CN1840337A - 喷墨记录装置 - Google Patents

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楠龙太郎
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Abstract

本发明公开一种喷墨记录装置,包括:喷墨记录头,其中根据施加在形成在从中喷射墨水的压力室(9c)中的电极和形成在邻近前述压力室的两个压力室中的电极之间的驱动信号,通过偏转执行元件来改变压力室的容积;以及驱动信号产生器,以时分驱动方法产生用于驱动记录头的驱动信号。驱动信号施加到形成在从中不进行墨水喷射的压力室(9a、9b、9d、9e)中的电极上,以便在邻近压力室(9b、9d)中衍生产生的压力振动均匀地向各个压力室(9a、9b、9d、9e)分散。因此,能够防止随后喷射的墨滴的速度下降,从而改善打印质量。

Description

喷墨记录装置
相关申请
本申请基于2005年3月29日提交的日本专利申请No.2005-095638并要求其优先权利益,其全部内容在此引用作为参考。
技术领域
本发明涉及一种喷射墨水并且在记录介质上记录图像的喷墨记录装置,尤其涉及一种从与压力室连通的喷嘴喷射墨滴的喷墨记录装置,通过驱动将各个压力室隔开的侧壁的执行元件来使执行元件偏转,从而改变压力室的容积。
背景技术
在根据驱动信号通过偏转一个或多个执行元件来改变压力室的容量而从喷嘴喷射墨水的喷墨记录头中,存在一种共享室壁类型的喷墨记录头,其中压力室之间的分隔壁(侧壁)用作执行元件。在该种类型的记录头中,采用时分驱动方法,以便使得彼此邻近的压力室不会同时被驱动。也就是说,该时分驱动工作使得该记录头中的多个压力室划分成两个、三个、或者更多个组,从而邻近压力室可以在不同定时彼此独立地被驱动而从中喷射墨水。
已经知道在该种类型的记录头中,当驱动一个压力室以产生压力振动而从中喷射墨水时,邻近的压力室受到影响,从而具有在墨水喷射压力室中产生的压力振动的一半幅度的压力振动在每一个邻近室中同时衍生产生,由此在邻近从中喷射墨水的喷嘴的各个喷嘴中弯月面(meniscus)从喷嘴的表面突出出来。在连续地喷射形成一个像素的一组多个墨滴的所谓多滴等级记录中,该现象尤其明显。如果该操作以在时分驱动发生的状态下继续,以便从弯月面从其表面突出的喷嘴中的一个喷射墨水,则从喷嘴喷射的墨滴的速度急速下降。这将导致整个记录质量的恶化。
上述问题的一种解决方案例如在日本专利申请No.2004-42414中提出,在记录头的4时分驱动中,在墨水喷射的相继定时发生的喷嘴中的弯月面突出可以通过将在相继定时驱动的压力室的压力振动的幅度降低为墨水喷射压力室的压力振动的幅度的四分之一来减少,使得当与一个选定的压力室相关的执行元件被驱动以从中喷射墨水时,关于邻近选定压力室的各个压力室的执行元件,由选定压力室和邻近其的压力室共享的执行元件对面的执行元件也被驱动,从而如在两侧驱动选定压力室以偏转的执行元件一样在相同的各自方向上偏转。
但是,在上述结构中,当墨水喷射持续超过一个打印周期时,例如在从每一个都在4时分驱动的一个循环中顺序选定以被驱动的压力室的墨水喷射的一个循环完成之后、墨水喷射的操作继续从第一定时分界指定的而在前一循环中在第一墨水喷射时发生的突出还没有被充分抑制的压力室重新开始的情况下,从同一压力室喷射的第二墨滴的速度明显下降。这将导致墨滴降落位置变得不协调的问题。
发明内容
有鉴于上述问题,本发明提供一种喷墨记录装置,在墨水喷射的操作连续执行超过一个打印循环时,在第一墨水喷射之后的墨水弯月面的突出能够充分抑制,并且由此通过抑制在没有墨水喷射的定时的一组压力室的压力峰值、能够控制在第二墨水喷射循环中墨滴速度的下降。从而,记录质量能够改善。
本发明的目的是提供一种喷墨记录装置,包括:喷墨记录头,具有:多个喷嘴,墨水从每一个喷嘴中喷射;多个压力室,与各自喷嘴连通;墨水供应部件,用于供应墨水给各个压力室;多个电极,关于各个压力室设置;以及执行元件,每一个执行元件形成隔开各个压力室的侧壁并被驱动以偏转,从而根据驱动信号改变压力室的容积;以及驱动信号产生部件,用于将驱动压力室的驱动信号供应给与各自压力室相关的电极;其中,所述驱动信号产生部件产生驱动信号,用于使N个串行布置的压力室中的一个喷射墨水、并且基本上均匀地改变N个压力室中其余压力室的容积,N大于等于4。
附图说明
图1是表示根据本发明第一实施例的喷墨记录头的总体结构的纵截面图。
图2是用于说明根据第一实施例的喷墨记录头中的执行元件的操作的横截面图。
图3是用于说明根据第一实施例的用于驱动喷墨记录头的驱动电路的结构的方框图。
图4示出根据第一实施例的驱动信号选择部件的电路图。
图5示出根据第一实施例输入到驱动信号选择部件的驱动信号。
图6示出根据第一实施例构成输入到驱动信号选择部件的驱动信号的各个单独驱动信号。
图7示出理想弯月面振动和实际弯月面振动之间的差。
图8示出根据第一实施例用于测量记录头的频率响应特性所使用的驱动信号。
图9示出根据第一实施例响应用于测量记录头的频率响应特性的驱动信号,弯月面的振动流速。
图10示出根据第一实施例用绝对值表示的记录头的响应特性。
图11示出根据第一实施例用相位角表示的记录头的响应特性。
图12示出在第一实施例中理想弯月面振动的一个示例。
图13示出在第一实施例中理想弯月面的流速。
图14示出在第一实施例中理想弯月面的频率响应特性。
图15示出根据第一实施例每一个都使用理想弯月面的流速和记录头的响应特性所计算的驱动信号波形。
图16示出从图15所示的驱动信号补偿的驱动信号波形。
图17示出从图16所示的驱动信号波形修改的驱动信号波形。
图18示出在第一实施例中施加到用于驱动从中喷射墨水的压力室的执行元件的驱动信号。
