DE3026768A1

DE3026768A1 - Verfahren zum antreiben eines tintenstrahldruckers

Info

Publication number: DE3026768A1
Application number: DE19803026768
Authority: DE
Inventors: Tadashi Matsuda; Tsuneo Mizuno; Shigeru Yoshikawa
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1979-07-18
Filing date: 1980-07-15
Publication date: 1981-01-22
Also published as: ES493467A0; US4491851A; JPS5615365A; CA1155334A; ES8104074A1

Description

Verfahren zum Antreiben eines Tintenstrahldruckers

Priorität: 18. Juli 1979 Japan 90447/79

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Antreiben eines Tintenstrahldruckers, der einen elektromechanischen Wandler enthält, der in Reaktion auf elektrische Impulse arbeitet, um ein Tintenstrahldrucken auf ein Medium auszuführen.

Ein bekannter Tintenstrahldrucker gemäß Fig. 1 enthält eine Druckkammer 1, in der Tinte enthalten ist, eine Tintendüse 31 die mit der Druckkammer 1 verbunden ist, um die Tinte aus der Tintendüse auszustoßen, und einen piezoelektrischen Kristall 5i der durch elektrische Antriebsimpulse betätigt wird, um die Tinte aus der Tintendüse auf ein Druckmedium 10 auszustoßen. Wenn die Tinte von der Tintendüse 3 ausgestoßen ist, bildet die ausgestoßene Tinte, die von der restlichen Tinte in der Druckkammer 1 getrennt ist, Tintentröpfchen. Die Druckkammer 1 ist mit einer (nicht dargestellten) Tintenquelle mittels eines Tintenzuführkanals 2 verbunden.

Der kreisscheibenförmige piezoelektrische Kristall 5 bildet einen elektromechanischen Wandler 4 zusammen mit einer Metallplatte 6, die fest mit dem Kristall 5 verbunden ist. Der Wandler 4 ist mit einer (nicht dargestellten) elektrischen Antriebsschaltung verbunden. Die Metallplatte 6 ist elektrisch geerdet und eine positive Spannung wird an den Kristall 5 angelegt. Wenn Antriebsiapulse mit positiver Spannung dem Kristall 5 zugeführt werden, wird der Kristall 5 mechanisch zusammengesogea, so daß die Metallplatte 6 auf die Druckkammer zu gebogen wird₈ um die Tinte in die Druckkammer 1 zu drücken«, Als Ergitais wird die (Dint β in dsr Druckkammer

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aus der Tintendüse 3 in Form von Tintentröpfchen ausgestoßen. Wenn die Spannung, die dem Kristall 5 zugeführt worden ist, abgeschaltet wird, kehrt der Kristall 5 in seine ursprüngliche Stellung zurück, was zu einer Rückführung der Metallplatte 6 in ihre ursprüngliche Stellung führt, und verringert sich der Druck der Druckkammer 1. Danach wird Tinte wieder in die Druckkammer durch den Kanal 2 durch die Kapillarkraft an der Tintendüse 3 gefüllt.

Bei der bekannten Anordnung wird ein Antriebsimpuls mit einer Wellenform, wie sie in Fig. 2(a) bis (c) dargestellt ist, an den Wandler angelegt, um diesen zu betätigen. Ein Impuls wird somit an den Wandler für einen Ausstoß von Tinte aus der Düse angelegt. Bei der bekannten Anordnung tendiert jedoch ein begleitendes Tröpfchen oder begleitende Tröpfchen 20' dazu, hinter dem Haupttintentröpfchen 20 auszutreten, siehe Fig. 3· Wenn die Tinte von der Düse 3 ausgestoßen wird, ist das vordere Ende der sich aus der Düse 3 bewegenden Tinte zuerst mit der Tinte in der Druckkammer 1 durch einen langen dünnen Schwanz 22 verbunden und wird dann von der Tinte in der Druckkammer 1 getrennt, so daß das Tintentröpfchen 20 und die begleitenden Tröpfchen 20' erzeugt werden. Die begleitenden Tröpfchen 20' haben"einen nachteiligen Einfluß auf das Aussehen der gedruckten Fläche des Mediums 10, weswegen es erstrebt wird, daß solche Tröpfchen nicht erzeugt werden.

