CH667044A5 - Verfahren zum selektiven, mehrzyklischen, der steuerung der punktgroesse dienenden resonanzbetrieb einer tintenstrahlvorrichtung. - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es besteht ein Bedürfnis für ein Verfahren zum Betrieb von Tin-tenstrahlvorrichtungen in einem Resonanzmodus, um einen Druckvorgang mit hoher Auflösung zu ermöglichen.

Die Ausführung von praktischen Tintenstrahlgeräten und -Vorrichtungen, die der Erzeugung eines einzigen Tintentröpfchens auf Anforderung hin dienen, ist in der Technik relativ neu. Bei den bekannten Tintenstrahlvorrichtungen mit «Tropfen auf Anforderung bzw. Verlangen» ist das Volumen jedes einzelnen Tintentröpfchens typischerweise von der Geometrie der Tintenstrahlvorrichtung, dem Typ der verwendeten Tinte und der Grösse eines in der Tintenkammer zum Ausstossen eines Tintentröpfchens aus einer zugeordneten Öffnung entwickelten Überdrucks abhängig. Der effektive Durchmesser und Aufbau der Öffnung, das Volumen und die Struktur der der Öffnung zugeordneten Tintenkammer, der Wandleraufbau und die Methode der Kopplung des Wandlers mit der Tintenkammer stellen weitere Faktoren dar, die das Volumen der von der Öffnung ausgestossenen, einzelnen Tintentröpfchen bestimmen. Bei jeder derartigen Tintenstrahlvorrichtung ist für eine Abbildung mit hoher Auflösung erforderlich, dass relativ kleine bzw. ein geringes Volumen aufweisende Tintentröpfchen von der Vorrichtung ausgestossen werden. Typischerweise werden solche Tintentröpfchen mit geringer Grösse durch Verkleinerung des Durchmessers der Öffnungen der Tintenstrahlvorrichtung erhalten. Jedoch ist es schwierig, Strahlöffnungen mit kleinem Durchmesser herzustellen, und der Betrieb einer Tintenstrahlvorrichtung, die mit solchen, einen kleinen Durchmesser aufweisenden Öffnungen ausgestattet ist, wird durch Öffnungsverstopfungsprobleme (infolge von eingetrockneter Tinte, Verunreinigungen in der Tinte, Papierstaub usw.), durch nachteilige Auswirkungen infolge eines hohen Verhältnisses von Oberflächen-spannungskräften zu Trägheitskräften, durch ein dürftiges Ergebnis usw. negativ beeinflusst.

Viele Versuche wurden unternommen, um die Druckdichte sowie die Druckauflösung bzw. -rasterung bei einem Tintenstrahldrucker zu steuern. So werden in der US-PS 3 977 007 bei einem Tintenstrahldrucker Grauschattierung reproduziert, indem man die Zahl der Tintentröpfchen, die an einer vorbestimmten Punktstelle in einer Punktmatrix abgelagert wird, selektiv um eins ändert. In der US-PS 4018 383 wird ein Verfahren zur Beseitigung von Satellitentröpfchen in einem kontinuierlichen Tintenstrahlsystem gelehrt, wobei das Verfahren beim Drucken ferner für ein selektives Beseitigen oder Einschliessen der Tintentröpfchen sorgt, um die Dichte der Tröpfchenströme zu steuern. Bei einer in der US-PS 4047183 offenbarten Vorrichtung mit kontinuierlichem Tintenstrabl findet zur Steuerung der Formation und Form der den Tintentröpfchenstrom bildenden Tintentröpfchen ein Laser Anwendung, um die Frequenzkomponenten eines kontinuierlichen Tintenstrahlstromes zur Steuerung der Kennwerte eines die Vorrichtung steuernden Störungs-Steuersignals abzutasten.

Bei der US-PS 4281 333 wird das Volumen bzw. die Grösse der von einer Tintenstrahlvorrichtung mit «Tropfen-auf-Anforderung» ausgestossenen Tintentröpfchen lediglich durch Variation der Amplituden- oder Leistungshüllkurve der Steuersignalwellenform gesteuert, die zum Betrieb der Tintenstrahlvorrichtung verwendet wird. In der US-PS 4337 470 wird die von einem Tintenstrahldruk-ker erzeugte Puaktgrösse durch Variation der Frequenz der Schwingung eines Vibrators gesteuert, der die in dem Tintenkopf befindliche Tinte in Schwingungen versetzt, um Tintentröpfchen auszustossen. Diese Tröpfchen werden zur Steuerung der Druckdichte elektrostatisch auf ein Empfangsmedium hin- oder von diesem weggelenkt. Die US-PS 4393 384 lehrt ein Verfahren zum Betreiben einer Tintenstrahlvorrichtung zum Zwecke der Steuerung des Volumens und der Geschwindigkeit von Tintentröpfchen, die zur absoluten Steuerung der Druckqualität erzeugt werden. Diese Steuerung wird dadurch bewerkstelligt, indem man steuerbar und sukzessiv zuerst das Volumen der zugeordneten Tintenkammer verringert, dann das Volumen vergrössert und dann sofort das Volumen um einen Betrag verringert, der geringer als die erste Volumen Verringerung ist, und anschliessend das Volumen der Tintenkammer zum Ausstoss des

