喷墨记录头驱动方法及喷墨记录设备技术

一种喷墨记录头驱动方法，将驱动电压施加到电气－机械转换器上，其改变内部填充有墨水的压力发生室的压力，使墨滴从与压力发生室连通的喷嘴喷出，其中驱动电压的电压波形中包括：第一电压变化过程，用于增大压力发生室的体积，从而将液面从喷嘴开口拉向压力发生室；第二电压变化过程，用于减小压力发生室的体积，以便喷出墨滴，并且其中第一电压变化过程前面还有一预备电压变化过程，用于轻微地将墨水的液面从喷嘴开口拉向压力发生室。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种喷墨记录设备，特别涉及一种用于通过从喷嘴中排出墨汁来记录字符和图象的喷墨记录头驱动方法。在现有技术中，已知有一种按要求滴液型(drop-on-demand)喷墨设备，在这种设备中，象压电调节器之类的电气-机械转换器被用于产生压力波(声波)，该压力波用于将与压力发生室连接的喷嘴中的液滴喷出。这种类型的喷墨记录头驱动方法在例如日本专利公开(已审)53-12138中已经说明。作为一例，这种类型的喷墨记录头驱动方法如图25所示。参考图25，压力发生室100与用于排出墨汁的喷嘴101连接，还与用于引导墨汁从墨盒(未示出)经过公用墨盒102的供墨通道103连接。而且，在压力发生室100的底部，设置了一膜片104。当排出墨滴时，该膜片104被设置在压力发生室100外部的压电调节器104(电气-机械转换器)所移位，以便使压力发生室100的体积变化，从而在压力发生室100内部产生压力波。该压力波使一部分墨汁从压力发生室100经喷嘴101喷出，并且墨滴106喷到诸如记录纸之类的记录介质上，从而形成记录点。记录点的形成根据图象数据而重复地进行，从而在记录纸上记录字符和图象。为了用这种类型的喷墨记录头得到质量的图象，需要将墨滴106的直径设置的非常小。也就是说，为了得到平滑的图象而不会感觉到各液滴，需要使记录点(象素)越小越好。为此，墨滴直径应当设置得非常小。通常情况下，当(象素)点径等于或小于40微米时，图象质量就会得到很大改善。墨滴直径和点径取决于墨滴的飞行速度(滴速)、墨水特性(例如粘度和表面张力)、记录纸的类型。正常情况下，点径是墨滴直径的两倍。因此，为了得到40微米以下的点径，墨滴直径应当在20微米以下。应当注意，在下面的说明中，滴径表示由一次喷射操作所喷出的总量(包括图25中106′所示的墨滴周围点)，其由一个相应的球滴来替代。为了减小墨滴的粒径，喷嘴101应当具有更小的直径。但是，考虑到技术局限和可靠性(诸如易粘住之类的问题)，喷嘴直径实际上具有25微米的下限。难以仅通过减小喷嘴直径得到20微米的墨滴粒径。为了解决这一问题，一种方法是试图通过记录头驱动方法来减小墨滴的粒径，这方面已经有几种有效的方法。作为用喷墨记录头喷出非常小的墨滴的方法，例如日本专利公布(未审查)55-17589公开了一种方法，其在即将喷墨之前临时增大压力发生室，从而由留在喷嘴开口处的墨水所形成的墨水表面(此后称为液面)被拉进压力发生室，然后喷射。图26(a)显示了用于这种类型的驱动方法的驱动电压波形的例子。应当说明的是，驱动电压和压电调节器104之间的关系根据压电调节器104的结构以及极性方向而改变。在下面给出的解释中，假定驱动电压的增加减小了压力发生室100的体积，而驱动电压的减小则增加了压力发生室100的体积。图26(a)中的驱动电压波形由第一电压变化过程1和第二电压变化过程2构成，第一电压变化过程1用于使压力发生室100增大从而将液面从喷嘴开口拉入压力发生室100，而第二电压变化过程2则用于将压力发生室100压缩，以便喷出墨滴。图27示意性地示出了当施加图26(a)中的驱动电压波形时喷嘴开口处液面3的运动。在施加参考电压的初始状态，液面3是如27(a)所示的扁平状。当压力发生室100在即将喷墨之前被第一电压变化过程1增大时，液面3被向后拉，如图27(b)所示。即，液面3的中心比周边部分要后缩，从而形成U形的液面3。在形成U形的液面3之后，压力发生室100被第二电压变化过程2压缩，从而在液面3的中心部分形成了微细的液柱4，如图27(c)所示。接着，液柱4的尖端被分离以形成如图27(d)所示的墨滴106。这里，墨滴106的直径几乎等于液柱4的直径，其小于喷嘴101的直径。