Der lange dünne Schwanz 22, der in der Düse 3 angeordnet ist, verschiebt sich des weiteren oft aus der Mittellinie 1-1 der Düse 3 um den Abstand e aufgrund der Flächenspannung, siehe Fig. 4. Zusätzlich wird die Kuppe der Tinte oft deformiert, wenn die Düse 3 eine rauhe Fläche an der Innenseite hat oder wenn die Düse eine verschobene Mittellinie hat. Der verschobene Schwanz 22 oder die deformierte Kuppe bewirkt, daß

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das Tintentröpfchen aus der Mittellinie 1-1 der Düse verschoben wird, siehe Fig. 4-(b), so daß das verschobene Tintentröpfchen an einer falschen Druckstelle des Mediums 10 (Fig. 1) angebracht wird.

Nachdem das Tintentröpfchen von der verbleibenden Tinte in der Druckkammer 1 an dem Schwanz 22 getrennt ist, kann des weiteren Luft in die Tinte in der Druckkammer eintreten, wenn die Platte 6 in ihre ursprüngliche Stellung zurückgeführt wird, so daß Luftblasen in der Tinte erzeugt werden. Die Luftblasen verringern den Druck, der auf die Tinte in der Druckkammer 1 ausgeübt wird, da ein Teil des Drucks durch die Luftblasen, die komprimiert werden können, absorbiert wird.

Um die vorstehenden Nachteile zu vermeiden, ist ein sogenannter Stemme-Druckkopf für einen Tintenstrahldrucker bekannt geworden (JP-OS 48-9622). Dieser Druckkopf enthält eine innere Tintenkammer (d.h. Druckkammer) und eine äußere Tintenkammer. Diese Tintenkammern sind durch eine erste Düse verbunden und die äußere Tintenkammer ist auch mit einer zweiten Düse zum Ausstoßen der Tinte verbunden. Bei diesem Druckkopf wird, da die Spannkraft zum Verschieben der Tinte in der zweiten Düse auf die erste Düse zu relativ klein ist, das Tintentröpfchen von der Tinte an dem Auslaßteil der zweiten Düse getrennt, der nahe der Ausstoßöffnung der zweiten Düse angeordnet ist, was zu einer Verhinderung des Auftretens des oben erwähnten langen dünnen Schwanzes führt. Der Stemmer-Druckkopf ist jedoch aufwendig und es ist sehr schwierig, die erste und die zweite Düse auszurichten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, unter Vermeidung der vorstehenden Nachteile ein verbessertes Verfahren zum Antreiben eines Druckers zu schaffen, ohne dabei dessen Konstruktion zu verändern.

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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 . Eine Weiterbildung der Erfindung ist im Unteranspruch angegeben.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind

Pig. 1 ein Schnitt eines Druckkopfs eines Tintenstrahldruckers, bei dem die Erfindung angewendet wird, Fig. 2(a) bis (c) Darstellungen von verschiedenen Wellenformen bekannter Antriebsimpulse, die dem Drucker zugeführt werden,

Fig. 3(a) bis (e) Ansichten von herkömmlichen aufeinanderfolgenden Ausstoßschritten der Tinte, Fig. 4(a) und (b) Ansichten von aufeinanderfolgenden Schritten der Bildung eines abgesetzten Tintentröpfchens,

Fig. 5(a) bis (d) Darstellungen von verschiedenen Wellenformen von Impulsen, die bei der Erfindung verwendet werden,

Fig. 6(a) bis (d) Ansichten von aufeinanderfolgenden

Schritten der Bildung eines Tintentröpfchens nach der Erfindung,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines Beispiels einer elektrischen Schaltung, die Antriebsimpulse

mit Wellenformen erseugt, wie sie in Fig. 5(a) bis (d) dargestellt sind,
Fig. 8 Darstellungen von Impulsen, die durch die in Fig. 7 gezeigte Schaltung erzeugt werden, Fig. 9 VersuehsergebnissQ aQr Erfindung zum Bestimmen

von optimalen Spitzenwerten der Antriebsimpulse, Fig. 10 ein Schnitt eines BmicEkopfs für einen Tintenstrahldrucker, d®r für die ¥@rsueh© verwendet wurde, die aus i?aeiu-?Qis dar technischen Vort®ile der Erfindung ausgeführt wurden,

