择性地提供驱动电流以实现在打印介质上形成图象。
本发明的另一个方面在于提供一种喷墨打印装置，与喷墨打印头一起响应于图象描绘在介质上形成图象，喷墨打印头装置包括：一个打印控制部分，用于提供地址信号以识别喷墨打印头上的第一组墨滴发射装置，打印控制部分还提供启动信号以从墨滴发射装置组中识别墨滴发射装置子组，打印控制部分给喷墨打印头上选定的墨滴发射装置提供驱动电流；和其特征在于打印装置给地址和启动连接端子提供地址和启动信号的周期性图案，并且打印装置响应于图象描绘选择性地施加驱动电流，并且只有在被识别的提供给驱动电流的子组内的墨滴发射装置才被激励喷墨。其中喷墨打印装置是一种喷墨打印机。将喷墨打印装置配置成容放一个打印盒，打印盒具有多个设置并排列在打印盒上的电连接端子，与打印装置上对应的电连接端子衔接并工作耦合，其中打印盒包括一个电连接到多个电连接端子的喷墨打印头。
本发明的另一个方面在于提供一种操作喷墨打印头的方法，其中喷墨打印头具有多个响应于激励喷墨的墨滴产生器，多个墨滴产生器组成墨滴产生器组，每组墨滴产生器连接到公共的激励电流源，该方法步骤包括：接收具有恒定频率的第一时间变化电压，用于在墨滴产生器组中选择墨滴产生器子组；和接收具有恒定频率的第二时间变化电压，用于在墨滴产生器子组中选择单个的墨滴产生器，其特征在于选定的墨滴产生器根据输送到那儿的驱动电流被激励。所述方法还包括根据第一和第二时间变化电压和将要被打印的图象而选择性地向墨滴产生器输送驱动电流。第一和第二时间变化电压是第一和第二逻辑信号。或者第一时间变化电压是一个启动信号，第二时间变化电压是一个地址信号。或者第一时间变化电压是一个第一和第二启动信号，第二时间变化电压是一个地址信号。
本发明的另一个方面在于提供一种响应于启动和驱动电流信号而喷墨的喷墨打印头，喷墨打印头包括：一个用于储存能量的能量储存装置；一个响应于第一启动信号的能量充电装置，用于在能量储存装置中储存能量；一个响应于第二启动信号的能量放电装置，用于在能量储存装置中释放能量；墨滴产生装置用于在激励时从喷墨打印头喷射墨水，墨滴产生装置被有效的驱动电流信号和储存在能量存储装置中的大于阈值能量水平的储存能量激励，其特征在于墨滴产生装置包括一个电子加热元件和一个FET晶体管，FET晶体管具有与电子加热元件串联连接的漏极和源极，并且能量储存装置是TFT晶体管的栅极到源极的电容。其中充电装置可以是一个第二晶体管，该第二晶体管具有一对在FET晶体管的栅极端和能量源之间串联的受控端，第二晶体管的控制端连接到第一启动信号的源极，并且其中能量放电装置是一个第三晶体管，该晶体管具有一对在FET晶体管的栅极端和放电源之间串联的受控端，第三晶体管的控制端连接到第一启动信号的源极。能量源可以是一个用于接收地址信号的地址端，并且放电源是一个公共参考端。
本发明的另一个方面在于提供一种具有多个墨滴产生器的喷墨打印头，多个墨滴产生器的每一个响应于激励信号和驱动电流选择性地喷射墨水，所述激励信号是地址信号和第一及第二启动信号，打印头包括：多组墨滴产生器，用于在介质上沉积墨水，多组墨滴产生器的每一组能够在一个打印激励周期中被激励一次，打印头激励周期被细分为多个时隙，多组墨滴产生器的每一组具有彼此相关的对应时隙；和其中在提供驱动电流之前激励信号在相应的时隙中是有效的，而激励信号有效的持续时间短于提供驱动电流的持续时间，并且当被激励时每组墨滴产生器中的每个墨滴产生器对于提供驱动电流的持续时间是有效的。如果地址信号被激励并且第一启动信号被激励，则每组墨滴产生器中的每个墨滴产生器被激励。
附图说明