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Tintentröpfchens vergrössert. In der US-PS 4493 388 wird ein Verfahren zum Betrieb einer Tintenstrahleinrichtung offenbart, bei dem das Oszillogramm des dem Wandler zugeführten Signals einen Unterbrechungszeitabschnitt aufweist, der länger als ein vorbestimmter Zeitabschnitt ist, dem die Zeitabschnitte von drei aufeinanderfolgenden, elektrischen Signalen folgen, wobei zumindest die Amplitude oder die Breite des zweiten der drei elektrischen Signale relativ zu den anderen beiden vergrössert wird, um eine Verringerung des Radius des nach dem Unterbrechungsabschnitt ausgestossenen zweiten Tintentröpfchens zu verhindern.

In keiner der vorstehend kurz beschriebenen Patentschriften ist offenbart, dass man zum Betrieb einer Tintenstrahlvorrichtung gewisse Resonanzen dieser Vorrichtung erregt, um eine Steuerung in bezug auf die Grösse und das Volumen der ausgestossenen Tintentröpfchen zu ermöglichen.

Ziel der Erfindung ist, die angeführten Nachteile zu beheben.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Tintenstrahlvorrichtung in Schnittansicht;

Fig. 2 ein Detail der Tintenstrahlvorrichtung gemäss Fig. 1 in vergrösserter Ansicht;

Fig. 3 eine Projektionsdarstellung der Tintenstrahlvorrichtung in auseinandergezogener Anordnung, wobei die Tintenstrahlvorrichtung die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele umfasst;

Fig. 4 die Wellenform für elektrische Impulse eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ;

Fig. 5 eine sinusförmige Wellenform für elektrische Signale eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 6 eine Sinus-Halbwellenkurve für ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 eine Sinus-Viertelwellenkurve für elektrische Impulse eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 8 eine Sägezahnwellenform für ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 9 eine dreieckförmgie Wellenform für elektrische Impulse eines sechsten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 10 Ausdrucke (A) bis (F), die von der gezeigten Tintenstrahlvorrichtung unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens erhalten wurden;

Fig. 11 Schriftausdrucke (A) bis (C), die die typische Ausdruckdichte-Steuerung verdeutlichen, die durch den Einsatz der gezeigten Tintenstrahlvorrichtung unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens erreicht werden kann, und

Fig. 12 unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens erzeugte Tröpfchen während des Flugs.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Tintenstrahlvorrichtung der US-PS 4459 601 dargestellt, die durch Bezugnahme in diese Beschreibung aufgenommen wird. Die vorliegende Erfindung wurde während der Entwicklung von verbesserten Verfahren zum Betreiben der vorerwähnten Tintenstrahlvorrichtung unter Erzielung eines Druckvorganges mit hohem Auflösungsvermögen bzw. hoher Rasterung gemacht. Die verschiedenen Ausführungsbeispiele der Erfindung, die nachfolgend beschrieben werden, können jedoch bei einer Vielzahl von Tintenstrahlvorrichtungen (insbesondere bei Tintenstrahlvor-richtungen mit «Tropfen-auf-Anforderung») Anwendung finden. Die nachstehend erläuterte Tintenstrahlvorrichtung ist deshalb zur Erläuterung der Erfindung vorgesehen und bedeutet keine Beschränkung. Demzufolge werden in den folgenden Absätzen lediglich die grundlegenden mechanischen Merkmale sowie der Betrieb dieser Vorrichtung erörtert.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Tintenstrahlvorrichtung umfasst eine Kammer 200, die eine Öffnung 202 zum Ausstossen von Tintentröpfchen in Erwiderung auf die Erregung eines Wandlers aufweist, wobei für jeden Strahl einer Reihe derartiger Strahlen (vergleiche Fig. 3) ein Wandler 204 vorgesehen ist. Der Wandler 204 dehnt sich längs seiner Streckungsachse aus und zieht sich längs seiner Streckungsachse zusammen (in den durch die Pfeile in Fig. 2 gezeigten Richtungen), wobei diese Bewegung über eine Kopplungseinrichtung 206 mit der Kammer 200 gekoppelt ist. Die Kopplungseinrichtung 206 umfasst einen Fuss 207, ein an dem Fuss 207 angrenzendes, viskoelastisches Material 208 und eine Membran 210, die in die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Lage vorgespannt ist.

