多阶调打印方法 【技术领域】
本发明涉及采用按需型打印设备的多阶调打印。本发明尤其涉及那种在片基的打印区域上进行打印的设备，该设备包括：带有各自油墨喷嘴的平行通道阵列，向每个油墨通道供液的供液装置和向所述槽中的液体施加能量脉冲、从而实现油墨喷射地电控装置。
背景技术
对这种打印设备的各方面已有描述，例如在美国专利No.4584590和以下与本申请名称相同、在此将其内容结合起来参考的美国专利中对这种打印设备已有描述，它们是：US-A-4879568，US-A-4887100；US-A-4992808；US-A-5003679；US-A-5016028和US-A-5028936。
在引用的参考文献中公开的该类打印设备的类型属于那种通过移动各个油墨通道的壁结构而将能量脉冲传递给油墨。通常，平行油墨通道被侧壁分开，在某种情况下该侧壁可以被移动，从而向由该壁界定的两个通道之一施加脉冲，而在相反的情况下向另一个通道施加脉冲。这种方式具有一些关键性的优点并且可以设计出高效、高密度、二种状态(即单阶调)的打印头。
但是，这种侧壁执行机构的“共享”带来设计上的限制。上面提到的技术例如使得“共享”分隔侧壁的两个通道不能同时工作。因此该技术建议一种将通道分为两个循环过程的解决方法，一个循环包括偶数编号的通道，另一个循环包括奇数编号的通道。只有这些循环中的一个能在任何一个时刻工作，并且打印机驱动器以一定速率依次进行循环操作，该速率足够慢，以确保一个通道在它相邻通道(属于另一循环)能工作之前已经处于静止状态。如果这将在其它方面降低打印质量，那么可以对相邻通道的工作之间的后续时间延迟进行补偿。补偿的方法之一是空间补偿与相邻通道相对应的喷嘴。
双态即单阶打印通常不能满足要求。
已知在多阶调打印中人眼能感受64阶灰度。甚至有人提出人眼能分辨2倍于此的阶调。因此，包括彩色打印在内的高质量阶调打印的目标之一是生产一种能打印尽可能接近观察者眼睛的分辨力那样多个阶调的打印机。
在美国专利US-A-4513299中公开了一种单通道按需型喷墨打印设备，在该设备中，具有不同墨滴体积的墨滴能以低于油墨通道的共振频率的墨滴重复率沉积在打印介质上。通过以与通道共振频率相同或相近的频率在墨滴喷射脉冲之后附加另外的与最初的墨滴喷射脉冲大小相同的墨滴喷射脉冲，可以获得不同的墨滴体积。该附加的墨滴喷射脉冲从油墨通道中喷射出额外的体积与由最初的墨滴喷射脉冲从通道中喷出的墨滴体积基本相同的墨滴。这样喷出的一串墨滴中，第二个和后续墨滴各自与喷出的前一个墨滴连接，从而墨滴融合在一起形成一个增大的落到打印介质上的墨滴。但是，在高密度阵列(即每毫米至少有2个平行通道的阵列)的按需型打印机中，已知的墨滴喷射方法将能附加在从任何特定通道中最初喷出的墨滴体积上的墨滴数严格限制在很少的几滴。该墨滴数随通道密度的增加而迅速减少。从而，由这种已知方法获得的灰阶数受到可能的被沉积成打印图像的一个像素的不同体积的墨滴数量的限制。
美国专利US-A-4536097公开了一种带有由一排平行压电片界定的通道的压电打印头，其中该压电片可以以直接模式产生变形。每个带有两块压电片的工作通道及其被一个充有合成橡胶或空气的空通道相互分割开，因此这种设置受到能获得的通道解像力的制约。该打印头不能生成体积变化的墨滴。
英国专利申请GB-A-2157623公开了一种通过喷墨机构控制墨滴大小的方法。相对小的油墨通道带有单独的大压电转换器，该压电转换器通过一个包括基板和薄膜的机械耦合器而与各自的腔室相连。在这篇文献中提出了同步激劢液体和喷墨机构的机械共振频率两者中的一个或两者的组合，并以迭代或连续方式与主共振频率同步地重复该操作，可在一段时间内喷出多个墨滴，该段时间使得墨滴在空气中飘浮或落在记录媒介上时可以融合在一起。