图1表示本发明打印系统的顶视图，该系统结合本发明的喷墨打印盒实现在打印介质上的打印；
图2是图1所示喷墨打印盒的底部透视图；
图3是图1所示打印系统的简化框图，该系统包括一个打印机部分和一个打印头部分；
图4是与打印机部分和打印头相连的打印控制装置的优选实施例详细框图，其中所示的打印头带有16组墨滴产生器；
图5是具有26个单独的墨滴产生器的一组墨滴产生器的详细框图；
图6是本发明一个墨滴产生器的优选实施例的详细框图；
图7是表示用于图5所示本发明的打印头的两个墨滴产生器简图；
图8是图4所示本发明的打印头的工作时序图；
图9是图4所示本发明的打印头的另一工作时序图；
图10是图8所示时序图的时隙1和时隙2的时序详细图；
图11是图9所示时序图的时隙1和时隙2的时序详细图。
具体实施方式
图1是本发明喷墨打印系统10顶盖打开的实施例透视图。喷墨打印系统10包括至少具有一个安装在扫描车架18中的打印盒14和16的打印机部分12。打印机部分12包括一个用于接受介质22的介质托盘20。当打印介质22步进经过打印区时，扫描车架18移动打印盒14和16通过打印介质。打印机部分12选择启动与打印盒14和16相连的打印头部分(未示出)内的墨滴产生器，把墨水沉积到打印介质上，由此实现打印。
本发明的一个重要方面是一种方法，即打印机部分12把墨滴产生器启动信息传递给打印盒14和16。此墨滴产生器启动信息为打印头部分所采用，当打印盒14和16相对于打印介质移动时启动墨滴产生器。本发明的另一个方面是打印头部分，该部分使用打印机部分12提供的信息。本发明的方法和设备允许信息能够在打印机部分12和打印头之间通过，打印机部分和打印头有较少的互连接，由此趋于能够减少打印头的尺寸。另外，本发明的方法和设备允许打印头在不需要时钟存储元件或复杂的逻辑功能的前提下执行工作，由此降低打印头的制造成本。下面将参考图3-11详细描述本发明的方法和设备。
图2表示图1中所示打印盒14的优选实施例的透视图。在优选实施例中，盒14是一个三色盒，包含青、品红和黄色墨水。在此优选实施例中，为黑色提供单独的打印盒16。在此将通过实例对本发明的优选实施例进行描述。还有许多其它的结构适合本发明的方法和设备。例如，本发明还适合于打印系统包含关于打印中使用的每种颜色的单独打印盒。或者，本发明可应用于不止使用四种颜色的打印系统，如高保真打印系统，采用六种或更多种颜色。最好，本发明还可用于各种类型的打印盒，如包括图2所示储墨槽的打印盒，或用远处墨源连续或间断补充的墨盒。
图2所示的墨盒14包括一个打印头部分24，该打印头部分24响应于打印系统12的启动信号在介质22上选择沉积墨水。在优选实施例中，打印头24限定在诸如硅的衬底上。打印头24安装到盒体25上。打印盒14包括多个设置并排列在盒体25上的电连接端子26，以致于当适当地插入扫描车架时，能够在与打印机部分12相连的相应电连接端子(未示出)之间建立电连接。每个电连接端子26通过多个导电体(未示出)的每一个电连接到打印头24。通过这种方式从打印机部分12向喷墨打印头24提供启动信号。
在优选实施例中，电连接端子26限定在柔性电路28中。柔性电路28包括一种绝缘材料如聚酰亚胺和导体材料如铜。导体限定在柔性电路里，把每个电连接端子26的电连接到限定在打印头24上。打印头24利用适当的技术如带式自动焊接(TAB)技术安装并电连接到柔性电路28。