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Pig. 11A und B Darstellungen von Antriebsimpulsen nach, dem Stand der Technik und der Erfindung und

Fig. 12A und B photographisehe Darstellungen von Versuchsergebnissen der aufeinanderfolgenden Schritte zur Bildung des Tintentröpfchens nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung.

Gemäß der Erfindung werden zwei aufeinanderfolgende Impulse dem Wandler 4· (Fig. 1) zugeführt, bevor das Tintentröpfchen von der Tinte in der Druckkammer 1 getrennt wird, so daß der piezoelektrische Kristall 5 (Fig. 1) zwei aufeinanderfolgenden mechanischen Kontraktionen unterworfen wird. Diese beiden Impulse sind in Fig. 5(a) bis (d) dargestellt. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß die Wellenformen der beiden Impulse nicht auf diejenigen der Fig. 5(a) bis (d) beschränkt sind.

Durch Anlegen der beiden aufeinanderfolgenden Impulse an den Wandler 4- wird der Tintenschwanz, der bestrebt ist, sich in die Düse 3 zu verschieben, ausgestoßen.

Der zweite Impuls führt somit zu einem zusätzlichen Druck, der auf die Tinte ausgeübt wird, so daß der Schwanz 22 (Fig. 6) aus der Düse 3 ausgestoßen wird. Somit wird kein begleitendes Tröpfchen erzeugt und es tritt keine versetzte Anordnung des Tintentröpfchens auf, siehe Fig. 6(a) bis (d).

Der Abstand zwischen «rei Einschnürungen des piezoelektrischen Kristalls 5 (Fig· Ό hängt von der Konstruktion des zu verwendenden Druckkopfs und von den physikalischen und chemischen Eigenschaften der zu verwendenden Tinte ab. Es ist experimentell bestätigt worden, daß ein optimaler Abstand im allgemeinen in dem Bereich, von 20 bis 1000 axs liegt. Es ist des weiteren experimentell festgestellt worden, daß der Spitzenwert des zweiten Impulses vorzugsweise kleiner als der des ersten Impulses ist.

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-f.

Pig. 7 zeigt ein Beispiel einer elektrischen Schaltung, die zwei aufeinanderfolgende Impulse erzeugen kann, wie sie in Fig. 5(&) bis (d) dargestellt sind. Wenn ein Drucksignal S1, siehe Fig. 8, an einen Anschluß T1 angelegt wird, wird das Signal S1 einem monostabilen Multivibratorkreis 0ΓΊ1 und auch einem weiteren monostabilen MuItivibratorkreis 0ΓΊ2 über einen Verzögerungskreis DL zugeführt. Der Verzögerungskreis DL gibt ein verzögerteS₁ Signal S3, siehe Fig. 8, an den MuItivibratorkreis 0M2. Als Ergebnis wird ein Ausgangs signal S4-des Multivibratorkreises 0M2 um eine Verzögerungszeit Γ (Fig. 8) in bezug auf ein Ausgangssignal S2 des Multivibratorkreises 0M1 verzögert. Die Signale S2 und S4-werden durch einen Operationsverstärker OP verstärkt.

Ein Ausgangssignal S5 des Operationsverstärkers OP wird durch einen Inverter INV umgekehrt und ein auf diese Weise erhaltenes Antriebssignal S6 wird einem Anschluß T2 und dann dem Wandler 4- zugeführt. Auf diese Weise kann ein Antriebssignal, das aus den beiden aufeinanderfolgenden Impulsen besteht und mit S6 in Fig. 8 bezeichnet ist, erzeugt werden.