本发明人前面已经提到，如果改进沿用上面简述的单阶打印方法的多阶打印方法，会带来相当多的好处。欧洲专利申请EP-A-0422870(与本申请名称一样)公开了使用按需型打印设备的多阶打印方法，其中该设备包括一样的、均匀间隔排列的、平行的油墨通道群的阵列。一个正处于工作循环中的通道不但能接收一个脉冲(取决于当前打印数据)，而且能接受一组脉冲，脉冲数决定获得的打印密度。该组脉冲可以以对应于通道的纵向声共振频率的重复率给出。以前，通过使得在包括相邻通道的通道循环开始之前确保有足够的时间间隔，来避免共用同一个壁执行机构的相邻通道相互干扰。更为优选的是，通道被设置为三个或更多个循环。
该文献提出一种巧妙的改进，避免了一个通道的启动与相邻通道的启动之间的循环周期变慢。取而代之的是，相邻通道由另外的、反相的共振波形驱动(根据打印数据)。因此，墨滴从相邻通道中以共振波形的不同相位喷出。如该文献所述，正是因为避免了循环周期变慢，所以这种改进比第一种设置的工作速度高。
这适于以不同的方式处理打印数据并且该文献指出要注意控制工作通道的频带，打印数据决定增加和减少频带宽度(或通道数)。
严格地说，一个通道的工作与相邻通道的工作之间有延时。但是，由于这是共振频率的半个周期，所以比与上述循环相关联的延时少得多(可能差2个数量级)。这么少的延时通常不会影响打印质量，一般不需要进行补偿。
正如该文献中所公开的，该改进的设置仅限于以给定的空间频率打印的图像范围；具体地说，跨过数排通道打印“白，黑，白”而不是“黑，白，黑”时能相对快地打印。
本发明的目的之一是提供一种采用具有通道阵列的按需型打印机的改进的灰阶打印方法，并且该打印方法能高密度、高速打印具有比以前更高的空间频率的图像。
发明的技术内容
因此，本发明的一个方面是采用按需型喷墨设备进行多阶打印的方法，其中该喷墨打印设备包括：平行通道的阵列；一组分别与所述通道相连，从而喷射油墨的喷嘴；与每个通道相连的供墨装置；和与通道相连、向通道施加压力脉冲、从而控制油墨喷射的电动装置；
通道被设置为至少两个循环过程，属于任一循环的通道与属于另一循环的通道交错排列；
每个循环的通道被进一步分为第一和第二组，包括接收打印数据的步骤；
以循环启动频率依次启动喷墨循环；
对于每个循环过程，根据打印数据选择相应的第一和第二组通道喷墨；
驱动电动装置以高于所述循环启动频率的操作频率向选定通道施加一系列压力脉冲。施加的脉冲数根据打印数据而变化，从而控制打印密度。
向属于所述第一组的选定通道施加的压力脉冲与向属于所述第二组的选定通道施加的压力脉冲是反相施加的；
从而从选定通道中喷射油墨时，第一和第二组之间是反向的。
操作频率可以是通道纵向声共振频率，但最好不少于共振频率的1/2或1/3。
本发明的另一方面包括一种使用按需型喷墨打印设备的多阶打印方法，其中该设备包括平行通道阵列；分别与所述通道相连，从而喷墨的一系列喷嘴；与通道相连的供墨装置和一些电动装置，每个电动装置与两个所述通道相连，而每个所述通道带有两个与之对应的电动装置；可以以相反的两种方式驱动每个电动装置，使之向与之相连的两个通道中的任一个施加正压力，而向所述两个通道中的另一个施加负压力，任何通道中超过确定的喷射压力界限的压力脉冲将在该通道中产生油墨喷射；该方法包括将通道设置成至少两个循环，并将每个循环的通道分为两组等步骤；接收打印数据；依次启动所述喷墨循环；对于每个循环，根据打印数据选择相应第一和第二组通道喷射油墨并驱动与选定通道相连的电动装置，向该通道施加压力脉冲序列，根据打印数据变化施加的脉冲数，从而控制打印密度，以操作频率向所述第一组中选定通道施加的压力脉冲与向所述第二组中选定通道施加的压力脉冲反相，因此在所述选定通道中的油墨喷射在第一和第二组之间是相反的。不在当前工作循环中的通道中相连的两个电动装置产生的正负压力相互抵消。