图19示出根据第一实施例的喷墨记录装置的主要部分的外观透视图。
图20示出根据本发明的第一实施例的喷墨记录头的驱动电路的功能方框图。
图21是用于说明根据第二实施例的喷墨记录头中的执行元件的操作的横截面图。
图22示出根据第二实施例的驱动信号选择部件的电路图。
图23示出根据第二实施例输入到驱动信号选择部件的驱动信号。
图24示出根据第二实施例构成输入到驱动信号选择部件的驱动信号的各个单独驱动信号。
图25示出在第二实施例中的理想弯月面振动。
图26示出在第二实施例中理想弯月面流速的一个示例。
图27示出根据第二实施例每一个都使用理想弯月面的流速和记录头的响应特性所计算的驱动信号波形。
图28示出根据第二实施例从图27所示的驱动信号补偿的驱动信号波形。
图29示出根据第二实施例从图28所示的驱动信号波形修改的驱动信号波形。
图30示出根据第二实施例理想弯月面流速的另一个示例。
图31示出与传统上的相比根据第二实施例在一些喷嘴中的弯月面位移。
具体实施方式
第一实施例
下面将参照附图描述根据本发明的实施例,其中相似的标号表示相似的结构。
现在描述在该实施例中使用的喷墨记录头的结构。图1示出该喷墨记录头的总体结构的纵截面图。如图中所示,在低介电常数基板1的前端嵌入两个粘合在一起的压电元件,使得每一个都在极板厚度方向极化的两个压电元件2、3各自的极化方向彼此相对。在嵌入基板1的压电元件2、3中和在压电元件2、3后部基板1的一部分中,通过切割以预定间隔彼此隔开平行地形成多个凹槽4。将各个凹槽隔开的压电元件2、3和基板1构成“侧壁”。
通过将顶板框5和具有墨水供应口6的顶板盖7粘附到基板1上形成从中将墨水供应给凹槽的墨水供应路径8。其上形成有用于喷射墨滴的喷嘴10的喷嘴板11通过粘合到结合在一起的顶板盖7、顶板框5、压电元件2、3以及基板1的最前部来固定。驱动压电元件2、3的电极12在凹槽的内壁内彼此电气上相互独立地形成并延伸到基板1的顶部表面。各个电极连接到设置在电路板13上的驱动电路(下文中描述)上。
形成侧壁的压电元件2、3用作执行元件,通过施加在夹住执行元件的两个电极之间的电压来偏转。由前部的顶板框5和长度L的一部分凹槽限定的小室形成用于喷射墨水的压力室9。
以期望的深度、宽度和长度尺寸通过使用盘金刚石切割器切割基板1和压电元件2、3来形成凹槽。如此形成电极使得在凹槽和基板1上除要被电镀的部分之外的剩余部分被事先阻抗屏蔽并整体无电电镀之后,将屏蔽层从凹槽表面剥落。或者,在使用电极材料在表面上通过喷溅或真空淀积处理形成薄膜之后,可以通过蚀刻形成期望图案的电极。
图2是表示该喷墨记录头的前端的结构的横截面图。现在将参照该图描述该喷墨记录头的操作。在该图中,参考标号9a-9k表示压力室,12a-12k表示在压力室9a-9k内形成的电极,14a-14k表示由形成为各个压力室之间的侧壁的各个压电元件2、3构成的执行元件。
下面将描述在喷墨记录头以时分驱动操作方法驱动的情况下墨滴如何从压力室9c中喷射出来。下文中的描述以喷嘴10a-10k分别与压力室9a-9k连通为例。
从墨水供应口6供应到喷墨记录头的墨水通过墨水供应路径8填充到压力室9。当在电极12c和12b之间以及12c和12d之间通过驱动信号同时施加电势差时(将在下文中描述),导致执行元件14c和14d以剪切模式偏转,从而改变压力室9c的容积,以便从喷嘴10c喷射墨滴。类似地,当在电极12g和12f之间以及12g和12h之间同时施加电势差时,导致执行元件14g和14f以剪切模式偏转,从而改变压力室9g的容积,以便从喷嘴10g喷射墨滴。
该种喷墨记录头就是所谓的共享室壁类型的记录头,其中一个执行元件14由在其两侧相邻的两个压力室9共享。由于一个执行元件由两个压力室共享,相互相邻的两个压力室9不能同时被操作。由于这个原因,在该记录头中采用时分驱动方法,其中驱动间隔预定数量的压力室,从而能够从中同时喷射墨水并防止相邻压力室9在同一时刻工作。换句话说,对打印进行控制,使得驱动每隔N个压力室从中同时喷射墨水的压力室的信号施加到在各自压力室配置的电极上。这里将以5时分驱动方法为例描述其操作。
此外,例如在使墨水从压力室9c喷射的情况下,电压也给到电极12a和12b之间以及12d和12e之间,从而执行元件14b和14e被驱动偏转,以致在压力室9b和9d内产生的压力振动朝向压力室9a和9e分散。
以这种方式,通过将不想使其喷射墨水的压力室内产生的墨水的压力振动分散到其它压力室,能够减少没有墨水喷射的喷嘴处弯月面振动的幅度。结果,能够抑制由随后的弯月面振动所导致的从没有墨水喷射的喷嘴的表面上突出的弯月面。这导致弯月面位置的变化和墨滴喷射速度方面的降低,由此能够改善记录质量。
下面将描述产生驱动喷墨记录头的信号的驱动信号产生器。
如图3所示,该驱动信号产生器包括驱动波形存储器21、D/A转换器22、放大器23、驱动信号选择部件24、图像存储器25、以及解码器26。驱动波形存储器21存储关于施加到压力室9以使墨水喷射的驱动信号ACT1-ACT5的波形的信息、以及关于施加到压力室9而不使墨水喷射的驱动信号INA的波形的信息。D/A转换器22接收关于驱动信号ACT1-ACT5和INA的波形的信息,并将该波形信息转换成模拟信号。放大器23放大这些已经转换成模拟信号的驱动信号ACT1-ACT5和INA,并将它们输出给驱动信号选择部件24。根据存储在图像存储器25中的图像的每一个像素的灰度信息通过解码器26来选择这些驱动信号。解码器26产生开/关信号,根据存储在图像存储器25中的图像的每一个像素的灰度信息确定喷射或不喷射墨滴,并将该开/关信号输出到驱动信号选择部件24。驱动信号选择部件24根据该开/关信号从驱动信号ACT1-ACT5和INA中选择驱动信号,并将其施加到喷墨记录头。