Zwei variable Widerstände VR1 und VH2 steuern jeweils die Spitzenwerte des ersten und des zweiten Impulses des Signals S6. Der Spitzenwert des ersten Impulses des Signals S6 ist so groß, daß das Tintentröpfchen aus der Düse ausgestoßen wird, und der Spitzenwert des zweiten Impulses des Signals S6 ist so groß, daß kein begleitendes Tröpfchen erzeugt wird.

Die in Fig. 9 gezeigten Versuche wurden unter Verwendung des in Fig. 10 gezeigten Druckkopfs ausgeführt. Gemäß Fig. 10 enthält der Kopf ringförmige piezoelektrische Kristalle 5' anstelle des kreisförmigen Kristalls 5 in Fig. 1 und die in Fig. 1 gezeigte Metallplatte 6 ist nicht vorgesehen. Druckkammern 1¹ sind in den ringförmigen Kristallen 5' gebildet und mit Düsen 3¹ mittels Verbindungskanälen 12 verbunden. Der in Fig. 10

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•2-

dargestellte Druckkopf hat acht Düsen 3'i "von denen nur eine dargestellt ist, und acht Kristalle 5'₅ von denen nur einer dargestellt ist. 14- bezeichnet eine gemeinsame Tintenkammer, die mit den Druckkammern 1' mittels Zuführungskanälen 13» von denen nur einer gezeigt ist, verbunden ist. Die Tintenkammer 14 ist mit einem (nicht dargestellten) Tintenbehälter mittels einer Leitung 2¹ verbunden. Die Abmessungen und das Material der Teile 3¹ » 12, 5¹ und 13, die bei den Versuchen verwendet wurden, sind in der Tablle angegeben.

Tabelle
Teil Abmessungen

Düse 3' Durchmesser D1 =» 60/Um fi

Länge L1 » 100/Um Material : SUS 304-

Verbindungs- Breite W1 » 0,4 mm

kanal 12 Tiefe H1 = 0,2 mm (nicht dar

gestellt) Länge L2 = 10 mm

piezoelektrischer äußerer Durchmesser D2 « 2 mm fi Kristall 5' innerer Durchmesser D3 = 1,5 nun tf

	Länge	W2 *	0	L3 «	11 mm
	Material	H2 = IA -	0 20	a * ·	HEPEC 21
Zuführungs-	Breite		,2 mm
kanal 13	Tiefe Lance		,1 mm mm	(nicht dar gestellt)

Bei den Versuchen wurde destilliertes Wasser anstelle von Tinte verwendet. Die Temperatur und Feuchtigkeit der Atmosphäre betrugen jeweils 21⁰C und 4-7%.

Die dem Wandler 4-¹ zugeführten Antriebsimpulse sind in Fig. 11B dargestellt. Die Spitzenwerte des ersten und des zweiten Impulses P1 und P2 betrugen Jewtile 60 und 4-5 V. Die Anstiegszeitkonstanten der beiden

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Impulse waren beide 5 /US. Die Verzögerungszeit i (Fig. 8) betrug 20 /US.

In Fig. 9 bezeichnen die vertikale Achse V1 und die horizontale Achse V2 die Spitzenwerte jeweils des ersten Impulses und des zweiten Impulses. Der Bereich A1 ist ein Nichttintentröpfchenbereich, in dem keine Tinte aus der Düse ausgestoßen wurde und in dem demgemäß kein Druck ausgeführt wurde. Der Bereich A2 ist ein nicht-begleitendes-Tröpfchen-Bereich, in dem kein begleitendes Tröpfchen erzeugt wurde. Der Bereich A3 ist ein schnell-begleitendes-Tröpfchen-Bereich, in dem, obwohl ein begleitendes Tröpfchen (oder mehrere Tröpfchen) erzeugt wurde, das Tröpfchen mit einem Tintentröpfchen kollidiert ist, das sich vor dem begleitenden Tröpfchen (oder den Tröpfchen) bewegt hat, so daß das begleitende Tröpfchen (oder die Tröpfchen) in dem Haupttintentröpfchen absorbiert wurde, bevor das Tintentröpfchen das Druckmedium erreicht hat. Der Bereich A4 ist ein begleitendes-Tröpfchen-Bereich, in dem ein begleitendes Tröpfchen (oder mehrere Tröpfchen) erzeugt wurde.