Über eine begrenzte Einlasseinrichtung in Form einer begrenzten Öffnung 214 fliesst Tinte von einem nicht unter Druck gesetzten Behälter 212 in die Kammer 200. Die begrenzte Öffnung 214 wird durch eine in einer Durchflussbegrenzungsplatte 216 vorgesehenen Öffnung gebildet (vergleiche Fig. 3). Wie aus Fig. 2 ersichtlich, weist der in einer Kammerplatte 220 ausgebildete Behälter 212 eine abgeschrägte Kante 222 auf, die in die Öffnung 214 führt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist der Behälter 212 mit einem Zulaufrohr 223 und einem Abzugsrohr 225 ausgestattet. Der Behälter 212 ist infolge der Membran 210 nachgiebig. Diese Membran 210 steht über eine in der Durchflussbegrenzungsplatte 216 vorgesehene, grosse Öffnung 227, die an eine in der Platte 226 vorgesehene Aussparung 229 angrenzt, mit der Tinte in Verbindung.

Ein Ende jedes Wandlers 204 wird durch das Zusammenwirken des Fusses 207 mit einem in einer Platte 226 vorgesehenen Loch 224 geführt. Wie gezeigt, sind die Füsse 207 der Wandler 204 in den Löchern 224 verschiebbar aufgenommen. Die anderen Enden der Wandler 204 sind in einem Block 228 mittels eines in Schlitzen 232 vorgesehenen, nachgiebigen bzw. elastischen Materials 230 elastisch befestigt, um eine Abstützung für die anderen Enden der Wandler 204 vorzusehen. Ebenso ist ein elektrischer Kontakt mit den Wandlern 204 in elastischer Weise mit Hilfe einer nachgiebigen Leiterplatte 234 hergestellt, die durch ein geeignetes Mittel, wie z.B. einem Lot, mit einer Elektrode 260 der Wandler gekoppelt ist. Auf der Leiterplatte 234 sind gedruckte Schaltungen 238 vorgesehen.

Die Platte 226 (vergleiche Fig. 1 und 3) weist an der Basis eines Schlitzes 237 Löcher 224 auf, die, wie vorstehend erwähnt, die Füsse 207 der Wandler 204 aufnehmen. Die Plate 226 ist auch mit einer Aufnahme 239 für eine Heizzwischenlage 240 ausgestattet. Diese Heizzwischenlage 240 umfasst ein Heizelement 242 mit Spiralen 244, eine Niederhalteplatte 246, eine der Platte 246 zugeordnete Feder 248 sowie eine unmittelbar unterhalb des Heizelements 242 angeordnete Abstützplatte 250. Ferner ist ein Schlitz 253 zur Aufnahme eines Thermistors 252 vorgesehen. Der Thermistor 252 wird verwendet, um die Temperatur des Heizelements 242 zu überwachen. Die gesamte Heizzwischenlage 240 wird durch eine Abdeckplatte 254 in der in der Platte 226 vorgesehenen Aufnahme 239 gehalten.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, werden die verschiedenen beschriebenen Komponenten der Tintenstrahlvorrichtung mit Hilfe von Schrauben 256, die sich durch Öffnungen 257 nach oben erstrecken, und mit Hilfe von Schrauben 258, die sich durch Öffnungen 259 nach unten erstrecken, zusammengehalten, wobei die Schrauben 258 die Leiterplatte 234 der Platte 228 an der richtigen Stelle halten. Die gestrichelten Linien in Fig. 1 zeigen die Verbindungen 263 zu der gedruckten Schaltung 238 auf der Leiterplatte 234. Die Verbindungen 263 koppeln ein Steuergerät 261 mit der Tintenstrahlvorrichtung, um deren Betrieb zu steuern.

Beim üblichen Betrieb der Tintenstrahlvorrichtung ist das Steuergerät 261 so programmiert, dass es zu einem geeigneten Zeitpunkt über seine Verbindung mit der gedruckten Schaltung 238 eine Spannung zu einer bestimmten oder zu einigen der erhitzten Elektroden 260 der Wandler 204 zuführt. Die zugeführte Spannung bewirkt ein elektrisches Feld, das senkrecht zur Streckungsachse der ausgewählten Wandler 204 erzeugt wird, wodurch sich ein Zusammenziehen der Wandler 204 entlang ihrer langgestreckten Achse ergibt. Wenn sich ein spezieller Wandler 204 nach Erregung derart zusammenzieht, bewegt sich der unter dem Fuss 207 des Wandlers 204 befindliche Teil der Membran 210 in Richtung des sich zusammenziehenden Wandlers 204, wordurch effektiv das Volumen der angegliederten Kammer 200 sich vergrössert. Während sich das Volumen der speziellen Kammer 200 derart ausdehnt, wird zu Anfang ein Unterdruck in der Kammer erzeugt, wodurch die darin