在该实施例中,每个像素最多以8级灰度等级进行记录。也就是说,该8级灰度等级记录通过控制3种类型的墨滴的喷射或不喷射来执行,这3种类型的墨滴包括喷射墨滴容积为6皮升(pico-liter)的第一墨滴、喷射墨滴容积为12皮升的第二墨滴、以及喷射墨滴容积为24皮升的第三墨滴,如表1中所示的方式。
                        表1
  灰度等级  第一墨滴(6皮升容积)   第二墨滴(12皮升容积)   第三墨滴(24皮升容积)   累积墨滴的总容积
  0   关   关   关   0pl
  1   开   关   关   6pl
  2   关   开   关   12pl
  3   开   开   关   18pl
  4   关   关   开   24pl
  5   开   关   开   30pl
  6   关   开   开   36pl
  7   开   开   开   42pl
现在将描述驱动信号选择部件24。如图4所示,驱动信号选择部件24包括模拟开关28a-28j,根据来自解码器26的开/关信号29a-29j进行开/关切换操作。虽然图4所示开关28a-28j对应于图2所示的记录头中的某些电极,但是这些开关实际上是针对记录头中所有压力室9的电极12的。
当开/关信号29a-29e为“开”时,模拟开关28a-28e选择从放大器23输入的驱动信号ACT1-ACT5并分别将这些信号引入喷墨记录头27的电极12a-12e。当开/关信号29a-29e为“关”时,模拟开关28a-28e选择同样从放大器23输入的驱动信号INA并分别将这些信号引入喷墨记录头27的电极12a-12e。
当开/关信号29f-29j为“开”时,模拟开关28f-28j选择从放大器23输入的驱动信号ACT1-ACT5并分别将这些信号引入喷墨记录头27的电极12f-12j。当开/关信号29f-29j为“关”时,模拟开关28f-28j选择同样从放大器23输入的驱动信号INA并分别将这些信号引入喷墨记录头27的电极12f-12j。
驱动信号ACT1-ACT5分别相应于5时分驱动中的第一至第五循环。例如,如果期望在某一特定定时墨滴从压力室9c喷射,而不希望从远离9c五个位置的压力室9h在同一操作定时喷射,则与压力室9c相关的开/关信号29c、以及与压力室9c两侧各两个位置上的压力室相关的开/关信号29a、29b、29d、29e为“开”,而与压力室9h相关的开/关信号29h、以及与压力室9h两侧各两个位置上的压力室相关的开/关信号29f、29g、29i、29j为“关”。
根据这些开/关信号29a-29j,将驱动信号ACT3、ACT1、ACT2、ACT4以及ACT5分别给到从中喷射墨水的压力室9c、以及压力室9c两侧的9a、9b、9d、9e,而驱动信号INA给到从中不喷射墨水的压力室9h、以及压力室9h两侧的9f、9g、9i、9j。
现在将描述供应给驱动信号选择部件24的用于喷射墨水的驱动信号ACT1-ACT5以及用于不喷射墨水的驱动信号INA。
在图5中,显示在一个打印周期中每一个都包括5个循环的驱动信号ACT1-ACT5和INA。各个驱动信号ACT1-ACT5包括三种不同类型的驱动信号W1、W2、W3,而驱动信号INA由驱动信号W4构成。驱动信号W1是施加到与从中将要喷射墨滴的压力室9相关的电极12的驱动信号。
各个驱动信号ACT1-ACT5通过分割的循环在相位上彼此不同。例如,当期望从图2中的压力室9c喷射墨滴时,在第三循环操作该压力室9c。在该第三循环中,通过激活开/关信号29a-29e,驱动信号W3分别施加到与压力室9a、9e相关的电极12a、12e,驱动信号W2分别施加到与压力室9b、9d相关的电极12b、12d,而驱动信号W1施加到与压力室9c相关的电极12c。
接下来将描述驱动信号W1至W4。如图6所示,驱动信号W1、W2、W3和W4分别由布置在喷射6皮升容积的第一墨滴的阶段的驱动信号W1a、W2a、W3a和W4a、存在于喷射12皮升容积的第二墨滴的阶段的驱动信号W1b、W2b、W3b和W4b、以及存在于喷射24皮升容积的第三墨滴的阶段的驱动信号W1c、W2c、W3c和W4c构成。
例如如图2所示,在第一墨滴从压力室9c喷射而不从9h喷射的情况下,开/关信号29a-29e在图5的第三循环内的第一墨滴阶段导通,而开/关信号29f-29j关闭。结果,驱动信号W1a施加到电极12c、驱动信号W2a施加到电极12b、12d、驱动信号W3a施加到电极12a、12e、以及驱动信号W4a施加到电极12f-12j。
结果,通过驱动信号W1a和W2a之间的电势差导致执行元件14c和14d偏转很大,从而具有6皮升容积的墨滴从压力室9c中喷射出来。通过驱动信号W2a和W3a之间的电势差导致其它执行元件14b和14e偏转,以便将压力室9b和9d中产生的压力振动向压力室9a和9e分散。通过驱动信号W3a和W4a(施加到相邻电极12e和12f)之间的电势差给予执行元件14f的力与伴随压力室9e内产生的压力的偏转运动(在同一执行元件14f中)相抗衡。结果,执行元件14f基本上变为不运动。
因此,能够阻止通过执行元件14f将压力室9e内与压力室9c喷射墨水的动作相关联产生的压力振动传递到压力室9f,并且由此能够基本上将通过执行元件产生的串音干扰降低到忽略不计的水平。由于驱动信号W4a普遍地施加到夹住各自执行元件14g-14j的电极12f、12g、12h、12i、12j,在这些执行元件内不产生电场。因此,执行元件14g-14j不偏转并由此在压力室9f-9j内不产生压力振动。结果,不会从压力室9h喷射墨水。
现在将说明如何确定驱动信号W1至W4。
