DE3782762T2 - Raeumliche stabilisierung von stehenden kapillaroberflaechenwellen. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer stehenden Kapillarwelle auf einer freien Oberfläche eines Flüssigkeitsvolumens, wobei die Kapillarwelle eine periodische Wellenstruktur mit Bergen und Tälern hat. Die Erfindung kann zum Beispiel in Flüssigtinten-Druckern mit stehender Kapillaroberflächenwelle eingesetzt werden, bei denen Tintentröpfchen von selektierten Bergen der Kapillarwelle auf Befehl ausgestoßen werden.
• Tintenstrahldrucken hat den Vorteil, daß es ein direktes Auftragverfahren für unbeschichtetes Papier ist. Jedoch ist das Verfahren bisher, zumindest teilweise, nur langsam ausgereift, da die meisten Tintenstrahldruckköpfe mit "kontinuierlichem Strom" und "Tropfen auf Befehl" Düsen haben. Qbwohl Schritte unternommen worden sind, um die Herstellungskosten dieser Düsen zu verringern und ihre Zuverlässigkeit zu erhöhen, lehrt die Erfahrung, daß die Düsen auch weiterhin ein erhebliches Hindernis bei der Entfaltung der vollen Leistungsfähigkeit dieses Verfahrens sein werden.
• Düsenlose Tintendruckköpfe sind vorgeschlagen worden, um die Nachteile des herkömmlichen Tintenstrahldruckens hinsichtlich der Kosten und der Zuverlässigkeit zu umgehen und gleichzeitig die Fähigkeit zum direkten Auftrag zu bewahren, siehe z.B. US-A- 4,308,547 und siehe auch die gleichlaufende EP-A-0 216 598 der Anmeldenden, die ein Dokument im Sinne von Artikel 54(3) EPC ist.
• Kapillaroberflächenwellen (nämlich die Wellen, die auf der Oberfläche einer Flüssigkeit unter Bedingungen wandern, bei denen die Oberflächenspannung der Flüssigkeit ein vorherrschender Faktor ist, so daß die Auswirkung von Gravitationskräften auf das Wellenverhalten vernachlässigt werden kann) sind wegen ihrer Periodizität und ihrer relativ kurzen Wellenlängen interessant für düsenloses Flüssigtintendrucken und ähnliche Anwendungen. Als praktische Richtlinie kann gelten, daß auf Oberflächenwellen mit einer Wellenlänge von weniger als 1 cm Gravitationskräfte im allgemeinen keine Auswirkung haben, da die aus der Oberflächenspannung entstehenden Kräfte gegenüber den Gravitationskräften überwiegen. Somit umfaßt der Ortsfrequenzbereich, in dem Kapillarwellen existieren, den Auflösungsbereich, innerhalb dessen anschlagsfreie Drucker normalerweise arbeiten, und reicht weit darüber hinaus. Zur Erleichterung der Entwicklung von Kapillarwellendruckern beschreibt die gleichlaufende EP-A-0243117 (veröffentlicht am 28.10.1987) Verfahren und Einrichtungen zur räumlichen Adressierung einzelner Berge von Kapillarwellen mit denen Flüssigkeitstropfen (z.B. Tinte) von ausgewählten Bergen der Welle auf Befehl ausgestoßen werden können.
• Wie bekannt ist, wird eine Kapillarwelle erzeugt, indem die freie Oberfläche eines Flüssigkeitsvolumens mit einer ausreichend hohen Erregerfreguenz ωe mechanisch, elektrisch, akustisch, thermisch, pneumatisch oder auf andere Weise gestört wird. Wenn die Amplitude dieses oszillierenden Druckes einen kritischen "Einsatz-"Amplitudenpegel erreicht oder überschreitet, werden auf der freien Oberfläche der Flüssigkeit eine oder mehrere stehende Kapillarwellen erzeugt. Derartige Wellen werden durch eine parametrische Erregung der Flüssigkeit hervorgerufen, so daß ihre Frequenz ωsc gleich der Hälfte der Erregerfreguenz ist (d.h. ωsc = ωe/2). Der entsprechende parametrische Prozeß wird in der veröffentlichten Literatur unter Bezug auf eine Vielzahl von Flüssigkeiten und ein großes Spektrum von Betriebsbedingungen sehr ausführlich beschrieben, siehe, z.B., Eisenmenger, W. "Dynamic Properties of the Surface Tension of Water and Aeguous Solutions of Surface Active Agents with Standing Capillary Waves in the Frequency Range from 10kc/s to 1,5Mc/s", Acustica, Vol. 9, 1959, s 327-340.