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befindliche Tinte dazu neigt, sich von der Öffnung 202 wegzubewegen, während gleichzeitig Tinte aus dem Behälter 212 über die angegliederte, begrenzte Öffnung 214 in die Kammer 200 fliessen kann. Die während der Nachfüllung in die Kammer 200 fliessende Tintenmenge ist grösser als die Menge, die durch die begrenzte Öffnung 214 während dem Abschiessen der Tinte zurückfliesst. Die Zeit zwischen Nachfüllung und Abschiessen wird während des Strahlbetriebs nicht verändert, wodurch somit ein «Nachfüllen vor Abschiessen »-Zyklus vorgesehen wird. Das Steuergerät ist so programmiert, dass kurz danach die Spannung bzw. das Steuersignal von einem bestimmten oder einigen der ausgewählten Wandler 204 entfernt wird, wodurch der oder die Wandler 204 sich sehr schnell längs ihrer langgestreckten Achsen ausdehnen und über das viskoelastische Material 208 und die Füsse 207 gegen den unter ihnen liegenden Teil der Membran 210 stossen. Auf diese Weise wird eine rasche Kontraktion bzw. Verringerung des Volumens der zugeordneten Kamrper oder Kammern 200 erzielt. Diese schnelle Volumenverringerung der angegliederten Kammern 200 erzeugt einen Druckimpuls bzw. eine Überdruckstörung in der Kammer 200, wodurch von den zugehörigen Öffnungen 202 ein Tintentröpfchen ausgestossen wird. Es ist zu bemerken, dass bei einer derartigen Erregung eines bestimmten Wandlers 204 dieser sowohl seine Länge verringert als auch seine Dicke vergrössert. Jedoch ist die Vergrösserung seiner Dicke für die dargestellte Tintenstrahlvorrichtung insofern ohne Belang, als die Längenänderungen des Wandlers den Einsatz der einzelnen Tintenstrahlen der Tintenstrahlreihe steuern. Es ist ferner zu bemerken, dass mit der vorliegenden Technologie, d.h. durch die Erregung des Wandlers zum Zwecke der Kontraktion längs ihrer langgestreckten Achsen, ein beschleunigtes Altern der Wandler verhindert wird. In extremen Fällen wird auch eine Depolarisation vermieden.

Wie vorstehend erwähnt, ist es bekannt, dass die Tröpfchengrös-se, die von einem Impuls-Tintenstrahldrucker erzeugt wird, eng an die Grösse der Öffnung der zugehörigen Tintenstrahleinrichtung gebunden ist und dass im allgemeinen nur geringe Variationen in bezug auf die Tröpfchengrösse, z.B. durch Variation der Steuersignalamplitude oder Steuersignalwellenform, erzeugt werden können. Jedoch muss andererseits für einen hochqualitativen Halbtondruck die Tröpfchengrösse in einem weiten Bereich steuerbar sein. Ausserdem ist es für gewisse Tinten, die sich auf dem Papier nicht weit ausbreiten, wie z.B. Tinten auf Wachsbasis, erforderlich, dass grössere als die bereits durch die gegenwärtigen Verfahren zum Betrieb von Tintenstrahlvorrichtungen erzielbaren Tintentröpfchen zur Erzielung gewünschter Druckpunktdurchmesser erzeugt werden.

Gemäss der Erfindung wurde beim Betrieb der vorstehend beschriebenen Tintenstrahleinrichtung erkannt, dass man durch synchrones Erregen einer oder einer Kombination der fluidischen und mechanischen Resonanzfrequenzen der Tintenstrahlvorrichtung zur Erzeugung einer dominanten Resonanzfrequenzstörung in der entsprechenden, zugeordneten Kammer und der Tinte und durch Erzeugenlasen eines einzyklischen oder eines subharmonischen Zyklus der dominanten Resonanzfrequenz das Volumen der ausgestossenen Tintentröpfchen steuern kann. Gemäss der Erfindung wurde weiterhin festgestellt, dass durch Wiederholung dieser Betriebsweise in einer iterativen bzw. sukzessiven Art, wobei jeder Folgezyklus synchron mit der dominanten Resonanzfrequenz der Tintenstrahlvorrichtung ist, eine Vielzahl von Tintentröpfchen innerhalb eines Zeitabschnittes ausgestossen werden kann, der es ermöglicht, dass die Tröpfchen während ihres Fluges durch die Luft oder auf dem Auf-zeichnungsmedium verschmelzen können. Dies ermöglicht eine wesentliche Steuerung im Hinblick auf die sich auf dem Aufzeichnungsmedium ergebende Punktgrösse relativ zu der von einem einzigen Tintentröpfchen erzielten Punktgrösse. Die resultierende Punktgrösse ist davon abhängig, wie oft innerhalb eines gegebenen Zeitabschnitts das erfindungsgemässe Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung wiederholt wird. Die Fig. 12 zeigt neun Tröpfchen 301 bis 309 während des Flugs zur Erzeugung eines Punkts auf einem Aufzeichnungsmedium unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens.