在图2所示的实施例中，打印盒是一个在相应的储墨部分中包含黄、品红和青三种颜色的三色打印盒。打印头24包括用于喷射分别对应于黄、品红和青三种颜色的墨水的墨滴发射部分30、32和34。电连接端子26包括分别与用于黄、品红和青墨滴发射部分30、32和34每一个的驱动信号有关的电连接端子。
在优选实施例中，图1中所示的黑色墨盒16类似于图2中所示的彩色墨盒14，除黑色墨盒用两个墨滴发射部分代替彩色墨盒14上所示的三个。下面将关于黑色墨盒16对本发明的方法和装置进行讨论。但是本发明的方法和装置也可以应用到彩色墨盒14
图3表示打印机部分12和一个打印盒16被简化的电结构框图。打印机部分12包括一个打印控制装置36，一个介质传输装置38和一个车架传输装置40。打印控制装置36向介质传输装置38提供控制信号，使介质22通过打印区，在那儿墨水沉积到打印介质22上。另外，打印控制装置36提供使扫描车架18选择通过介质22的控制信号，由此确定一个打印区。当介质22移步通过打印头24或通过打印区时，扫描车架18扫描过打印介质22。在打印头24被扫描的同时打印控制装置36给打印头24提供启动信号，将墨水选择性地沉积在打印介质上，实现打印。虽然在此描述的打印系统10具有设置在扫描车架中的打印头24，但也有其它布局方式的打印系统10。其它的布局方式包括在打印头和介质之间实现相对运动的布局，如具有一个固定的打印头部分而介质移动通过打印头，或具有固定的介质而打印头通过固定介质。
图3简化地表示单个的打印盒16。一般地，打印控制装置36电连接每个打印盒14和16。打印控制装置36提供驱动信号，选择性地沉积对应于要打印的颜色的墨水。
图4使更详细地表示打印机部分12内的打印控制装置36和打印盒16内的打印头24的简化的电结构框图。打印控制装置36包括一个驱动电流源、一个地址发生器和一个启动发生器。驱动电流源、地址发生器和启动发生器在控制装置或控制器36的控制下给打印头提供驱动电流、地址和启动信号，选择性地启动每个有关的墨滴产生器。
在优选实施例中，驱动电流源提供16个单独的驱动电流信号P(1-16)。每个驱动电流信号提供单位时间足够的能量以驱动墨滴产生器喷墨。在优选实施例中，地址发生器13提供分开的地址信号A(1-13)用于选择墨滴产生器组。在此优选实施例中，地址信号是逻辑信号。最好，在优选实施例中，启动产生器提供两个启动信号E(1-2)用于从选定的墨滴产生器组中选择一个墨滴产生器子组。如果供给驱动电流源提供的驱动电流，则选定的墨滴产生器子组被启动。下面将参考图9-11讨论驱动信号、地址信号和启动信号的细节。
图4所示的打印头24包括多组墨滴产生器，每组墨滴产生器与不同的驱动电流源连接。在优选实施例中，打印头24包括16组墨滴产生器。第一组墨滴产生器连接到驱动电流源P(1)，第二组墨滴产生器连接到驱动电流源P(2)，第三组墨滴产生器连接到驱动电流源P(3)，并且一直到第十六组墨滴产生器连接到驱动电流源P(16)。
图4所示的每组墨滴产生器连接到打印控制装置36上地址发生器提供的每个地址信号A(1-13)。另外，每组墨滴产生器连接到打印控制装置36上地址发生器提供的两个启动信号。下面将参考图5对每组的墨滴产生器做更详细的描述。
图5是表示图4所示多组墨滴产生器中的单组墨滴产生器的框图。在优选实施例中，图5所示的单组墨滴产生器是26个墨滴产生器组成的一组，每个墨滴产生器连接到一个公共的驱动电流源。图5所示的墨滴产生器组都连接到图4所示的公共驱动电流源P(1)。
墨滴产生器组内的单个墨滴产生器组织成墨滴产生器对，每对墨滴产生器连接到不同的地址信号源。对于图5所示的实施例，第一对墨滴产生器连接到地址信号源A(1)，第二对墨滴产生器连接到第二地址信号源A(2)，第三对墨滴产生器连接到地址信号源A(3)，并且一直到第十三对墨滴产生器连接到第十三地址信号源A(13)。