• Obwohl die physikalischen Einzelheiten von stehenden Kapillarwellen außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen, ist anzumerken, daß sie periodisch und bei niedrigeren Amplituden im allgemeinen sinusförmig sind und ihre Periodizität bewahren, jedoch nicht-sinusförmig werden, wenn die Amplitude erhöht wird. Wie weiter unten ausführlicher erörtert wird, wird das Drucken durch die Arbeit im oberen Amplitudenbereich erleichtert, wo die Wellen relativ hohe, schmale Berge haben, die sich mit relativ flachen, breiten Tälern abwechseln.
• Stehende Kapillarwellen sind in der Vergangenheit angewendet worden, um mehr oder weniger willkürlich Tröpfchen aus mit Flüssigkeit gefüllten Behältern auszustoßen. So werden z.B. medizinische Inhalationsflüssigkeiten manchmal mit Zerstäubern verabreicht, die stehende Wellen mit ausreichender Amplitude und damit einen sehr feinen Nebel erzeugen, der als "Ultraschall- Nebel" bekannt ist, siehe Boucher, R.M.G. und Krueter, J., "The Fundamentals of the Ultrasonic Atomization of Medicated Solutions", Annals of Allergy, Vol. 26, November 1968, S. 591 - 600. Jedoch erzeugen stehende Wellen nicht zwangsläufig einen Ultraschall-Nebel. Eisenmenger, supra S. 335, stellt sogar fest, daß die für den Einsatz von Ultraschall-Nebel erforderliche Erregeramplitude viermal so hoch ist, wie die für den Einsatz einer stehenden Kapillarwelle erforderliche Erregeramplitude, so daß ein großer Toleranzbereich zur Erzeugung einer stehenden Welle ohne Erzeugung eines Ultraschall-Nebels besteht.
• In DE-3 211 345 wird ein piezoelektrischer Wellenerzeuger zur Erzeugung einer stehenden Kapillarwelle auf einer freien Oberfläche eines Flüssigkeitsvolumens beschrieben. Durch das Anlegen elektrischer Impulse an hinter einem zu bedruckenden Medium befindliche Elektroden brechen Tröpfchen vom Berg der Welle los.
• In JP-A-61 64 456 wird eine Einrichtung beschrieben, in der an eine Anordnung von Elektroden längere Impulse negativer Polarität angelegt werden, um eine stehende Welle auf einer Flüssigkeitsoberfläche zu erzeugen, und kürzere Impulse positiver Polarität größerer Größe, um Tintentröpfchen von der Oberfläche der Flüssigkeit zu stoßen.
• Es ist klar, daß es grundlegende Steuerungsprobleme gibt, die überwunden werden müssen, um einen Kapillaroberflächenwellen Drucker zu schaffen. Im Unterschied zum nicht-selektiven Verhalten bekannter Kapillarwellen-Tröpfchen-Ausstoßvorrichtungen wie der erwähnten Zerstäuber erfordert das Drucken eines zweidimensionalen Bildes auf ein Schreibmedium erhebliche Steuerung der räumlichen Beziehung der einzelnen Tröpfchen, die zur Erzeugung des Bildes auf das Schreibmedium aufgetragen werden. Bei einem Zeilendrucker, zum Beispiel, kann dieses Steuerungsproblem als eine Kombination aus der räumlichen Steuerungskomponente entlang der tangentialen oder der "Zeilendruck-"Achse des Druckers und der zeitlichen Steuerungskomponente entlang seiner sagittalen oder "Querstrich-"Achse gesehen werden.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Problem zu lösen.
• Die Erfindung schafft demgemäß eine Vorrichtung zur Erzeugung einer stehenden Kapillarwelle, die gekennzeichnet ist durch eine separate Einrichtung zur Stabilisierung der stehenden Welle, die Mittel umfaßt, die mit Abstand voneinander entlang einer Fläche der Vorrichtung an die Kapillarwelle angrenzend angeordnet sind und die freie Oberfläche entlang einer senkrecht zur Wellenstruktur liegenden Achse bei einer Ortsfrequenz, die der Ortsfrequenz der Kapillarwelle oder der einer Subharmonischen von ihr gleich ist, räumlich modulieren, und so bewirken, daß sich die Berge der stehenden Welle vorrangig an vorgegebenen räumlichen Punkten entlang der Achse ausrichten.