驱动信号W1-W4可以通过如下方式获得,即,首先定义考虑到控制执行元件的残余压力振动、串音干扰、灰度性能、以及自然振动所期望的弯月面振动,然后使用响应喷墨记录头中的驱动信号、弯月面的流速振动响应特性,执行导致该振动到弯月面上的驱动信号的逆推计算。下文中将为了逆推计算驱动信号而定义的“维弯月面振动”称作“理想弯月面振动”,而将弯月面的流速简称为“流速”。
理想弯月面振动是与驱动信号线性相关的弯月面振动。它是从喷墨记录头在墨水喷射期间产生的实际弯月面振动中除去涉及与墨水从喷嘴喷射相关联的弯月面提前、在墨滴已经从喷嘴喷射之后紧接发生的弯月面拉回、以及与墨水补充动作相关联由表面张力和其它因素导致的弯月面提前的非线性分量的理想振动。
该理想弯月面振动作为弯月面振动的线性分量,可以看作是具有幅度缩减到不足于喷射墨水的驱动信号给予喷墨记录头时产生的幅度放大的弯月面振动。图7示出理想弯月面振动和实际弯月面振动之间的差,其中理想弯月面振动用实线表示,而实际弯月面振动用虚线表示。
如图7所示,虽然理想弯月面振动与墨水从喷墨记录头的喷嘴中喷射时产生的实际弯月面振动不同,但是它反映了与喷墨记录头中墨水喷射期间墨水的行为相关的关键特性,例如墨滴的容积和速度、在墨水喷射操作之后出现的残余振动、喷嘴之间的串音干扰、以及执行元件的自然振动导致的弯月面的微小振动。此外,由于实际弯月面振动受到前面所述的振动的非线性分量,也就是与驱动信号导致的弯月面振动无关的因素的影响,因此通过驱动信号控制实际的弯月面振动会受到限制。与此相反,由于理想弯月面振动不受与驱动信号导致的弯月面振动无关的因素的影响,所以非常有可能通过驱动信号来有效地控制弯月面振动。因此,通过定义期望的理想弯月面振动并施加驱动信号到执行元件以便导致振动,能够针对墨滴的容积和速度、在墨水喷射动作之后的残余振动、喷嘴之间的串音干扰、以及由执行元件的实际振动导致的弯月面的微小振动获得期望的特性。
下面将描述从理想弯月面振动逆推计算驱动信号的执行过程。首先获得响应喷墨记录头的驱动信号振动流速的响应特性R,这对于从理想弯月面振动逆推计算驱动信号的处理是必需的。然后,根据所获得的响应特性从理想弯月面逆推计算驱动信号。
响应特性R从响应测试驱动信号VT喷嘴内的振动流速UT中计算得到。具体地说,将测试驱动信号VT1-VT10施加到各个电极12a-12j。如图8所示,驱动信号VT1是周期为Tc并且电压低到不会喷射墨滴的噪声波形,而驱动信号VT2-VT10假定为0V。周期Tc最好设置为远大于墨水喷射过程的操作时间。此外,通过给电极12k施加与电极12a一样的驱动信号VT1,将每隔10个通道的驱动模式应用到多个压力室中。假定使用上述驱动模式驱动记录头时在喷嘴10a-10j中产生的各个弯月面的流速为UT1-UT10,产生如图9所示具有周期Tc的振动流速。这里所用的术语“通道”表示与一个喷嘴相通形成电极的室,用于描述理想弯月面振动的计算。该振动流速可以使用市场上出售的激光多普勒振动测量仪,例如Ono Sokki公司的Model LV-1710,通过对喷墨记录头的喷嘴内的弯月面照射用于测量的激光束来观测。
接着,使用下面的公式(1)和(2)对测试驱动信号VT和振动流速UT进行傅立叶变换,从而变换电压频谱FVT和流速频谱FUT。
FVT i , k = 1 m · Σ j = 1 m V T i , j · e 2 πI ( j - 1 ) ( k - 1 ) / m . . . ( 1 )
FUT i , k = 1 m · Σ j = 1 m U T i , j · e 2 πI ( j - 1 ) ( k - 1 ) / m . . . ( 2 )
在上面的公式中,“m”表示激光多普勒振动测量仪观测到的时间序列流速数据的数量。假定用于激光多普勒测量仪观测的流速数据的采样时间为“dt”,则“m”的值为Tc/dt。下标“i”是表示从1到10的通道号的整数,并且相应于各自电极12a-12j或喷嘴10a-10j。下标“j”是从1到m的整数,表示时间序列流速数据排列中从头开始的第j个数据。第j个数据表示“时间j×dt”的数据。下标“k”是从1到k的整数,表示连续频率数据排列中从头开始的第k个数据。第k个数据表示频率“(k-1)/Tc”的数据。“I”表示虚数单位。上述下标的使用方式也适用于下面的描述。VTi、UTi是以时间间隔dt、具有长度m的时间序列数据,而FVTi、FUTi是以频率间隔1/(m dt)的序列频率数据。电压频谱FVTi,k以复数形式表示在频率(k-1)/Tc处驱动信号VTi的电压幅度和相位。同样,流速频谱FUTi,k以复数形式表示在频率(k-1)/Tc处振动流速UTi的流速幅度和相位。
响应特性R可以从电压频谱FVT和流速频谱FUT按照下述公式(3)获得。
Ri,k=FUTi,k/FVT1,k                                   (3)
Ri,k以复数形式表示响应驱动信号VT1,在频率(k-1)/Tc处喷嘴内弯月面的流速UTi的相位和幅度的振动。如果每一个通道的响应特性用Ri表示,则R1-R10中的绝对值和相位角分别在图10和11中示出。图10中的“fmax”表示频域中的上限频率,在从低频部分开始的喷嘴10的弯月面能够响应驱动信号的连续范围内。
上面已经描述了将测试驱动信号VT用作噪声波形的情况。但是,响应特性R也可以通过使用不同频率下的正弦波或余弦波作为测试驱动信号并测量在每一频率下弯月面的振动流速中的幅度和相位来获得。
下面将描述使用上面获得的响应特性R从理想弯月面振动确定驱动信号的过程。
图12示出理想弯月面振动的位移X。例如,在第一至第三墨滴从压力室9c喷射而不从压力室9h喷射的情况下,喷嘴10a-10j中理想弯月面振动的位移分别为图中所示的X1-X10。各个压力室的每一个理想弯月面位移中的正域峰值相应于喷射的墨滴的容积。