图5中所示的26个墨滴产生器的每一个还连接到启动信号源。在优选实施例中，启动信号源是一对启动信号E(1-2)。
图4中所示的连接到其余驱动电流源P(2)-P(16)的其余墨滴产生器组以类似于图5中第一组墨滴产生器的方式连接。其余墨滴产生器组中的每一个连接到图4中所示的不同驱动电流源，代替图5中所示的墨滴驱动电流源P(1)。下面将参考图6对图5所示的每个墨滴产生器做更详细的描述。
图6表示单个墨滴产生器42的一种优选实施例。墨滴产生器42代表图5中所示的一个墨滴产生器。如图5所示，两个墨滴产生器42组成一对墨滴产生器42，它们都连接到公共的地址信号源。图6中所示的每个墨滴产生器代表一对连接到图5的地址源A(1)的墨滴产生器。诸如参考图6和7讨论的地址信号A(1)和启动信号E(1-2)的所有信号源都是设置在对应的信号源和公共参考点46之间的信号。另外，驱动电流源设置在对应的驱动电流源P(1)和公共参考点46之间。
墨滴产生器42包括一个连接在驱动电流源之间的加热元件44。对于图6中所示的特定墨滴产生器42，驱动电流源标为P(1)。加热元件44与开关装置48在驱动电流源P(1)和公共参考点46之间串联连接。开关装置48包括一对连接在加热元件44和公共参考点46之间的受控终端。开关装置48还包括一个用于控制受控终端的控制终端。开关装置48响应于控制终端的激励信号、选择性地允许电流通过一对受控的终端之间。通过这种方式，控制终端的激励允许驱动电流从驱动电流源P(1)通过加热元件44，由此产生足以从打印头24喷墨的热能。
在一个优选实施例中，加热元件44是一个电阻加热元件，开关装置48是一个场效应晶体管，如NMOS晶体管。
墨滴产生器42还包括一个第二开关装置50和一个第三开关装置52，用于控制开关装置48的控制终端的激励。第二开关装置有一对连接在地址信号源和开关装置控制终端之间的受控终端。第三开关装置52连接在开关装置48的控制终端和公共参考点46之间。第二和第三开关装置的每一个分别控制开关装置48的激励。
开关装置48根据各地址信号和启动信号被激励。对于图6中所示的特定墨滴产生器42，地址信号由A(1)表示，第一启动信号由E(1)表示，第二启动信号由E(2)表示。第一启动信号E(1)连接到第二开关装置50的控制终端。由E(2)表示的第二启动信号连接到第三开关装置52的控制终端。如果驱动电流从驱动电流源P(1)出现，则通过控制第一和第二启动信号E(1-2)以及地址信号A(1)，开关装置48被选择性地激励而引导电流通过加热元件44。类似地，即使驱动电流源P(1)是有效的，也不激励开关装置48以避免电流被引导通过加热元件。
开关装置48通过第二开关装置50的激励以及在地址信号源处有效地址信号的出现而被激励。在第二开关装置是一个场效应晶体管(FET)的优选实施例中，与第二开关装置相连的受控终端是源极和漏极端。漏极端连接到地址信号A(1)，源极端连接到第一开关装置48的受控终端。FET晶体管开关装置50的控制终端是一个栅极端。当连接到第一启动信号E(1)的栅极端相对于源极端和地址信号源A(1)为正时，在漏极端提供的电压大于源极端的电压，然后第二开关装置50被激励。
如果有效，第二开关装置提供从地址信号源A(1)到开关装置48的控制端或栅极的电流。如果电流足够大则驱动该开关装置48。在优选实施例中，开关装置48是一个FET晶体管，具有作为受控端的漏极和源极，漏极连接到加热元件44，源极连接到公共参考端46。