• Somit schafft die vorliegende Erfindung räumlich stabile stehende Kapillaroberflächenwellen an festen und wiederholbaren räumlichen Positionen bezüglich feststehender äußerer Bezugspunkte.
• Mehr oder weniger herkömmliche Mittel können zur Erregung einer derartigen Welle auf der freien Oberfläche eines Füssigkeitsvolumens eingesetzt werden. Hält man sich jedoch an die vorliegende Erfindung, werden die Wellenausbreitungseigenschaften der freien Flüssigkeitsoberfläche auf räumlich stabile Art bei einer Frequenz, die der Ortsfrequenz der stehenden Welle oder der einer Subharmonischen von ihr gleich ist, periodisch variiert, wodurch die Berge und Täler der stehenden Welle an vorgegebenen räumlichen Positionen synchronisiert werden. Eine räumlich periodische Anordnung von Kerben in einer Wand oder einer Grundplatte, die die freie Flüssigkeitsoberfläche begrenzt, kann eingesetzt werden, um die Wellenausbreitungseigenschaften bei einer geeigneten Ortsfrequenz zu modulieren. Es können auch sich frei ausbreitende sekundäre Kapillarwellen von räumlich periodischen Positionen entlang der freien Füssigkeitsoberfläche ausgelöst werden, um ihre Wellenausbreitungseigenschaften bei der gewünschten Ortsfrequenz aktiv zu modulieren.
• Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei:
• Fig. 1 eine vereinfachte und teilweise Schnittansicht eines mehr oder weniger herkömmlichen Ultraschall-Schwingungserzeugers zur Erzeugung stehender Kapillaroberflächenwellen ist;
• Fig. 2 eine vereinfachte Teildraufsicht eines Kapillarwellen- Druckkopfes ist, der gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung gebaut ist;
• Fig. 3 ein teilweiser Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 ist, der schematisch einen, den in Fig. 2 gezeigten Druckkopf umfassenden, Drucker veranschaulicht;
• Fig. 4 ein weiterer teilweiser Schnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 2 zur zusätzlichen Darstellung des Druckkopfes ist;
• Fig. 5 ein weiterer teilweiser Schnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 2 ist;
• Fig. 6 eine vereinfachte isometrische Ansicht einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig. 7 eine vergrößerte isometrische Teilansicht des Wellenstabilisierungsmechanismus für den in Fig. 6 dargestellten Druckkopf ist;
• Fig. 8 eine vereinfachte isometrische Teilansicht eines Druckkopfes ist, der gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung gebaut ist;
• Fig. 9 eine vergrößerte Teilansicht der parallelgeschalteten Elektroden ist, die im Wellenstabilisierungsmechanismus für den in Fig. 8 dargestellten Druckkopf verwendet werden; und
• Fig. 10 eine vereinfachte isometrische Teilansicht eines Druckkopfes mit einem quer angebrachten Wellenstabilisierungs mechanismus ist.
• Die Zeichnungen, und hier vor allem Fig. 1, zeigen einen im wesentlichen herkömmlichen Erzeuger für stehende Kapillaroberflächenwellen 41, der eine HF- oder nahezu HF-Spannungsquelle 43 zur Steuerung eines in ein Flüssigkeitsbecken 24 gesenkten piezoelektrischen Wandlers 42 mit einer vorgegebenen Erregerfreguenz ωe umfaßt. Die Spitze-zu-Spitze-Ausgangsspannungsschwankung der Spannungsquelle 43 wird so gewählt, daß der Wandler die freie Oberfläche 23 der Flüssigkeit 24 mit einer Ultraschall- Druckwelle 44 bestrahlt, die eine im wesentlichen konstante Wechselspannungsamplitude hat, die wenigstens dem kritischen "Einsatz-" oder Schwellenwert zur Erzeugung einer stehenden Kapillaroberflächenwelle 45 auf der Oberfläche 23 gleich ist. Zu Druck- und ähnlichen Zwecken liegt die Amplitude der Druckwelle 44 vorteilhafterweise weit über dem kritischen Schwellenwert für den Einsatz einer stehenden Welle, aber noch unter dem Grenzwert für die Ausstoßung von Tröpfchen. Mit anderen Worten, die Kapillarwelle 45 wird vorzugsweise auf einen "Einsatz-" Energiepegel erregt, der leicht unterhalb der Entstabilisierungsschwelle der Flüssigkeit 24 liegt, wodurch der Betrag der zur Freisetzung von Tröpfchen von den Bergen der Welle 45 zusätzlich benötigten Energie verringert wird. Wie zu sehen ist, kann die Druckwelle 44, wie dargestellt, eine unbeschränkte Planwelle sein, oder sie kann, wie in den weiter unten erörterten Ausführungen, beschränkt sein. Eine unbeschränkte Druckwelle 44 wird die freie Oberfläche 23 der Flüssigkeit 24 in einem Bereich, dessen Länge einem Bereich, dessen Länge und Breite mit der des Wandlers 42 vergleichbar sind, mehr oder weniger einheitlich bestrahlen.