Gemäss der Erfindung wurde ferner erkannt, dass für die illustrative Tintenstrahlvorrichtung dieses Beispiels die Helmholtz-Resonanzfrequenz die dominante Resonanzfrequenz der gegenständlichen Tintenstrahlvorrichtung ist. Andere Tintenstrahlvorrichtungen, die auch unter Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens betrieben werden können, können als dominante Resonanzfrequenz eine andere Resonanzfrequenz als die Helmholtz-Resonanzfrequenz aufweisen. Zum Zwecke der weiteren Beschreibung und Verdeutlichung des erfindungsgemässen Verfahrens zum Betreiben einer Tintenstrahlvorrichtung wird angenommen, dass die Helmholtz-Resonanzfrequenz die dominante Resonanzfrequenz ist. Jedoch bedeutet eine derartige Annahme keine Beschränkung im Hinblick auf den Schutzumfang und die Verwendung der Erfindung.

Das vorliegende Verfahren stellt ein Mehrimpuls-Verfahren zum Betreiben einer Tintenstrahlvorrichtung dar, das die dominante Resonanzfrequenz der Tintenstrahlvorrichtung zur Erregung von Tintentröpfchen mit steuerbarem Volumen durch Pulsation des Wandlers 204 (in diesem Beispiel) mit einer Folgefrequenz der dominanten Resonanzfrequenz verwendet, und zwar unter Verwendung eines einzelnen Impulses oder einer Vielzahl von Impulsen in Abhängigkeit von der erforderlichen Punktgrösse. Wo die Helmholtz-Frequenz die dominante Frequenz ist, resultiert diese Frequenz aus der Wechselwirkung der Nachgiebigkeit der Tintenkammer 200 (bei diesem Beispiel) und der Tinten- bzw. Fluidträgheit, ausgedrückt durch die Formel wobei C gleich der Tintenkammernachgiebigkeit, L gleich der Trägheit und 1/L beispielsweise gleich [1/L Öffnung 202 + 1/L begrenzte Öffnung 214] ist.

Durch Laborversuch und Analyse wurde festgestellt, dass die dargestellte Tintenstrahlvorrichtung eine Helmholtz-Frequenz von etwa 30 kHz hat. Zum Betrieb der gezeigten Tintenstrahlvorrichtung entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren wurden, wie aus Fig. 4 ersichtlich, im wesentlichen rechteckige oder quadratische Wellenimpulse verwendet. Die Impulskennwerte dieser speziellen Wellenform, die aufgefunden wurden, um eine wesentliche Steuerung in bezug auf die Grösse des ausgestossenen Tintentröpfchens vorzusehen, wurden für die verschiedenen gezeigten Zeitabschnitte wie folgt bestimmt: Ti = 1,0 Mikrosekunde Impulsanstiegszeit, T2 = 13,0 MikroSekunden Impulsdauer, T3 = 1,0 Mikrosekunde Impulsabfallzeit und T4 = 15,0 Mikrosekunden Totzeit, wodurch eine Impulsfolgefrequenz nahe der 30 kHz Helmholtz-Resonanzfrequenz der dargestellten Vorrichtung vorgesehen wird. Es ist zu bemerken, dass in diesem Beispiel die Totzeit T4 erforderlich ist, um das einem Wandler zugeführte Steuersignal gleichphasig mit der natürlichen Schwingung des in der Tintenkammer 200 enthaltenen Tintenfluids zu machen bzw. zu koppeln. Es wurde festgestellt, dass durch Zuführung von zwei Impulsen, wie in Fig. 4 gezeigt, zu einem Wandler 204 das Volumen des ausgestossenen, endgültigen Tintentröpfchens etwa zweimal demjenigen Volumen entsprach, das bei Verwendung eines einzigen Impulses über die gleiche Zeitperiode erhalten wurde, in der die beiden Impulse zugeführt wurden. Es wurde ferner festgestellt, dass das Tröpfchenvolumen sich linear in direkter Übereinstimmung mit der Anzahl derartiger, dem Wandler 204 zugeführter Impulse zu vergrössern scheint. Durch Zuführung von zwei oder mehreren Impulsen mit geeigneter Amplitude, die die in Fig. 4 gezeigten Wellenformen und die vorstehend beschriebenen Kennwerte haben, wurde ferner ermittelt, dass dieses Mehrimpulsverfahren in einem Verschmelzen der Tintentröpfchen im Flug oder beim Auftreffen auf das Aufzeichnungsmedium resultiert, woraus sich eine vergrösserte Punktgrösse auf dem Aufzeichnungsmedium im Vergleich zu Verwendung eines Einzelimpulses zur Erzeugung eines solchen Punktes auf dem Medium ergibt.

Es ist zu bemerken, dass die Wellenform der Fig. 4 und die nachfolgend beschriebenen Wellenformen der Fig. 5 bis 9 unter Labor-

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Versuchsbedingungen mit einem handelsüblichen Wellengenerator erzeugt werden können. Bei einer praktischen Vorrichtung muss beispielsweise das Steuergerät 261 speziell ausgestaltet oder programmiert werden, um die gewünschten Wellenformen und die zur Erzeugung einer bestimmten Punktgrösse auf dem Aufzeichnungsmedium erforderliche Anzahl an Impulsen zu erzeugen.