与理想弯月面位移Xi相关的理想弯月面流速Ui可以使用下面所示的公式(4)获得。
Ui=d/dt·Xi                                             (4)
图13示出使用上式(4)获得的理想弯月面流速U1-U10
接着,使用下面的公式(5)对理想弯月面流速U进行傅立叶变换,从而获得理想弯月面U的流速频谱FU。
FU i , k = 1 m · Σ j = 1 m U i , j · e 2 πI ( j - 1 ) ( k - 1 ) / m . . . ( 5 )
在上面的公式中,Ui代表以时间间隔dt、具有长度m的时间序列数据,而Ui,j表示Ui中从头开始的第i个数据。流速频谱FUi,k以复数形式表示在频率(k-1)/Tc处理想弯月面流速Ui中的流速幅度和相位。图14以绝对值示出如此获得的流速频谱FU值中的FU3。最好流速频谱FU中的大部分频率分量包含在低于上面所述的频率fmax的范围内,如图14所示。
接着将从喷墨记录头的响应特性R和理想弯月面振动的流速频谱FU得出驱动信号的电压频谱FVA。如果响应特性矩阵[R]k由下面的公式(6)给出,电压向量{FVA}k由下面的公式(7)给出,而流速向量{FU}k由下面的公式(8)给出,则在频率(k-1)/Tc处的电压向量{FVA}k可以从下面的公式(9)得到。
[ R ] k = R 1 , k R 10 , k · · · · · · R 2 , k R 2 , k R 1 , k · · · · · · R 3 , k · · · R 2 , k · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · R 10 , k R 10 , k R 9 , k · · · R 2 , k R 1 , k . . . ( 6 )
{ FVA } k = FVA 1 , k FVA 2 , k · · · FVA 10 , k . . . ( 7 )
{ FU } k = FU 1 , k FU 2 , k · · · FU 10 , k . . . ( 8 )
{ FVA } k = [ R ] k - 1 · { FU } k . . . ( 9 )
根据上面的公式(7)和(9)获得的电压频谱FVAi,k以复数形式表示在频率(k-1)/Tc处能够获得理想弯月面流速Ui的驱动信号VAi的电压幅度和相位。在根据公式(6)获得的[R]k的行“a”列“b”上的元素以复数形式表示在频率(k-1)/Tc处、在与第“b”个通道中的电压振动相关联的第“a”个通道中配置的喷嘴内弯月面的振动流速的幅度和相位变化。[R]k -1表示[R]k的逆矩阵。逆矩阵的运算可以使用WOLFRAM RESEARCH公司提供的数学公式分析软件工具“MATHMATICA”执行。
接着将计算驱动信号VA。驱动信号VA可以按照下面的公式(10)通过计算电压频谱FVA的傅立叶逆变换来获得。
VA i , j = Re [ 2 m · Σ k = 1 m FVA i , k · e - 2 πI ( k - 1 ) ( j - 1 ) / m ] . . . ( 10 )
这里,Re[Z]是用于从复数z=a+bI中获得实数部分“a”的函数。VAi,j表示在产生理想弯月面流速U的第i个通道中驱动信号VA在时间j×dt的电压。
驱动信号VA应用到如图1所示的记录头。也就是说,驱动信号VA1-VA10分别应用到电极12a-12j,从而使得在喷嘴10a-10j中的弯月面上产生理想弯月面位移X1-X10
m’是由m’≤fmax·Tc给出的值中的最大整数。通过如此将傅立叶逆变换的上限频率设置为fmax,在驱动信号VA的频率分量中上限值现在确定为“fmax”。
当使用傅立叶变换从理想弯月面振动逆推计算驱动信号的波形时,计算结果的发散可以通过将计算的频率范围限制在0到fmax的范围之间来防止,该范围是喷墨记录头的频率响应范围。为了从具有通过如此计算获得的波形的驱动信号中再现足够精度的理想弯月面振动,期望“fmax”覆盖流速频谱FU中的大部分频率分量。在驱动信号VA中,其中出现电压变化的电压幅度和周期取决于喷墨记录头的尺寸,例如压力室的长度L。因此,期望确定压力室的长度L,使得其中出现电压变化的周期在预定范围之内并且电压幅度变化最小。图15示出通过上述方式获得的驱动信号VA(VA1-VA10)。
如此获得的驱动信号VA可以原样用作喷墨记录头中的驱动信号。但是,替代该原样使用的驱动信号VA,也可以通过计算驱动信号VA和图15的虚线所示的参考电压VREF(VREF1-VREF10)之间的差值来产生图16所示的驱动信号VB(VB1-VB10),从而能够减少从第一墨滴到第三墨滴驱动信号的时间周期。因此,能够减少喷墨记录头的驱动周期并由此改善打印速度。
如此获得的驱动信号VB也能够原样用作喷墨记录头中的驱动信号。但是,可以通过使用根据下面的公式(11)计算的驱动信号VD来降低电压幅度。该驱动信号的电压幅度的降低能够降低记录头的驱动电路的成本,并由此能够提供便宜的喷墨记录装置。图17示出驱动信号VD1-VD10
VDi,j=VBi,j-MIN[VB1,j,VB2,j,...,VB10,j]                  (11)
这里,MIN[VB1,j,VB2,j,...,VB10,j]是表示括号内各个值中的最小值的函数。在该计算中获得的驱动信号VD3变为驱动信号W1,驱动信号VD2或VD4变为驱动信号W2,驱动信号VD1或VD5变为驱动信号W3,驱动信号VD6至VD10中的任何一个变为驱动信号W4。由此,通过(VD3-VD2)计算施加到用于驱动从中喷射墨水的压力室9c的执行元件14c和14d的驱动信号VEs。如此获得的驱动信号如图18所示。