• Fig. 2 - 5 zeigen einen Zeilendrucker 51 (nur in wesentlichen Teilen dargestellt) mit einem Flüssigtinten-DruckkoPf 52 zum Drucken eines Bildes auf ein geeignetes Schreibmedium 53, wie ein Blatt oder eine Rolle unbeschichteten Papiers. Der Druckkopf 52 erstreckt sich, wie bei anderen Zeilendruckern, im wesentlichen über die gesamte Breite des Schreibmediums 53, das seinerseits während des Betriebes (von einer nicht dargestellten Einrichtung), wie durch den Pfeil 54 (Fig. 3) angedeutet, in Bezug auf den Druckkopf 52 in rechtwinkliger oder Querstrich-Richtung transportiert wird. Der Aufbau des Druckers 51 schränkt die Anordnung und die Funktion seines Druckkopfes 52 ein, es ist also zu berücksichtigen, daß der Drucker 51 nur ein Anwendungsbeispiel darstellt, bei dem die Anwendung der Merkmale der vorliegenden Erfindung von erheblichem Vorteil ist. Es wird zunehmend ersichtlich werden, daß die weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht auf das Drucken oder gar auf spezielle Druckerbauarten beschränkt sind.
• Der Druckkopf 52 umfaßt, wie dargestellt, einen Wellenerzeuger 61, der eine stehende Kapillaroberflächenwelle 62 auf der freien Oberfläche 23 eines Behälters mit flüssiger Tinte 24 erzeugt, sowie einen Adressiermechanismus 63 zur gesonderten Adressierung der Berge 64 der Kapillarwelle 62, der von der Steuereinrichtung 65 gesteuert wird. Der Wellenerzeuger 61 erregt die Kapillarwelle 62 auf einen unterhalb des Schwellenwertes liegenden Amplitudenpegel, wie den oben beschriebenen "Einsatz-"Amplitudenpegel, so daß die Oberfläche 23 die Welle 62 trägt, ohne von ihr entstabilisiert zu werden. Der Adressiermechanismus 63 seinerseits entstabilisiert selektiv einen oder mehrere der Berge 64 der Welle 62 und setzt auf Befehl Tintentröpfchen (wie in Fig. 3 bei 56 dargestellt) aus ihnen frei. Um das zu erreichen, erhöht der Adressiermechanismus 63 in geeigneter Weise die Amplitude jedes selektierten Berges 64 auf einen Wert, der über dem Enstabilisierungsgrenzwert der Tinte 24 liegt. Wie zu sehen ist, können die selektierten Berge 64 seriell oder parallel adressiert werden, obwohl beim Zeilendrucken paralleles Adressieren vorgezogen wird.
• Beim Zeilendrucken ist die Kapillarwelle 62 auf einen schmalen, tangential gedehnten Kanal 65 beschränkt, der sich im wesentlich über die gesamte Breite oder Querausdehnung des Schreibmediums 53 erstreckt. Die sagittale Ausdehnung oder Breite des Kanals 65 ist schmal genug (d.h. ungefähr die Hälfte der Wellenlänge λc der Kapillarwelle 62), um unerwünschte Oberflächenwellen (nicht abgebildet) zu unterdrücken, so daß die Welle 62 die einzige Oberflächenwelle mit entscheidender Amplitude im Kanal 65 ist. Die freie Oberfläche 23 der Tinte 24 kann zum Beispiel, wie dargestellt, mechanisch durch einen Schalltrichter 66 begrenzt werden, der eine schmale, längliche Öffnung 67 zur Abgrenzung des Kanals 65 hat. Um die Kapillarwelle 62 zusätzlich auf den Kanal 65 zu begrenzen, laufen der obere vordere und der hintere äußere Rand 68 bzw. 69 des Trichters 66 an seiner Öffnung 67 wünschenswerterweise in scharfen Kanten aus und sind mit wasserabweisender oder ölabweisender Substanz beschichtet oder anderweitig behandelt, um die Benetzung durch die Tinte 24 zu verringern. Wahlweise könnte auch ein massiver Schalltrichter (nicht abgebildet) eingesetzt werden, um die Kapillarwelle 62 auf den Kanal 65 zu begrenzen, siehe obenerwähnte US-A-4 308 547.