在优选实施例中，开关装置48在栅极和源极端之间有一个栅极电容。因为此开关48将传导较大量的电流经过加热装置44，所以与开关装置48有关的栅极到源极之间的电容趋于较大。因此，为了启动或激励开关装置48，必须充分地对栅极或控制终端充电，使得开关装置48被激励，源极和漏极之间导通。如果第二开关装置50是有效的，则控制终端被地址信号源A(1)充电。地址信号源A(1)提供电流以对栅极充电，达到开关装置48的源电容。当开关装置48有效时第三开关52无效是很重要的，这样避免在地址信号源A(1)和公共参考端46之间形成一条低阻路径。因此开关装置48有效或导通时启动信号E(2)无效。
通过激励第三开关装置52以减小栅极到源极的电压而使得开关装置48不被激励。在优选实施例中的第三开关装置52是一种FET晶体管，具有作为受控终端的漏极和源极，漏极连接到开关装置48的控制终端。控制终端是一个栅极端，连接到第二启动信号E(2)源。第三开关装置52通过第二启动信号E(2)的激励而被激励，在栅极提供相对于第三开关装置52源极处的电压足够大的电压。第三开关装置52的激励导致受控端或漏极和源极端导通，由此降低控制终端或开关装置48的栅极端与开关装置48的源极端之间的电压。通过充分地降低开关装置48的栅极端和源极端之间的电压，避免了开关装置48由于电容耦合所致的部分导通。
第三开关装置52工作时，第二开关装置50不工作，避免大量的吸收电流从地址信号源A(1)流向公共参考端46。下面将参考图8～11所示的时序图对单个墨滴产生器的工作进行详细的描述。
图7更详细地描述一对由墨滴产生器42和墨滴产生器42’形成的墨滴产生器。形成墨滴产生器对的每个墨滴产生器42和42’与前面参考图6讨论的墨滴产生器42相同。该墨滴产生器对的每个都连接到图5中所示的地址信号源A(1)。每个墨滴产生器42和42’连接到公共驱动电流源P(1)和公共地址信号源A(1)。但是，第一和第二启动信号E(1)和E(2)分别不同地与墨滴产生器42’和墨滴产生器42连接。在墨滴产生器42’中，与第一启动信号E(1)连接到第二开关装置50栅极端或控制端的墨滴产生器42相反，第一启动信号E(1)连接到第三开关装置52’的栅极端或控制端。类似地，与第二启动信号E(2)连接到第三开关装置52的栅极或控制端的墨滴产生器42不同，在墨滴产生器42’中第二启动信号E(2)连接到第二开关装置50’的栅极端或控制端。
对于一对墨滴产生器42和42’，第一和第二启动信号E1和E2的连接确保在一个给定的时刻一对墨滴产生器只有一个被激励。后面将要描述，在连接到公共驱动电流源的墨滴产生器组内，在同一时刻有不止一个墨滴产生器工作是很重要的。连接到公共驱动电流源的墨滴产生器倾向于在打印头上彼此接近地定位。因此，通过确保连接到公共驱动电流源的墨滴产生器在同一时刻有不止一个地工作，可以避免位置靠近的墨滴产生器之间的串流。
在优选实施例中，图5中所示的每对墨滴产生器按照与图7中所示的墨滴产生器对相同的方式连接。另外，图4中所示连接到公共驱动电流源的每组墨滴产生器按照类似于图5中所示的墨滴产生器组的方式连接。
图8是表示打印头24工作的时序图。打印头24有一个循环时间，或是打印头24上的每个墨滴产生器都可以被激励的时间周期。此时间周期由图8中的时间T代表。时间T可以分成29个时间间隔，每个间隔有相同的持续时间。这些时间间隔由时隙1～29代表。第一26时隙的每一个代表如果需要打印图象，墨滴产生器组可以被激励的一个周期。时隙27、28和29代表每一墨滴产生器被激励的打印头周期内的时隙。时隙27、28和29被打印系统10用于执行各种功能，如使车架18的位置和墨滴产生器激励数据再同步，并且把激励数据从打印机部分12传递到打印头24，称之为耦合。