产生驱动信号的上述方法可以按照下面描述的处理过程应用到喷墨记录装置的实际生产中。首先,使用诸如噪声波形或正弦波的测试驱动信号,测量制造的喷墨记录头响应驱动信号的响应特性R。然后,根据该响应特性和预定的理想弯月面振动通过计算公式(4)至(10)生成驱动信号的波形。此外,如果需要,使用公式(11)或其它方法修正驱动信号的波形。最后,将如此获得的波形存储在喷墨记录装置的驱动波形存储器21中。
下面将参照附图12和13详细描述理想弯月面振动。在喷射墨水以便通过选择具有不同大小的多个墨滴形成一个像素时,如果墨滴的速度根据它们的大小而极大地变化,则将引出难题。也就是说,如果墨滴喷射速度太低,则登陆位置精度降低;或者如果速度太高,则墨水喷射的性能变得不稳定。通常,墨滴速度粗略地由公式“a/st”确定,式中“st”表示墨水喷射(弯月面)耗用的时间,“a”表示(在墨水喷射上)“弯月面的位移”(如图12所示)。
更具体地说,图12示出从中喷射墨水的喷嘴10c中理想弯月面振动的位移X3作为该实施例的一个示例。假定喷射第一墨滴、第二墨滴、第三墨滴耗用的时间分别为st1、st2、st3,并且理想弯月面位移分别为a1、a2、a3,则它们之间的关系由下式给出:
a1/st1a2/st2a3/st3
通过定义理想弯月面振动使得墨水喷射耗用的时间和理想弯月面位移量之间的比例恒定,从而具有不同容积的墨滴能够以接近相同的速度喷射。
此外,通过在每一墨滴的理想弯月面位移的尾端提供其中位移变为0并且位移的时间差分即“流速”也变为0的定时,使得完成每一墨滴的喷射操作之后的残余振动变为0。这样,能够防止例如取决于第一墨滴的喷射是否紧接其前完成、在喷射第二墨滴时的墨滴速度的变化,并且由此能够使得各墨滴(具有不同的容积)的飞行(喷射)速度变得均一。
此外,在图13中,没有从中喷射墨水的喷嘴10a、10b、10d、10e中的振动流速U1、U2、U4、U5为从中喷射墨水的喷嘴10c中的振动流速U3的-1/4。也就是说,可以认为图13所示的理想弯月面流速用来将伴随从喷嘴10c喷射墨水的动作而导致的邻近墨水喷嘴10b和10d中的振动流速均匀地向包括该邻近喷嘴的没有墨水喷射的喷嘴10a、10b、10d、10e扩散。通过如此定义理想弯月面流速并计算驱动信号波形,在实际的弯月面中伴随墨水喷射动作而产生的振动流速能够均匀地向不喷射墨水的喷嘴扩散。由于振动流速的幅度与压力振动的幅度成正比,这也就意味着图13所示的理想弯月面流速用来将伴随压力室9c的墨水喷射动作而产生的邻近压力室9b和9d中的压力振动均匀地向没有墨水从中喷射的压力室扩散。由于该压力振动是因压力室的容量改变而引起的,因此可以进一步认为图13所示的理想弯月面流速使得没有墨水喷射的压力室9a、9b、9d、9e的容量均匀地变化。也就是说,通过使用图13所示的理想弯月面流速计算驱动信号的波形,能够获得使没有墨水喷射的压力室的容量均匀地变化的驱动信号。
使弯月面从没有墨水喷射的喷嘴中突出的力粗略地与每一个喷嘴中的流速幅度的平方成正比。因此,通过将伴随墨水喷射动作而产生的振动流速向没有墨水喷射的喷嘴扩散,能够将导致所有没有墨水喷射的喷嘴中的弯月面突出的力减到最小。因此,通过均匀地扩散振动流速,能够期望控制从喷嘴表明的弯月面突出、在墨水喷射之后导致的弯月面位置变化、以及墨水喷射的速度变化,并由此能够改善记录质量。
图19示出对其记录头实施上述控制方法的喷墨记录装置的主要部分的外观透视图。该喷墨记录装置装有行头(line head)29,其中以交错方式在基板28的两侧布置例如4个记录头271、272、273和274
离开介质传送带30预定间隙安装行头29。由带驱动辊31在箭头方向上驱动的介质传送带30传送与带的表面接触的记录介质32,例如纸张。进行打印使得在记录介质32经过行头29下面时,使墨滴从各个记录头271-274向下喷射并淀积在记录介质32上。为了吸引并使记录介质32与介质传送带30接触,可以采用公知的方法,例如使用静电或气流吸住记录介质的方法、或者挤压记录介质的末端的方法。
通过调整从行头29的各个喷墨记录头271-274中的压力室的喷嘴喷射墨滴的定时,在记录介质上按行由各个记录头进行记录。
另外,在该实施例中配置驱动电路,提供驱动信号波形存储器21用以存储与施加到墨水喷射压力室9的驱动信号ACT1-ACT5相关联的波形信息、以及与施加到没有墨水喷射的压力室的驱动信号INA相关联的波形信息,并且这些驱动信号从驱动信号波形存储器21中读出并由驱动信号选择部件24选择。其结构不必限制为此种方案。
可替代的,例如可以考虑图20所示的喷墨记录装置,其包括用于存储关于理想弯月面振动的信息的理想弯月面振动存储器33、用于存储关于响应特性R的信息的响应特性存储器34、以及计算部件35。在该喷墨记录装置中,可以对墨水喷射进行控制使得计算部件35从理想弯月面振动存储器33中的理想弯月面振动的位移计算理想弯月面流速U、从该理想弯月面流速U计算流速频谱FU、从该流速频谱FU和存储在响应特性存储器34中的响应特性R计算电压频谱FVA,通过计算公式(10)和(11)获得驱动信号W1、W2、W3、W4,然后从所得到的驱动信号中获得驱动信号ACT1-ACT5和INA,最后由驱动信号选择部件24选择这些驱动信号ACT1-ACT5和INA。
为了简化计算,期望大于fmax的电压波形VA的频率响应在计算部件35中被截去,或者在执行计算之前将存储在理想弯月面振动存储器33中大于fmax的理想弯月面振动的频率响应或存储在响应特性存储器34中大于fmax的响应特性截去。
第二实施例
下面将描述本发明的第二实施例,其中将4时分驱动方法引入喷墨记录中。与前面的实施例中类似的部件用类似的参考标号表示并省略其详细描述。