• Zur Erzeugung der stehenden Kapillarwelle 62 umfaßt der Wellenerzeuger 61 einen länglichen piezoelektrischen Wandler 71, der akustisch mit dem Behälter der Tinte 24 gekoppelt ist, indem er beispielsweise ungefähr an der Basis des Trichters 66 darin eingesenkt ist. Eine HF- oder nahezu HF-Spannungsguelle 72 steuert den Wandler 71 und erzeugt im wesentlichen über seine gesamte Breite ein relativ einheitliches akustisches Feld. Die Ausgangsfreguenz der Spannungsguelle 72 wird so gewählt, daß durch sie die Wellenlänge λc der stehenden Welle 62 (oder einer Subharmonischen von ihr) annähernd das Zweifache der gewünschten Mittenverschiebung oder des Mittenabstandes p benachbarter Pixels des gedruckten Bildes (d.h. p = λc/2N, wobei N eine positive ganze Zahl ist) ist. Charakteristischerweise ist der Wandler 71 erheblich breiter als die Öffnung 67 des Trichters 66. Der Trichter 66 ist somit aus einem Material hergestellt, das eine erheblich höhere Schallimpendanz als die Tinte 24 hat, und er ist so gebaut, daß sich die vordere und die rückwärtige Seitenwand 73 bzw. 74 allmählich aufeinander zu verjüngen und die vom Wandler 71 gelieferte akustische Energie bei der Annäherung an die freie Oberfläche 23 der Tinte 24 konzentrieren.
• Vorteilhafterweise arbeitet der Wandler 71 trotz seines relativ großen Bestrahlungsbereiches ohne erhebliche innere Biegung und erhöht dadurch die räumliche Einheitlichkeit des von ihm erzeugten akustischen Feldes. Zu diesem Zweck umfaßt der Wandler 71 geeigneterweise, wie in Fig. 3 - 5 dargestellt, eine zweidimensionale flächige Anordnung dicht gepackter, mechanisch unabhängiger, vertikal gepolter piezoelektrischer Elemente 75aa - 75ij, wie etwa keramische PZT-Elemente, die zwischen zwei einander gegenüberliegenden dünnen Elektroden 76 und 77 eingeschlossen sind und von ihnen begrenzt werden. Die Spannungsquelle ist über die Elektroden 76 und 77 gekoppelt und erregt die piezoelektrischen Elemente 75aa - 75ij zusammen, die Oberfläche der einzelnen Elemente 75aa - 75ij ist jedoch so gering, daß es bei keinem von ihnen zu erwähnenswerter innerer Biegung kommt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine zuverlässige und wiederholte Stabilisierung der Längswellenstruktur (d.h. der Berge und Täler) der stehenden Welle 62 in einer festen räumlichen Position längs des Druckkopfes 52 gewährleistet, so daß keine nennenswerte Bewegung ihrer Berge 64 quer zum Schreibmedium 53 in Abhängigkeit von der Zeit auftritt. Um das zu erreichen, werden die Wellenausbreitungseigenschaften der freien Oberfläche 23 der Tinte 24 periodisch auf räumlich stabile Art entlang der Längsseite des Druckkopfes 52 bei einer Frequenz, die der Ortsfrequenz der Kapillarwelle 62 oder der einer Subharmonischen von ihr gleich ist, variiert. So kann zum Beispiel geeigneterweise ein manschettenartiger Einsatz 81 (Fig. 3) verwendet werden, der die Öffnung 67 des Trichters 66 bildet, und eine periodische Anordnung von allgemein Senkrechten Kerben 82 wird in die vordere innere Seitenwand 83 der Nanschette 81 eingeätzt oder anderweitig geschnitten, wobei dies an Punkten geschieht, die so gewählt sind, daß die sich Berge 64 der Kapillarwelle 62 vorrangig nach den Kerben 82 ausrichten. Vorteilhafterweise werden die Kerben 82 photolithografisch ausgeformt, siehe Bean, K.E., "Anisotropic Etching of Silicon", IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-25, No. 10, Oktober 1978, S. 1158-1193.