图中示出了由A(1)-A(13)表示的13个不同地址信号源的每一个。另外，还示出了由E(1)和E(2)表示的第一和第二启动信号的每一个。最后还示出了成组的驱动电流源P(1-16)的每一个。从图8中可以看出，每个地址信号被周期性地激励，激励每个地址信号的周期与打印头24的周期时间T相等。另外，在同一时刻有不多于一个的地址信号是有效的。每个地址信号在两个连续时隙内是有效的。
启动信号E(1)和E(2)的每一个都是周期性信号，其周期等于两个时隙。每个启动信号E(1)和E(2)都有一个不大于50％的工作循环。每个启动信号彼此相位不同，以致于在同一时刻只有一个启动信号E(1)和E(2)。
在操作中，由13个地址信号源A(1-13)的每一个提供的地址信号的重复图案通过打印控制装置36提供给打印头24。另外，用于第一和第二启动信号E(1)和E(2)的启动信号的重复图案分别由打印控制装置36提供给打印头24。地址信号和启动信号均独立于图象描绘或被描绘的图象而产生。在喷墨打印头24每个完整周期的26个时隙的每一个期间内选择性地提供16个驱动信号源A(1-16)的每一个。根据图象描绘或被打印的图象选择性地应用驱动电流源P(1-16)。在第一时隙期间，驱动电流源P(1-16)可以是全都是有效的、没有一个是有效的、或任意数量的是有效的，这依赖于被打印的图象。类似地，对于时隙2-26，驱动电流源P(1-16)按照打印控制装置36的需要选择性地被独自激励，形成要打印的图象。
图9是对于本发明打印头24的地址信号A(1-13)和启动信号E(1-2)的每一个驱动电流源P(1-16)的优选时序图。图9中的时序类似于图8中的时序，除每个地址信号源A(1-13)代替图8中整个两个连续时隙上的剩余是有效的，每个地址仅对于图9中所示的每两个时隙的一部分是有效的。在此优选实施例中，每个地址信号A(1-13)在地址信号是有效的每个时隙的开始是有效的。另外，如图8所示，第一和第二启动信号的每个工作周期从接近50％降低。下面将参考图10和11对地址启动和驱动电流的时序做详细的描述。
图10更详细地表示关于图8中所述时序图的时隙1和2。因为时隙1和2期间只有活性地址信号是A(1)，所以只需要图10中所示的地址信号A(1)。如前所述，第一和第二启动信号E(1)和E(2)分别不在同一时刻是有效的以免给公共参考点46提供一个低阻路径、由此降低来自地址信号源A(1-13)的电流这是很重要的。因此第一和第二启动信号E(1)和E(2)每一个的工作周期分别应该小于50％。在图10中，对于第一启动信号E(1)从未是有效的向是有效的转折点和对于第二启动信号E(2)从未是有效的向是有效的转折点之间的时间间隔TE应该大于零。
启动信号应该在驱动电流源提供驱动电流之前是有效的，以确保开关装置48的栅极电容被充分地充电，激励驱动晶体管48。时间间隔TS代表第一启动信号E(1)被是有效的和应用驱动电流源P(1-16)的驱动电流之间的时间。在第二启动信号E(2)是有效的和应用驱动电流源P(1-16)的驱动电流之间的时间需要类似地时间间隔。