因而，由于相邻(或其它组)通道的反相操作，避免了已有技术的局限，本发明的实施例能实现高速打印。不象以往那样中断相应执行机构的驱动信号，而是设置两个与每个通道相连的执行机构，施加倍增或相互抵消的压力就可以巧妙地实现通道循环的工作与静止状态。要注意，工作循环中，工作侧壁以倍增方式运动和在该循环或任一其它循环中以抵消方式运动是本发明优选方案的一个重要特征。通道可以以很多方式分为两个或更多个循环，并且在每个循环中分成两个反相的组。
本发明的一种形式提供了一种使用按需型喷墨打印设备的打印方法，其中该设备包括平行通道阵列，一系列分别与所述通道相连进行喷墨的喷嘴；与每个通道相连的供墨装置和与通道相连以控制喷墨的电动装置，带有接收打印数据步骤并根据所述打印数据驱动电动装置向相邻通道施加压力脉冲，按照以下任一重复的通道压力脉冲状态序列：+ + - - + + - -+ 0 - 0 + 0 - 0+ 0 0 - 0 0 + 00 + - 0 0 + - 0+ 0 0 - - 0 0 +- 0 0 + - 0 0 +
根据打印数据以操作频率变换每个非零压力脉冲的符号并改变施加的压力脉冲的数值，控制打印密度。
现将参照附图举例说明本发明：
【附图说明】
图1表示连续打印的单元面积中沉积的效果(像素)，随着打印介质通过按需型喷墨打印机的一个通道的喷嘴，墨滴在1和64之间大小可变；
图2表示本发明的按需型喷墨打印设备；
图3表示图2所示的喷墨打印设备的剖视图；
图4-图12表示图2中所示的本发明改进实施例中的打印头的操作方法的示意图。
最佳实施方式
本发明的方法可通过一个按需型喷墨打印设备来完成，其中该设备包括：一个带有各自的墨滴喷嘴的平行通道的阵列(该阵列最好是高密度阵列)；一个向每个通道供墨的供墨装置；和施加压力脉冲、控制通道中的油墨喷射的电动装置。优选的方法是通过移动通道的压电侧壁部分施加压力脉冲。
美国专利US-A-4887100中例如参照图2(a)-(d)描述了一种打印头，其中所述可移动的压电侧壁部分包括分隔通道的侧壁。在这种情况下，每个分隔通道的侧壁被它所分隔的通道共用，因此在操作的连续相位的起始，侧壁可与它所分隔的一个通道的对面侧壁一起偏移，从所述该通道中喷墨，而在操作的后续相位中，该所述通道分隔侧壁可与它所分隔的另一通道的对面侧壁一起偏移，从所述的另一通道中喷墨。
如欧洲专利申请EP-A-0422870中所述，通过在对应每个像素的区域中以操作频率沉积大小可变的墨滴，通常，该墨滴在1-64的范围内变化，所说的这种打印头可以根据本发明被用来打印灰阶(因此也可以打印彩色印品)，在EP-A-0422870中，操作频率是打印头通道纵向的声共振频率。
图1表示当纸移过喷嘴时，在连续的像素中沉积的一些大小在1和64之间可变的墨滴的效果。通常，最大的墨滴产生频率足以产生100滴墨滴来形成一个像素，因此，如果产生64滴墨滴，将它们沉积在一条线上，将近似地充满像素长度“P”的2/3。当连续产生更少的墨滴时，沉积的墨滴形成相应更短的线。
每个像素中墨滴沉积成的线有时间在纸面上聚合、扩散成墨滴网点。源自任何特定喷嘴的墨滴沉积而成的线对打印形状没有影响，只影响像素中形成的网点大小。图1表示由于像素上墨滴线沉积的相对时刻是选定的，使得每串墨滴关于相应像素对称地沉积。这样降低了图像上任何可能导致的变形并抑制了与沉积在相邻像素上的墨滴融合的倾向。
下面参考图2和图3，其中显示了与US-A-4887100中图2(a)至(d)描绘的基本相同的打印头100，以下结合US-A-4887100的内容作为参考。打印头100包括对置的垂直支撑的压电金属片102，且该压电金属片102由带通道104的平行凹槽以每毫米2个或更大的密度构成，其中通道104带有通道分隔侧壁106。金属电极层105环绕着每个通道104。通过在工作通道的电极层和工作通道任一侧的通道的电极层之间施加电势差，以剪切模式驱动通道工作。如图3中虚线所示，通道分隔侧壁通常以V字型移动。当然这只是一个例子，在一种变形中的侧壁成拱形移动。提到并结合参考的文献中还公开了其它改进方案。