因此，该驱动方法可以喷出直径比喷嘴直径小的墨滴106。此后，这种通过在即将喷墨之前操纵液面3(即墨滴3的构造)以排出非常小墨滴的方法将被称为液面控制方法。如上所述，通过使用液面控制方法，就可以喷出直径比喷嘴小的墨滴。但是，当使用图26(a)所示的电压波形时，实际上墨滴直径具有25微米的下限，并且其不可能满足高质量的图象要求。本专利技术的申请人在日本专利申请10-318443中公开了一种如图26(b)所示的电压波形，作为能够喷出更小墨滴的驱动方法。该驱动电压波形由第一电压变化过程1、第二电压变化过程2、第三电压变化过程5、第四电压变化过程6构成。其中第一电压变化过程1在即将喷墨之前将液面3拉向压力发生室100。第二电压变化过程2则用于将压力发生室100压缩，以便形成用于喷射的液柱，第三电压变化过程5用于将墨滴106快速地从液柱4的尖端分离。而第四电压变化过程6则用于抑制在喷出墨滴之后留下的残留压力波。即，除了图26(a)所示的常规液面控制方法之外，图26(b)所示的电压波形包括用于早期分离墨滴106的第三电压变化过程5和用于抑制残留影响的第四电压变化过程6。这样能够得到具有20微米数量级直径的墨滴106的稳定喷射。当用上述液面控制方法排出非常小的墨滴时，最大的问题是保证稳定喷射。也就是说，墨滴直径和喷射速度很大程度上取决于如图27(b)所示的即将喷墨之前的液面3的构形。因此，为了实现稳定喷射，需要稳定液面3的构形。而且，在具有多个喷嘴的多嘴喷头的情况下，需要在不同的喷嘴上得到相同的液面构形。然而，实际上是难以得到相同的液面构形的。结果，在墨滴直径和喷射速度方面会造成不规则性，从而降低了图象质量。使液面不规则的原因之一是由于刚喷墨后造成的初始液面的构形的变化。此后，将参考图28说明其机理。当墨滴106从喷嘴101喷出时，喷嘴101中的墨量减少，而液面3退向压力发生室，如图28(a)所示。退却的液面3由于墨水表面张力(毛细效应)最后向喷嘴面运动，如图28(b)所示，以准备下一次的喷射。这种液面3的恢复操作通常被称为再填操作。在这种再填操作中，液面没有直接从图28(a)的状态回到图28(b)所示的静止状态。液面逐渐集聚为静止状态同时在喷嘴开口面周围进行衰减振动。即，在喷射后退却的液面3如图28(b)所示被恢复到喷嘴开口平面，并产生超调量，如图28(c)所示从喷嘴开口平面突出，从而形成凸起形液面3。然后，液面3再次退却而形成如图28(d)所示的凹陷液面3。在重复凸起形和凹陷状态之后，液面逐渐达到图28(b)或图28(f)所示的静止状态。在此再填操作中液面的振动周期取决于墨水表面张力、喷嘴101的开口直径、流路系统(喷嘴、压力发生室、供墨路径)的惯性，等等。一般而言，普通喷墨记录头中的液面振动周期在80到150秒的数量级。这里，重要的是由于液面3的超调量造成的凸起形液面构形。在为高速记录设计的头中，液面3的超调量特别显著。而且，超调量根据刚才喷出的墨滴的直径以及喷射状态(连续喷射的次数)而改变。即，在刚进行完喷墨的情况下，用于后面喷射的初始液面的构形可能为凸起形构形，并且超调量可能不会是常数。本专利技术的申请人已经作了多次观察实验和流体分析，并且发现锥形构形的液面初始状态使得由液面控制方法所喷出的很小墨滴的稳定性变差。这一机理将参考图29进行解释。如果初始液面3具有如图29(a)的锥形结构，液面3被按照这样的方式拉动，即其周边部分比液面的中央部分更早地被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种喷墨记录头驱动方法，将驱动电压施加到电气－机械转换器上，其改变内部装填有墨水的压力发生室的压力，使墨滴从与压力发生室连通的喷嘴喷出，其中所述驱动电压的电压波形中包括：第一电压变化过程，用于增大压力发生室的体积，从而将液面从喷嘴开口拉 向压力发生室；第二电压变化过程，用于减小压力发生室的体积，以便喷出墨滴，并且所述第一电压变化过程前面还有一预备电压变化过程，用于轻微地将墨水的液面从喷嘴开口拉向压力发生室。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：奥田真一，石山敏规，
申请(专利权)人：富士施乐株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]