驱动电流源P(1-16)从有效向未有效过渡之后，启动信号E(1)应保持一段时间TH是有效的。此时间阶段TH被称作保持时间，它足以确保当开关装置48不被激励时没有驱动电流存在于开关装置48中。开关装置48在受控终端之间导通电流的同时使开关装置48处于不有效会损坏开关装置48。保持时间TH提供确保开关装置48不被损坏的极限。驱动电流信号P(1-16)的持续时间由时间间隔TD表示。选择驱动电流信号P(1-16)的持续时间以使其足以向加热元件44提供最适于墨滴形成的驱动能量。
图11进一步详细表示图9所示时序图的时隙1和2的优选时序。如图11所示，对于时隙1、地址信号源A(1)和启动信号源E(1)在驱动电流源保持有效的整个期间不保持在有效。一旦图7中所示的开关晶体管48和48’的栅极电容被充电，晶体管48和48’在驱动电流源保持有效的剩余时间里保持导通。通过这种方式，开关装置48和48’的栅极电容用作保持被激活状态的存储装置或记忆装置。选择的开关装置48和48’具有充足的电容，以致于储存在此电容器中的电荷保持在阈值量以上，在驱动电流信号是有效的同时导通开关装置48和48’。然后驱动信号源P(1-16)提供最适于墨滴形成的驱动能量。
类似于图10，时间间隔TS表示第一启动信号E(1)是有效的和应用驱动电流源P(1-16)的驱动电流之间的时间。时间间隔TAH代表第一启动信号E(1)11处于不有效之后地址信号源A(1)必须保持有效的保持时间，以确保晶体管48’的栅极电容处于适当的状态。如果在第一启动信号E(1)变为不有效之前改变地址信号源的状态，则在晶体管48和48’的栅极处会存在错误的充电状态。因此，时间间隔TAH大于零很重要。时间间隔TEH代表持续时间，在驱动电流源P(1-16)变为有效之后第二启动信号E(2)必须是有效的。在时间间隔期间图7中所示的晶体管52被第二启动信号E(2)激励，使晶体管48的栅极电容放电。如果此持续时间没有长到足以使晶体管48的栅极电容放电，则加热元件44可能会不适当地被激励或部分地被激励。
利用图11所示优选时序的喷墨打印头24的操作比利用图10所示的时序时具有重要的性能优点。关于图10中所示的时序，激励每个墨滴产生器42所需的最小时间等于时间间隔TS、TD、TE和TH之和。相反，图11中所示的时序具有为激励每个墨滴产生器42所需的最小时间，等于TS和TD之和。因为对于每个时序图TS和TD都相等，所以图11中激励墨滴产生器42所需的最小时间比图10中的少。在图11中所示的优选时序中地址保持时间TAH和启动保持时间TEH对激励墨滴产生器42的最小时间间隔没有贡献，因此允许每个时隙小于图10中的时间间隔。为每个时隙所需的时间间隔的减小缩短了图8和图9中的循环周期T，由此增大了打印头24的打印速率。
本发明的方法和装置允许利用13个地址信号、2个启动信号和16个驱动电流源单独地激励416个墨滴产生器。相反，利用先前适于的技术，具有16列和26行的墨滴产生器阵列将需要26个单独的地址单独地选择每一行，通过每个驱动电流源选择每一个列。本发明对相同数量的墨滴产生器提供非常少的电互连接去寻址。电互连接的减少也缩小了打印头24的尺寸，由此极大地降低了打印头24的成本。
图6中所示的每一个墨滴产生器42不需要一个恒定的电源或偏置电路，但需要输入信号，如地址信号、驱动电流源和启动信号提供电源或激励墨滴产生器42。如关于信号时序的先前描述，以适当的顺序施加这些信号对获得墨滴产生器42的正确操作是很重要的。因为本发明的墨滴产生器42不需要恒定电源，所以墨滴产生器42可以以较为简单的技术如NMOS技术执行工作，比更为复杂的CMOS技术需要更少的制作步骤。使用较低制作成本的技术将进一步降低打印头24的成本。最后，使用打印机部分36和打印头24之间较少的电互连接易于降低打印机部分36的成本并增大打印系统10的可靠性。