Durchgeführte Tests haben gezeigt, dass die verdeutlichte Vorrichtung, die, wie vorstehend erwähnt, eine Helmholtz-Frequenz von 30 kHz aufweist, unter Verwendung irgendeiner Kombination von Impulsdauer T2 und Totzeit T4, die sich zwischen 8,0 Mikrosekun-den und 16,0 MikroSekunden bewegen können, arbeiten kann,

wobei die Anstiegszeit Ti und die Abfallzeit T3 beispielsweise auf eine Mikrosekunde festgelegt wurden. Die untere Grenze dieses Bereichs wird durch die Reaktionszeit des Wandlers oder der Wandler 204 bestimmt, wohingegen die obere Grenze dieses Bereichs durch den Aufbau der Tintenstrahlvorrichtung bestimmt wird, der die Wirksamkeit der Steuerung oder des Betriebs der Vorrichtung mit oder in der Nähe ihrer Helmholtz-Frequenz begrenzt. Die Komplexität des elektronischen Aufbaus des Steuergeräts 261 wird verringert, wenn die Wellenform der Steuerimpulse, wie die in Fig. 4, im wesentlichen der gezeigten entspricht, wobei die Gesamtimpulsdauer (Tj + T2 + T3) und die Totzeit T4 im wesentüchen gleich sind. Ebenso wurde ein optimaler Betrieb der gezeigten Tintenstrahlvorrichtung erlangt, wenn die gesamte Periodizität des Impulszuges (Tj + T2 + T3 + T4) im wesentlichen gleich dem Reziproken der dominanten Resonanzfrequenz, in diesem Beispiel 1/FH gemacht wird. Es wurde ferner ermittelt, dass infolge der Beschränkungen aufgrund der Reaktionszeit der Wandler 204, der mit der relativ hohen Frequenz des dominanten Resonanzfrequenzmodus der Steuerung und des Betriebs der Tintenstrahlvorrichtung unter Verwendung des erfindungsgemässsen Mehrimpulsverfahrens gekoppelt ist, viele andere unterschiedliche Wellenformen, die anders als jene der Fig. 4 sind, aber eine gleiche bzw. ähnliche Periodizität aufweisen, verwendet werden können. Andere Wellenformen, die aufgefunden wurden, um eine zufriedenstellende Steuerung hinsichtlich der Punktgrösse unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens vorzusehen, umfassen beispielsweise eine Sinuswellenform, eine Si-nus-Halbwellenform, eine Sinus-Viertelwellenform, eine Sägezahn-wellenform sowie eine dreieckförmige Wellenform, wie dies in den Fig. 5 bis 9 in dieser Reihenfolge dargestellt ist. Bei Verwendung derartiger, alternativer Wellenformen zum Betrieb der gezeigten Vorrichtung wurde, wie vorstehend erwähnt, die 20 kHz Helmholtz-Frequenz der Vorrichtung als dominante Frequenz bestimmt. Demzufolge kann für die sinusförmige Wellenform der Fig. 5 % Ts im wesentlichen gleich 30 kHz gemacht werden. In ähnlicher Weise sollte für die Sinus-Halbwellenkurve der Fig. 6 die Impulsdauer T6 und die Totzeit T, etwa gleich 15 Mikrosenkunden sein. Ähnliche Bemerkungen gelten für die Impulsdauern T8, T10 bzw. Ti2 der Fig. 7 bis 9 und die Totzeiten T9, Ttl bzw. T13 der Fig. 7 bis 9.

Beim Test verschiedener Impuls- bzw. Wellenformen wurde festgestellt, dass die rechteckige oder quadratische Wellenform mit einer viel geringeren Spannungsimpulsamplitude verwendet werden kann, als irgendwelche anderen getesteten Wellenformen, wie z.B. diejenigen der Fig. 5 bis 9, und zwar wahrscheinlich infolge der schnelleren Anstiegs- und Abfallzeiten. Tatsächlich wurde festgestellt, dass die Sinus-Viertelwellenkurve der Fig. 7 Impulse mit 20% grösserer Amplitude erfordert, als die im wesentlichen quadratischen oder rechteckförmigen Impulse der Fig. 4, um von der verdeutlichten Tintenstrahlvorrichtung einen gleichwertigen Druckvorgang zu erhalten. Wie vorstehend erwähnt, kann im allgemeinen die Wellenform der Fig. 4 relativ zu den anderen Wellenformen der Fig. 5 bis 9 und relativ zu noch anderen unterschiedlichen Wellenformen viel einfacher auf elektronischem Wege vorgsehen werden.