在该4时分驱动中,例如在同一操作循环中的喷射定时将驱动压力室9a-9j中的压力室9c和9g。当墨水喷射从压力室9c和9g两者进行时,操作执行元件14a-14j如图21(a)中所示偏转。如果墨水喷射从压力室9c进行而不从压力室9g进行,则操作执行元件14a-14j如图21(b)所示偏转。
用于实现该操作控制的、与执行5时分驱动的结构不同的驱动信号选择部件的结构示于图22中。在该驱动信号选择部件中,开/关信号29a-29j分别控制模拟开关28a-28j导通或关闭。也就是说,当开/关信号29a-29d导通时,模拟开关28a-28d选择输入的驱动信号ACT1-ACT4并分别将这些信号引入喷墨记录头27的电极12a-12d。当开/关信号29a-29d关闭时,选择输入的驱动信号INA1-INA4并分别将这些信号引入喷墨记录头27的电极12a-12d。
类似地,当开/关信号29e-29h导通时,模拟开关28e-28h选择输入的驱动信号ACT1-ACT4并分别将这些信号引入喷墨记录头27的电极12e-12h。当开/关信号29e-29h关闭时,模拟开关28e-28h选择输入的驱动信号INA1-INA4并分别将这些信号引入喷墨记录头27的电极12e-12h。
另外,当开/关信号29i、29j...导通时,模拟开关28i、28j...选择输入的驱动信号ACT1、ACT2...并分别引入喷墨记录头27的电极12i、12j...。当开/关信号29i、29j...关闭时,模拟开关28i、28j...选择输入的驱动信号INA1、INA2...并分别引入喷墨记录头27的电极12i、12j...。
驱动信号ACT1-ACT4分别相应于4时分驱动中的第一至第四循环。例如,在某一特定定时如果期望墨滴从压力室9c喷射,而不希望在同一操作定时从压力室9g喷射,则如图21(b)所示,与压力室9c相对应的开/关信号29c、以及(相对于压力室9c)一侧的两个位置和相对一侧的一个位置上的压力室相关的开/关信号29a、29b、29d导通,而与压力室9g相对应的开/关信号29g、以及(相对于压力室9g)一侧的两个位置和相对一侧的一个位置上的压力室相关的开/关信号29e、29f、29h关闭。也就是说,ACT信号施加到从中喷射墨水的压力室9c以及包括压力室9c一侧的两个压力室和与其相对一侧的一个压力室在内的3个压力室9a、9b、9d,而INA信号施加到不从中喷射墨水的压力室9g以及包括压力室9g一侧的两个压力室和与其相对一侧的一个压力室在内的3个压力室9e、9f、9h。
现在将描述供应给驱动信号选择部件的驱动信号ACT1-ACT4和INA1-INA4。
图23示出用于喷射墨水的驱动信号ACT1-ACT4和不喷射墨水的驱动信号INA1-INA4,每一个都在一个打印周期中。每一个驱动信号ACT1-ACT4都包括三种不同类型的驱动信号W1、W2、W3,并且驱动信号INA1-INA4每一个都包括三个驱动信号W3、W4、W5。在4时分驱动中,各个驱动信号ACT1-ACT4在一个打印周期内彼此相移一个相位的时分。例如在操作时,如果墨水从压力室9c喷射,则开/关信号29a-29d在第三循环导通,以便W3供应给压力室9a、W2供应给压力室9b和9d、以及W1供应给压力室9c。
接下来将描述驱动信号W1至W5。如图24所示,驱动信号W1、W2、W3、W4和W5分别由存在于在喷射6皮升容积的第一墨滴的一个时分循环的第一阶段的驱动信号W1a、W2a、W3a、W4a和W5a、存在于喷射12皮升容积的第二墨滴的一个时分循环的第二阶段的驱动信号W1b、W2b、W3b、W4b和W5b、以及存在于喷射24皮升容积的第三墨滴的一个时分循环的第三阶段的驱动信号W1c、W2c、W3c、W4c和W5c构成。
例如,如果第一墨滴从压力室9c喷射而不从9g喷射,则开/关信号29a-29d在第三循环内的第一墨滴阶段导通,而开/关信号29e-29h在同一阶段关闭。由此,在该循环的同一阶段,驱动信号W1a施加到电极12c、驱动信号W2a施加到电极12b和12d、驱动信号W3a施加到电极12a和12e、驱动信号W4a施加到电极12f和12h、以及驱动信号W5a施加到电极12g。
结果,如图21(b)所示,驱动执行元件14c和14d以通过驱动信号W1a和W2a之间的电势差极大偏转,从而具有6皮升容积的墨滴从压力室9c中喷射出来;通过驱动信号W2a和W3a之间的电势差导致执行元件14b和14e偏转,以便将压力室9b和9d中产生的压力振动向压力室9a和9e分散;并且以与第一墨滴从压力室9g喷射的情形相似的方式通过驱动信号W3a和W4a之间的电势差导致执行元件14f偏转。因此,伴随从压力室9c喷射墨水的动作在压力室9e中所产生的压力振动的幅度变为与墨水喷射从压力室9g进行的情况相同。由此,相关的串音干扰基本上变为0。
通过驱动信号W4a和W5a之间的电势差导致执行元件14g和14h偏转,以便分散压力室9g中产生的压力振动。因此,能够显著降低在压力室9f-9h中产生的压力振动,从而能够减轻没有墨水喷射的喷嘴10f-10h中的弯月面突出所导致的对打印质量的负面影响。
在第二实施例中驱动信号的产生方法与第一实施例中相同。也就是说,例如在如图25所示的理想弯月面位移中,如果第一至第三墨滴从压力室9c喷射而不从压力室9g喷射,则喷嘴10a-10h中的理想弯月面位移分别变为X1-X8。在该实施例的喷嘴10a-10h中的理想弯月面流速示于图26,驱动信号VA示于图27,驱动信号VB示于图28,并且驱动信号VD示于图29。