与每个通道的一端相连的一个公共的供墨管108向通道供给打印液体，通道的另一端固定着一块由各个喷嘴109构成的喷嘴板107，其中喷嘴109接在通道的末端。喷嘴共线地与基板111，如纸的运动方向垂直安装。
根据本发明的一个方面，图2和图3中举例示出的那种打印头由其设置成至少两个循环过程的通道控制，属于任一循环的通道与属于另一循环的通道相互交错，每一循环中通道又进一步分为反相操作的第一和第二组。
应当理解，实施本发明可以采用很多方式，其中一些在图4-12中示意地表示出来，如图2和图3中的那些图示意地表示打印头的结构。压电侧壁402位于基板404和盖板406之间，以剪切模式横向移动。从而形成了细长的、末端带有喷嘴410的油墨通道408。侧壁402可示意地表述为直线，并用直线的倾斜标明侧壁的移动。
每幅图的(a)和(b)部分表示操作频率的不同半周期时相邻通道侧壁的位置。从而可以想象在一个循环中，其内部结构以共振或其它操作频率在图(a)和(b)所描述的位置之间振动。
在任一循环中，工作通道可以看成在分别用+和-表示的正、负压力状态之间振动，属于同一组的通道在图(a)中均为正，在图(b)中均为负，反之亦然。不属于当前工作循环中的通道表示为压力状态0。
根据本发明的一个方面，属于第一和第二组并指定为第一操作循环的工作通道通过属于至少另一循环的插入通道分隔开来。图4和图5是具体实例，正如从这些图中看到的，由于插入通道两个侧壁是一致运动的，所以它们是不工作的(即，它们承受的压力变化不足以喷射墨滴)。因此，在整个循环中，这些通道的压力状态为0。通道侧壁以操作频率完成适当数量的振动——也许是100次——之后，一个循环的操作转换为另一循环的操作，并从属于另一循环的那些(先前不工作的插入)通道中喷出墨滴(属于两个分离的组的通道之间依然反相工作)。应当理解，插入通道的数量对应于工作的打印头所在的循环的数量；图4的设置是双循环操作，图5中所示的是三循环操作。图4的(c)部分和图5的(c)和(d)部分表现了图4和图5各自的另一循环中工作/非工作的设置；工作通道用星号表示，非工作通道用零表示。
如上文中参照图1解释的，以操作频率振动的通道壁的振动次数——及继而从该通道中喷出的墨滴数——由所需的打印密度确定，从同一循环中的第一和第二组(反相操作)通道中喷墨的时刻可能不同，如果操作频率很高——通常是这样——这种喷墨时刻的不同对图像质量产生的影响是微不足道的。这样就不难理解，如以操作频率驱动侧壁，喷出64滴墨滴，由相邻通道间以反相形式喷出油墨所导致的错误喷射是64滴中的半滴，即误差小于1％。在印品中墨滴扩散后，该错误喷射可忽略不计。
另一方面，当通道循环以较低的循环启动频率启动时，从不同循环的通道中喷出的墨滴之间的时差与相对基板运动的速率相比，将变得十分显著。这可以采用适当的办法进行补偿，如上文提到的US-A-4887100中关于二种状态(单阶)打印的公知技术：补偿喷嘴，或者如WO95/07185中公开的关于二种状态打印的打印头的偏转。如果基板不连续移动而是在打印全部循环之后再进给的情况下(如上述EP-A-0422870中公开的)，无须进行补偿。如果适当控制基板的运动，可以在循环启动的连续过程中实现暂停。
不工作的插入通道的侧壁不必一致地运动，以确保不喷射墨滴。如果打印头启动时要求通道的两个侧壁向内移动而喷射油滴，那么插入的不工作通道的一个侧壁的运动在通道中将产生不为零，但仍然低于喷墨所需的压力限的压力变化。本发明中，对应双循环和三循环操作的图6和图7表示这种操作的例子。要注意，工作通道在操作频率的半个循环周期中两个侧壁向内移动(图6(a)，图7(a))，并在下半个循环周期中向外移动(图6(b)，图7(b))，从而产生正、负压力。同样，在图6(c)和图7(c)和(d)中，另一相应循环中通道的工作/非工作设置用星号和零表示。