Nur der nicht-begleitendes-Tröpfchen-Bereich A2 und der schnell-begleitendea-Tröpfchen-Bereich A3 können verwendet werden, um die Aufgabe der Erfindung zu lösen. Demgemäß werden Y1 und V2 so ausgewählt, daß sie innerhalb des Bereichs A2 oder A3 liegen. Da die Hauptteile der Bereiche A2 und A3 oberhalb einer Linie angeordnet sind, die durch die Gleichung V1 ■ V2 gegeben ist, werden V1 und V2 vorzugsweise so ausgewählt, daß V1 größer als V2 ist (V1 > V2).

Je größer die Geschwindigkeit des Tintentröpfchens ist, desto besser ist die Qualität der gedruckten Fläche des Druckmediums, jedoch wird die Möglichkeit der Erzeugung eines begleitenden Tröpfchens größer. Aus

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•/ίο·

den Versuchen hat sich auch ergeben, daß gemäß der Erfindung die Spannung der Antriebsimpulse über die Spannung erhöht werden kann, die beim Stand der Technik verwendet wird, ohne daß ein begleitendes Tröpfchen erzeugt wird. Die in Klammern gesetzten Zahlen 2.8, 3.3, 3.7, 4.1, 4.3 und 4.5 in Fig. 9 sind Geschwindigkeiten (m/s) der Tintentröpfchen.

Fig. 12A wurde während eines Versuchs erhalten, bei dem derselbe Tintenkopf wie in Fig. 10 verwendet wurde und ein einzelner der in Fig. 11A gezeigten Antriebsimpulse dem Wandler zugeführt wurde. Aus Fig. 12A und 12B ergibt sich, daß bei» Stand der Technik begleitende Tröpfchen erzeugt werden, während kein begleitendes Tröpfchen unter Verwendung der Erfindung erzeugt wird.

Da kein langer dünner Schwanz 22 (Fig. 3) in der Düse vorhanden ist, kann des weiteren gemäß der Erfindung das Tintentröpfchen längs und auf der Mittellinie der Düse ausgestoßen werden.

Gemäß der Erfindung können, da di· Ausstoßgeschwindigkeit des Tintentröpfchene erhöht werden kann, Druckerzeugnisse mit hoher Qualität erhalten werden.

Die Erfindung ist bei jeder Art eines Druckkopfs mit Tropfenanforderung anwendbar.

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Zusammenfassung " M'

Bei einem Verfahren zum Antreiben eines Tintenstrahldruckers, der einen elektromechanischen Wandler enthält, der durch elektrische Impulse betätigt wird, um die Tinte aus einer Tintendüse auszustoßen, die mit der Druckkammer verbunden ist, werden zwei aufeinanderfolgende elektrische Impulse dem Wandler zugeführt, bevor die ausgestoßene Tinte von der verbleibenden Tinte in der Druckkammer getrennt wird.

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Claims

REINLÄNDER & BERNHARDT 6/4-27 Orthstraße 12 D-8000 München FUJITSU LIMITED No.1015» Kamikodanaka Nakahara-ku, Kawasaki-shi Kanagawa 211, Japan Patentansprüche

1.) Verfahren zum Antreiben eines Tintenstrahldruckers

einer Tinte enthaltenden Druckkammer, mit einer mit der Druckkammer verbundenen Tintendüse zum Ausstoßen der Tinte aus der Tintendüse und mit einem elektromechanischen Wandler, der durch elektrische Impulse betätigt wird, um die Tinte aus der Düse auszustoßen, wodurch ein Tintentröpfchen auf ein zu druckendes Medium aufgebracht wird,

dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinanderfolgende elektrische Impulse dem Wandler augeführt werden, bevor das Tintentröpfchen von der verbleibenden Tinte in der Druckkammer getrennt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste elektrische Impuls ©iaen Jaöhersn Spitzenwert als der awsite elektrische iHpuls hat»

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