虽然以上结合优选实施例对本发明进行了详细的描述，实施例中采用13个地址信号、2个启动信号和16个驱动电流源选择激励416个墨滴产生器，但其它的结构配置也是可以的。例如，本发明适用于选择激励不同数量的墨滴产生器。选择激励不同数量的喷嘴可能需要不同数量的一个或多个地址信号、启动信号和驱动电流源来正确控制不同数量的墨滴产生器。另外，也有其它布局结构的地址信号、启动信号和驱动电流源控制相同数量的墨滴产生器。

Claims (4)

1.一种响应于启动(E1，E2)和驱动电流(P)信号而喷墨的喷墨打印头，喷墨打印头包括多组墨滴产生器，每一组墨滴产生器包括多对墨滴产生器，每对包括第一墨滴产生器和第二墨滴产生器，其中：
所述第一墨滴产生器包括：
用于储存能量的能量储存装置(48)；
第二开关装置(50)，用于响应于第一启动信号(E1)而在所述能量储存装置中储存能量；
第三开关装置(52)，用于响应于第二启动信号(E2)而在所述能量储存装置中释放能量；以及
墨滴产生装置(44，48)，用于在激励时从喷墨打印头喷射墨水，
所述第二墨滴产生器包括：
用于储存能量的能量储存装置(48’)；
第二开关装置(50’)，用于响应于第二启动信号(E2)而在所述能量储存装置中储存能量；
第三开关装置(52’)，用于响应于第一启动信号(E1)而在所述能量储存装置中释放能量；以及
墨滴产生装置(44’，48’)，用于在激励时从喷墨打印头喷射墨水；
每个墨滴产生装置(44，44’；48，48’)由有效的驱动电流信号(P)以及储存在所述能量存储装置(48，48’)中的大于阈值能量水平的能量来激励，每个墨滴产生装置(44，44’；48，48’)包括一个电阻加热元件(44，44’)、和一个FET晶体管(48，48’)，所述FET(48，48’)晶体管具有与所述电阻加热元件串联连接的漏极端和源极端；
所述第一启动信号(E1)和第二启动信号(E2)分别不同地与所述第一墨滴产生器和所述第二墨滴产生器相连接；
每个能量储存装置是所述FET晶体管的栅极到源极的电容；以及，
所说打印头还包括用于接收所述第一和第二启动信号(E1，E2)的一对控制端。
2.如权利要求1所述的喷墨打印头，其特征在于所述第一墨滴产生器的第二开关装置是一个第二晶体管(50)，该第二晶体管(50)具有一对在所述FET晶体管(48)的栅极端和能量源(A)之间串联的受控端，所述第二晶体管的控制端被连接到第一启动信号源，并且其中所述第三开关装置是一个第三晶体管(52)，所述第三晶体管(52)具有一对在所述FET晶体管(48)的栅极端和放电源之间串联的受控端，所述第三晶体管的控制端被连接到第二启动信号源。
3.如权利要求1或权利要求2所述的喷墨打印头，其特征在于所述第二墨滴产生器的所述第二开关装置是一个第二晶体管(50’)，该第二晶体管(50’)具有一对在所述FET晶体管(48’)的栅极端和能量源(A)之间串联的受控端，所述第二晶体管的控制端被连接到第二启动信号源，并且其中所述第三开关装置是一个第三晶体管(52’)，所述第三晶体管(52’)具有一对在所述FET晶体管(48’)的栅极端和放电源之间串联的受控端，所述第三晶体管的控制端被连接到第一启动信号源。
4.如权利要求2或权利要求3所述的喷墨打印头，其特征在于所述能量源是一个用于接收地址信号的地址端，并且所述放电源是一个公共参考端。
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