• Der Adressiermechanismus 63 kann eine Einzelvorrichtung sein oder ein Abtaster, der Tröpfchen 66 (Fig. 3) aus einem oder mehreren selektierten Bergen 64 der Kapillarwelle 62 freisetzt, indem entweder die Oberflächenspannung der Flüssigkeit innerhalb der selektierten Berge 64 durch selektives Erhitzen oder Besprühen mit Ionen verringert wird, oder indem die Amplitude ausreichend erhöht wird, um sie zu entstabilisieren. Der Adressiermechanismus 63 umfaßt beispielsweise, wie in Fig. 2 - 5 dargestellt, eine Einzelanordnung von Adressierelektroden 85, die in den Wellenstabilisierungskerben 82 angeordnet und so nach den Bergen 64 der Welle 62 ausgerichtet sind, sowie eine Gegenelektrode 86, die von der gegenüberliegenden inneren Seitenwand der Manschette 81 gehalten wird. Einer der Vorteile des Vorhandenseins der Manschette 81 des Trichters 66 ist, daß zur Beschichtung der Adressierelektroden 85 und der Gegenelektrode 86 an den vorderen und rückwärtigen Seitenwänden völlig herkömmliche Verfahren eingesetzt werden können. Wie zu sehen ist, sind die Adressierelektroden 85 und ihre Gegenelektrode 86 relativ flach in die Tinte 24 eingesenkt.
• Ein Druckkopf 90 mit einem aktiven Mechanismus 91 zur räumlichen Stabilisierung der Wellenstruktur der stehenden Kapillarwelle 62 und zur selektiven Adressierung ihrer einzelnen Berge 64 ist in Fig. 6 und 7 dargestellt. Bei dieser Ausführung werden beide Funktionen durch eine Anordnung einzelner, schneller Widerstandsheizelemente 92, die flach in die Tinte 24 eingesenkt und an Punkten mit allgemein gleichem Abstand längs der Kapillarwelle 62 ausgerichtet sind, ausgeführt. Die Heizelemente 92 können beispielsweise Widerstandsheizelemente mit kurzer Anstiegs- und Abfallzeit sein, wie sie in sogenannten "bubble-jet"-Geräten eingesetzt werden, und können an der inneren Seitenwand des Druckkopfes 90 befestigt sein. Die Mittenverschiebung der Heizelemente 92 wird so gewählt, daß sie der Hälfte der Wellenlänge der Kapillarwelle 62 (d.h. λc/2) oder einem ganzzahligen Vielfachen von ihr entspricht, so daß die Steuereinrichtung 93: 1. die Heizelemente 92 räumlich nach der Ortsfreguenz der Kapillarwelle 62 oder der einer Subharmonischen von ihr modulieren kann, und 2. die Heizelemente 92 in Abhängigkeit von der Zeit selektiv modulieren kann, wodurch sie einzeln selektierte Berge 64 der Kapillarwelle 62 adressieren. Sich frei ausbreitende Kapillarwellen (weiter oben "sekundäre" Wellen genannt) werden von den modulierten Heizelemente 92 aufgrund der räumlich begrenzten Ausdehnung und Kontraktion der Tinte 24 ausgesandt. Als Folge variiert die räumliche Modulation der Heizelemente 92 periodisch die Wellenausbreitungseigenschaften der freien Oberfläche 23 der Tinte 24 bei einer geeigneten Ortsfreguenz, wodurch sich die Berge 64 der Kapillarwelle 62 vorzugsweise in fester räumlicher Position in Bezug auf die Heizelemente 92 ausrichten.
• Verschiedene andere Möglichkeiten der räumlichen Adressierung selektierte Berge 64 der Kapillarwelle 62 und/oder der räumlichen Stabilisierung ihrer Wellenstruktur liegen auf der Hand. Fig. 8 und 9 zeigen beispielsweise einen Druckkopf 95 mit mehreren parallelgeschalteten einzelnen Adressierelektroden 96 und Horizontal-Elektroden 97, die an der inneren Seitenwand 97 des Schalltrichters 98 angeordnet oder anderweitig befestigt sind. Der Druckkopf 95 verwendet die Funktionsprinzipien des in Fig. 2 - 5 dargestellten Adressiermechanismus 63 zur Adressierung selektierter Berge 64 der Welle 62, seine einzelnen Adressierelektroden 96 jedoch sind auch räumlich moduliert und stabilisieren, wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 6 und 7 beschrieben, räumlich die Struktur der Kapillarwelle 62 in Bezug auf die Adressierelektroden 96.