但是，本发明也适用于打印头启动时，通道的一个侧壁的移动足以从该通道中喷出墨滴的情况，本发明的图8-11给出了这种操作的实例。插入通道的不工作状态可以通过移动侧壁，使在该通道中产生的压力低于喷墨所需的极限值来实现；在图8-11的实施例中，通过基本一致地移动通道的两个侧壁来实现插入通道的不工作状态。如图8-11所示，这两种情况带来了其它要求，即属于一个特定循环的通道包括相邻的通道对。
如图8和9所示，每对通道由同一组的通道组成，其中分隔该通道对的通道壁的任一侧承受基本相同的压力，该侧壁保持静止(不工作)。图8表现了这种设置的双循环的实施例，图8(a)和图8(b)分别表示第一和第二循环。可以看出，上述静止侧壁的位置随循环之间转换而转换。当然，如图4-7的实施例(a)和(b)中所示，在一个循环中，通道侧壁以相同方式从一个位置振动到另一个位置，这同样适用于图8-11。图9表示一个该设置的三循环的实施例，其中静止侧壁的位置在对应于三个循环中的每一个循环的三个位置之间转换(如图9(a)、(b)和(c)中分别显示的)。
图10和图11对应不同组的通道组成通道对的情况。由于每对分隔通道侧壁的任一侧存在着相反的压力，尽管作用在其两侧的压力不等，但在驱动该侧壁时只能使其保持基本静止。该设置的双循环和三循环的实施例分别如图10(a)、(b)和图11(a)、(b)、(c)所示，通道对的静止侧壁的位置以与图7和图8同样的方式随循环之间的转换而转换。
下面参考图12，图12以与上文相同的方式描述了一个驱动通道的改进方案，其中每半个周期相反地改变侧壁的位置，与插入通道对反相地从相邻的通道对中喷出墨滴。
上面的描述是以压力大小和相位的方式给出的，这是因为主要由压力波形的大小控制喷墨过程。由具有普通能力技术人员选定加在打印头上、其大小能产生所需压力的电压。结合参考的专利所描述的设备中，每个通道带有单个电极，因而正是加在连续通道上的电压的不同控制着加在分隔通道的压电侧壁上的电势差。如欧洲专利申请EP-A-0553153中公开的，计算产生特定压力变化所需的电压时要考虑侧壁执行机构的配合性。
应当理解，本发明不限于所采用的循环数；除上面清楚地描述的两个和三个循环的设置之外也可采用四个循环。循环数最多相当于打印头中可驱动通道总数的一半，每个循环中只有两个通道(分别属于第一和第二组)工作。
同样地，操作和循环启动频率的唯一限制是操作频率必须大于循环启动频率。
同样地，例如，如图7，9，11所示，无须以连续方式(a-b-c)驱动不同循环的相邻通道。
应当理解，尽管图4-11表示了通道在一个循环操作中所有可能的情况，但并不一定如此，实际情况是由打印数据实际决定的。如果打印数据决定在一个特定循环中一个通道无须进行打印，或一个通道要喷射比该循环中其它工作通道少的墨滴，那么在该循环全部或部分的时间里，环绕该通道的侧壁在工作时在通道内产生的压力将低于喷墨限值。
如前面提到的，本发明适用于彩色打印。为此通道阵列可以设置为一套四组通道列的装置，向每组通道列分别供给黑墨和三原色墨，并且设置每组通道，使之打印的一列打印单元区域与各个阵列和片基的相对运动方向横切，因而每个打印区域都可以用黑墨或三原色中的一种油墨打印。另一方面，各色油墨通道阵列可以共线设置，经过每个阵列的要打印的区域随片基连续进给通过阵列组件。
具体参考公知的美国专利No.4887100中所述设备，本发明广泛适用于通道分隔侧壁在相反的任一方向上可移动的喷墨设备。此外，将本发明用于通过其它电动装置喷墨的按需型喷墨设备也能得到上述部分(但不是全部)优点。