Beim Testen des erfindungsgemässen Verfahrens und beim Betrieb der gezeigten Tintenstrahlvorrichtung wurde ferner entdeckt, dass infolge der Dominanz der Helmholtz-Frequenz in der getesteten Vorrichtung das erfindungsgemässe Mehrimpuls verfahren ebenso vorgesehen werden kann, indem man die Periodizität der

Steuerimpulse auf subharmonische Zyklen der Helmholtz-Frequenz gründet. Man nimmt an, dass man das gleiche Ergebnis für die dominante Resonanzfrequenz von einigen anderen Tintenstrahlvor-richtungen erhalten würde, falls man diese unter Verwendung des erfindungsgemässen Verfahrens getestet hätte. Bei Verwendung des Beispiels einer 30 kHz Helmholtz-Hauptfrequenz bei einer speziellen Tintenstrahlvorrichtung würde jedoch eine subharmonische Frequenz in Steuerimpulsbreiten resultieren, die sehr gross sein würden, was eine unerwünschte Verringerung der verwendbaren Druckfrequenz der speziellen Einrichtung oder Tintenstrahlvorrichtung zur Folge hätte. Demzufolge testeten die Erfinder eine Tintenstrahlvorrichtung, die ähnlich der gezeigten Vorrichtung ist, jedoch eine kleinere Tintenkammer 200 (relativ niedriger Nachgiebigkeit) aufweist, um eine Helmholtz-Resonanzfrequenz von etwa 100 kHz vorzusehen. Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens konnte diese Vorrichtung mit einem zufriedenstellenden Druck betrieben werden, und zwar unter Verwendung von Mehrfachimpulsen mit einer Periodizität von 30 Mikrosekunden, was der dritten Subharmonischen der 100 kHz Helmholtz-Resonanz- bzw. Hauptfrequenz entspricht. Mehrfachimpulse, die eine Periodizität aufweisen, die subharmonisch zu 100 kHz gemacht wurde, z.B. von 20 kHz, wurden getestet, jedoch wurde die Leistung bei diesem subharmonischen Niveau als relativ schwach befunden.

Wie aus Fig. 10 ersichtlich, wurden Bänder von sukzessiven Punkten gedruckt, indem eine fortlaufend grössere Anzahl von Mehrfachimpulsen zum Drucken jedes Punktes in den entsprechenden Bändern der Ansichten (A) bis (F) verwendet wurden. Die zur Erzeugung der Punktbänder in Fig. 10 verwendeten Mehrfachimpulse waren Sinus-Vierteilwellen gemäss Fig. 7, wobei die Impulsdauern Ts und die Totzeiten T9 jeweils 15 Mikrosekunden betrugen. Die Spannungsamplitude der Impulse wurde etwa auf 33 Volt konstant gehalten. In dem Punkteband der Ansicht (A) wurde zur Erzielung der gezeigten Punkte lediglich ein derartiger Impuls verwendet. Die Punkte des in der Ansicht (B) gezeigten Bands wurden während der gleichen Zykluszeit als jene in Ansicht (A) erzeugt, jedoch wurden statt einem Impuls zwei Mehrfachimpulse zur Erzeugung jedes Punktes des in Ansicht (B) gezeigten Bandes verwendet. In ähnlicher Weise wurden die Punkte der in den Ansichten (C) bis (F) gezeigten Bänder unter Verwendung von 3, 4, 5 bzw. 6 Mehrfachimpulsen erzeugt, wobei für den Druck jedes Punktes ein gleicher Zeitzyklus verwendet wurde. Wie erwartet, sind demzufolge die Bänder der Ansichten (A) bis (F) fortlaufend fetter, und zwar infolge der fortlaufend grösseren Punktgrösse, die mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens erhalten wird.

Ähnliche Mehrfachimpulse wurden zur Herstellung der in den Ansichten (A) bis (C) der Fig. 11 gezeigten Schriftartsätze mit fortlaufend grösserer Fettheit verwendet. Die in Ansicht (A) gedruckten Zeichen erforderten einen Steuerimpuls zur Erzeugung jedes der Punkte, die ein bestimmtes Zeichen bilden, wohingegen zwei Impulse zur Erzeugung jedes der einzelnen Punkte der Schrift der Ansicht (B) verwendet wurden sowie drei Impulse zur Erzeugung jedes der einzelnen Punkte, die die Schriftzeichen der Ansicht (C) bilden, verwendet wurden.