• Fig. 10 zeigt eine weitere mögliche Alternative, wo elektrische oder thermische Einzeladressier-/Wellenstabilisierungselemente 101 für einen Druckkopf von einer geeigneten Unterlage, wie zum Beispiel einer dünnen Schicht 103 aus Mylar , quer ausgerichtet leicht unterhalb der freien Oberfläche 23 der Tinte 24 getragen werden.
• Aus Obenstehendem wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung Verfahren und Mittel zur Synchronisierung stehender Kapillaroberflächenwellen an vorgegebenen und wiederholbaren räumlichen Positionen schafft. Obwohl wichtige Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung im Bereich des Druckens mit flüssiger Tinte liegen, ist sie, wie ersichtlich, nicht darauf beschränkt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Erzeugung einer stehenden Kapillarwelle (45) auf einer freien Oberfläche (23) eines Flüssigkeitsvolumens (24), wobei die Kapillarwelle eine periodische Wellenstruktur mit Bergen und Tälern hat, eine Wellenerzeugungseinrichtung (61) zur Erzeugung der Kapillarwelle umfassend; und gekennzeichnet durch separate Einrichtungen (82 und 96) zur Stabilisierung der stehenden Welle, die entlang einer Fläche der Vorrichtung angrenzend an die Kapillarwelle mit Abständen angeordnete Einrichtungen zur räumlichen Modulation der freien Oberfläche entlang einer Achse, die senkrecht zur Wellenstruktur liegt, bei einer Ortsfrequenz umfassen, die der Ortsfrequenz der Kapillarwelle oder einer Subharmonischen von ihr gleich ist, so daß sich die Berge der stehenden Welle vorrangig an vorgegebenen räumlichen Positionen der Achse ausrichten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stabilisierungseinrichtung mehrere im wesentlichen im gleichen Abstand voneinander befindliche Kerben (82) umfaßt, die an einer Fläche (83) ausgeformt sind, die die freie Oberfläche parallel zu der Achse begrenzt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stabilisierungseinrichtung umfaßt

mehrere Kapillarwellequellen (96) die im gleichen Abstand voneinander entlang einer Fläche (97) angeordnet sind, die die freie Oberfläche parallel zur Achse begrenzt, und eine Einrichtung zur räumlichen Modulation der Quellen bei der Ortsfrequenz, wodurch die Quellen Oberflächenwellen erzeugen und die Berge der stehenden Welle vorrangig in Bezug auf die entsprechenden Quellen ausrichten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei

sich die Flüssigkeit in einem axial gestreckten Schalltrichter (66) mit einer relativ schmalen Manschette (81) befindet, der die freie Oberfläche (23) begrenzt und die Wellenstruktur auf die vorgegebene Achse beschränkt,

wobei die Kerben (82) oder die Quellen (96) in oder an der Manschette angebracht sind, und

sich eine akustische Wandlereinrichtung (71) in dem Trichter befindet, die die freie Oberfläche der Flüssigkeit mit einer Ultraschall-Druckwelle ausreichender Amplitude bestrahlt und so die stehende Welle erzeugt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die akustische Wandlereinrichtung (71) mehrere mechanisch unabhängige piezoelektrische Elemente (75) umfaßt, die senkrecht zu der freien Oberfläche gepolt sind, sowie eine Einrichtung zur gemeinsamen Erregung der piezoelektrischen Elemente, wodurch die Druckwelle eine im wesentlichen einheitliche Amplitude längs zum Trichter hat.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, die weiterhin mehrere Einzeladressierelemente (85) enthält, die von der Manschette getragen werden und nach den entsprechenden Kerben oder Quellen ausgerichtet sind, einzelne der Berge auf Befehl selektiv parallel adressieren und Tröpfchen aus den selektierten Bergen freisetzen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei sich die Adressierelemente (85) in den Kerben (82) befinden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, die weiterhin ein Schreibmedium (53) enthält, das an die freie Oberfläche der Flüssigkeit angrenzend angebracht ist und die aus den selektierten Bergen freigesetzten Tröpfchen aufnimmt.