在图26中,没有墨水喷射的喷嘴10a、10b和10d的振动流速U1、U2和U4为喷射墨水的喷嘴10c的振动流速的-1/3。在这种结构中,在如图21(a)所示墨水喷射同时从喷嘴10c和10g进行的情况下,没有墨水喷射的喷嘴10a、10b、10d、10e、10f和10h的振动流速U1、U2、U4、U5、U6和U8变为喷射墨水的喷嘴10c和10g的振动流速U3和U7的-1/3。因此,伴随从喷嘴10c和10g喷射墨水所产生的相邻喷嘴10b、10d、10f和10h的振动流速U2、U4、U6和U8可以均匀地向没有墨水喷射的喷嘴10a、10b、10d、10e、10f和10h分散。通过如此定义理想弯月面流速并计算驱动信号波形,在实际的弯月面中伴随墨水喷射动作而产生的振动流速能够均匀地向不喷射墨水的喷嘴扩散。
由于振动流速的幅度与压力振动的幅度成正比,伴随如此驱动的压力室9c和9g的墨水喷射动作而产生的邻近压力室9b、9d、9f和9h中的压力振动能够均匀地向没有墨水喷射的压力室扩散。此外,由于该压力振动是因压力室的容量改变而引起的,因此可以认为如图30中所示的弯月面的理想振动流速能够均匀地改变没有墨水喷射的压力室9a、9b、9d、9e、9f和9h的容量。也就是说,通过使用图30所示的单独弯月面的理想振动流速计算各个驱动信号的波形,能够获得均匀地变化没有墨水喷射的喷嘴的容量的相应驱动信号。
在没有墨水喷射的喷嘴中,使弯月面突出的力的幅度大体上与每一个喷嘴中的流速的平方值成正比。因此,通过将伴随墨水喷射动作而产生的振动流速向没有墨水喷射的喷嘴扩散,能够将导致所有没有墨水喷射的喷嘴中的弯月面突出的力减到最小。
图31示出在假定墨水从两个压力室9c和9g、接着从压力室9d和9h、然后从9e和9i、再从9f和9j顺序喷射,并且从每一对压力室的墨水喷射同时进行的情况下,在喷嘴10c-10f中的弯月面位移的数值分析的仿真结果。在该图中,实线表示该实施例的结果,其中没有墨水喷射的压力室的容积已经被均匀地改变。虚线为传统方法的情况,其中没有墨水喷射的压力室的容积不均匀地改变。压力室容积不均匀地变化的容积比例设为1/4∶1/4∶1/2。图中的箭头指出在各个喷嘴中墨水喷射的开始时刻。
图31示出在使各个没有墨水喷射的压力室的容积均匀地变化(图中实线所示)和使相同的压力室的容积不均匀地变化的情况下,喷嘴10c中的弯月面位移。从图中可以看出,在第一墨水喷射时发生的弯月面突出的量能够比虚线所示的更加有效地抑制。因此,通过缓和第二墨水喷射动作所喷射的墨滴的滴落速度,该实施例表现出能够改进打印质量的有益效果。
上面对结合4和5时分驱动模式的实施例进行了描述。但是,本发明也可以应用到6或更多时分驱动模式,而不仅限于上述的操作模式。
基于上述原理可以对本发明进行各种修改和变型。因此,应当认为在不脱离所附的权利要求的范围内,可以对本发明进行除了上述具体方式之外的其它实践。

Claims (8)

1.一种喷墨记录装置,包括:
喷墨记录头,具有:多个喷嘴,墨水从每一个喷嘴中喷射;多个压力室,与各自喷嘴连通;墨水供应部件,用于供应墨水给各个压力室;多个电极,与各个压力室相关地设置;以及执行元件,每一个执行元件形成隔开各个压力室的侧壁并被驱动以偏转,从而根据驱动信号改变压力室的容积;以及
驱动信号产生部件,用于将驱动压力室的驱动信号供应给与各自压力室相关的电极;
其中,所述驱动信号产生部件产生驱动信号,用于使N个串行布置的压力室中的一个喷射墨水、并且基本上均匀地改变N个压力室中其余压力室的容积,N大于等于4。
2.根据权利要求1所述的喷墨记录装置,其中所述驱动信号根据从响应喷墨记录头的驱动信号弯月面振动流速的响应特性的测量结果、以及事先定义的理想弯月面流速计算的波形来创建,并且其中理想弯月面流速包括与从中喷射墨水的喷嘴相关的理想弯月面流速、以及分别与多个从中不进行墨水喷射的喷嘴相关的多个理想弯月面流速,后述的多个理想弯月面流速相互具有基本上一致的幅度。
3.根据权利要求2所述的喷墨记录装置,其中所述波形的计算包括通过[R]-1·{FU}计算电压向量{FVA}和随后电压向量{FVA)的傅立叶逆变换计算,其中多个喷嘴中的多个理想弯月面流速的向量定义为{U},向量{U}的傅立叶变换结果作为流速向量{FU},响应喷墨记录头的驱动信号、各个喷嘴中弯月面振动流速的频率响应特性矩阵为[R]。
4.根据权利要求3所述的喷墨记录装置,其中所述波形的计算仅在等于或低于规定频率的频率范围内执行。
5.一种喷墨记录装置,包括:
喷墨记录头,具有:多个喷嘴,墨水从每一个喷嘴中喷射;多个压力室,与各自喷嘴连通;墨水供应部件,用于供应墨水给各个压力室;多个电极,与各个压力室相关地设置;以及执行元件,每一个执行元件形成隔开各个压力室的侧壁并被偏转,从而根据驱动信号改变压力室的容积;以及
驱动信号产生部件,用于将驱动压力室的驱动信号供应给与各自压力室相关的电极;
其中,所述驱动信号产生部件产生驱动信号,用于使N个串行布置的压力室中的一个喷射墨水、并且基本上均匀地改变与N个压力室中其余压力室相连通的喷嘴内的弯月面流速的幅度,N大于等于4。
6.根据权利要求5所述的喷墨记录装置,其中所述驱动信号根据从响应喷墨记录头的驱动信号弯月面振动流速的响应特性的测量结果、以及事先定义的理想弯月面流速计算的波形来创建,并且其中理想弯月面流速包括与从中喷射墨水的喷嘴相关的理想弯月面流速、以及分别与多个从中不进行墨水喷射的喷嘴相关的多个理想弯月面流速,后述的多个理想弯月面流速相互具有基本上一致的幅度。
7.根据权利要求6所述的喷墨记录装置,其中所述波形的计算包括通过[R]-1·{FU}计算电压向量{FVA}和随后电压向量{FVA}的傅立叶逆变换计算,其中多个喷嘴中的多个理想弯月面流速的向量定义为{U},向量{U}的傅立叶变换结果作为流速向量{FU},响应喷墨记录头的驱动信号、各个喷嘴中弯月面振动流速的频率响应特性矩阵为[R]。
8.根据权利要求7所述的喷墨记录装置,其中所述计算仅在等于或低于规定频率的频率范围内执行。
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