Das Resümee der Wirkungsweise der Erfindung ist darin zu sehen, dass beim Betrieb einer Tintenstrahlvorrichtung zum Erzeugen eines Druckpunktes auf einem Aufzeichnungsmedium eine bestimmte Zeitperiode, abhängig von dem Tintenstrahldrucksystem, zugeteilt wird, um das Tintentröpfchen oder die Tintentröpfchen zum Drucken des Punkte auf dem Aufzeichnungsmedium zur Verfügung zu stellen. Die Fettheit eines bestimmten Punktes kann gesteuert werden, indem das Tintenvolumen oder die Anzahl der Tintentröpfchen gesteuert wird, die von der Tintenstrahlvorrichtung während der zugeteilten Zeit zur Erzeugung dieses Punktes erzeugt werden. Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Betrieb einer Tintenstrahlvorrichtung, das zur Erzeugung von Tintentröpfchen mit jeweils bekanntem Tintenvolumen einen Steuerimpuls oder eine Vielzahl von Steuerimpulsen zum Betreiben der Vorrichtung

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Das Steuergerät 261 kann zur Ausführung der erforderlichen Steuerfunktionen z.B. mit einer fest verdrahteten Logik oder mit einem programmierten Mikroprozessor oder einer Kombination von beiden ausgestattet werden. Zur Erzeugung der in den Fig. 4 bis 9 gezeigten Wellenformen wurde von den Erfindern ein Wavetek-Wellenformgenerator, Modell 175, hergestellt von der Firma Wavetek, San Diego, Kalifornien, verwendet. Bei einer praktischen 5 Ausführung der Vorrichtung würde das Steuergerät 261 typischerweise so ausgestaltet werden, dass es die erforderlichen Wellenformen und Funktionen, wie vorstehend erläutert, für jeden bestimmten Anwendungsfall vorsieht.

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3 Blätter Zeichnungen

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zum Betreiben einer Tintenstrahlvorrichtung zur Steuerung der Grösse des auf einem Aufzeichnungsmedium gedruckten Tintenpunkts, wobei die Tintenstrahlvorrichtung eine Wandlereinrichtung zum Erzeugen einer Überdruckstörung in einer zugeordneten, mit Tinte gefüllten Kammer aufweist, um ein Tintentröpfchen von einer angegliederten Öffnung auszustossen, dadurch gekennzeichnet, dass man

   (1) die Wandlereinrichtung betätigt, um synchron eine oder eine Kombination der fluidischen oder mechanischen Resonanzfrequenzen der Tintenstrahlvorrichtung zur Erzeugung einer dominanten Resonanzfrequenz in der Kammer und in der zugeordneten Tinte zu erregen, und

   (2) entweder einen einzyklischen oder einen subharmonischen Zyklus der dominanten Resonanzfrequenz erzeugen lässt, um im wesentlichen voraussagbar das Volumen eines Tintentröpfchens zu steuern, das infolge der in der Kammer erzeugten, resultierenden Druckstörung von der Öffnung ausgestossen wird, und

   (3) dass man die Schritte (1) und (2) so oft wie gewünscht fortlaufend und synchron mit der dominanten Resonanzfrequenz wiederholt, um eine Vielzahl von Tintentröpfchen innerhalb einer Zeitperiode zu erzeugen, die es ermöglicht, dass die Tröpfchen in der Luft oder auf dem Aufzeichnungsmedium verschmelzen können, und um somit die auf dem Aufzeichnungsmedium resultierende Punktgrösse relativ zu der von einem einzigen Tintentröpfchen erzielten Punktgrösse steuerbar zu steigern.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung zur Erzeugung der Druckstörung auf ein elektrisches Signal anspricht, wobei man beim Verfahrensschritt (1) ferner die Periode des elektrischen Signals entweder im wesentlichen gleich der Periode der Helmholtz-Resonanzfrequenz oder im wesentlichen gleich der Periode einer subharmonischen der Helmholtz-Frequenz macht und das elektrische Signal der Wandlereinrichtung zuführt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man das elektrische Signal so formt, dass es im wesentlichen einen Impuls mit einer exponentiellen Vorderflanke und einer stufenförmigen Hinterflanke darstellt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung zur Erzeugung der Druckstörung auf ein elektrisches Signal anspricht, wobei man beim Verfahrensschritt (1) ferner das elektrische Signal im wesentlichen zu einer quadratischen Welle, einer rechteckigen Welle, einer dreieckigen Welle, einer Sinus-Halbwellenform, einer Sinus-Vollwellenform, einer Sinus-Viertelwellenform, einer Sinuswellenform mit weniger als einer Viertelwelle oder einem Impuls mit einer exponentiellen Vorderflanke und einer stufenförmigen Hinterflanke formt und dieses elektrische Signal dem Wandler zuführt.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Periode des elektrischen Signals entweder gleich einer Periode der ausgewählten fluidischen und mechanischen Resonanzfrequenzen der Tintenstrahlvorrichtung oder gleich einer Kombination der Perioden der ausgewählten fluidischen und mechanischen Resonanzfrequenzen der Tintenstrahlvorrichtung macht.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man ferner zur Steuerung der Punktgrösse jedes einzelnen Tintentröpfchens das elekrische Signal selektiv auf «EIN» und «AUS» steuert.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode des elektrischen Signals im wesentlichen gleich der Periode der Helmholtz-Resonanzfrequenz der Tintenstrahlvorrichtung oder der Periode einer subharmonischen der Helmholtz-Frequenz ist.