DE4415771C2 - Ultraschalldrucker - Google Patents
UltraschalldruckerInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultra
schalldrucker nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit
einem Druckkopf zum Aufbringen von Tintentröpfchen auf ein
Aufzeichnungsmedium.
Bei seit kurzem verwendeten Ultraschalldruckern wird eine
akustische Linse oder dgl. verwendet, um einen akustischen
Ultraschallstrahl auf eine freie Oberfläche einer Flüs
sigkeitsansammlung zu projizieren, so daß er auf die Ober
fläche der Ansammlung fokussiert wird, damit einzelne Tröpf
chen der Flüssigkeit von der Oberfläche der Ansammlung
freigesetzt und aufgespritzt werden.
Aus der US-PS 4,697,195 läßt sich eine Einrichtung
entnehmen, die dazu dient, konvergente akustische
Ultraschallwellen zu erzeugen, wobei Ultraschallwandler in
einem Array angeordnet sind und Treiberschaltungen zum
Treiben eines zugeordneten Ultraschallwandlers vorgesehen
sind. Die für diese Treiberschaltungen zuständige
Steuerschaltung ist jedoch nicht dafür ausgebildet, um aus
Ultraschallwandlern Gruppen auszuwählen und nur die
Ultraschallwandler einer ausgewählten Gruppe mit zumindest
zwei voneinander verschiedenen Phasen zutreiben, die
Gruppenbildung von Ultraschallwandlern seitlich zu
verschieben, diese jeweils neu gebildete Gruppe an
Ultraschallwandlern wieder mit zumindest zwei voneinander
verschiedenen Phasen zu betreiben usw., so daß ein sich
verschiebender Konvergenzpunkt ergibt.
Die JP 2-184443 A zeigt zwar, daß zwei Wandler eines Arrays
zur Bildung der Ultraschallwelle mit einem einzigen
Konvergenzpunkt verwendet werden können.
Angesichts des obigen ist es daher Aufgabe der vorlie
genden Erfindung, einen Ultraschalldrucker vorzusehen, der
bei einfacher Konstruktion eine hochgenaue Steuerung der
Positionierung von Tintentröpfchen, die zu emittieren sind,
ermöglicht, um dadurch die Aufzeichnungsauflösung weiter zu
verbessern.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen
Ultraschalldrucker mit den Merkmalen nach Anspruch 1.
Ein derartiger Ultraschalldrucker involviert im wesentlichen
kein Problem einer Verstopfung von Düsen, da keine Düsen
vorliegen. So ist es möglich, eine Implementation eines
Drucksystems zu erwarten, das eine einfache Struktur
aufweist und kostengünstig ist.
Bevorzugt weist die Steuerschaltung eine Vielzahl von
Zählern jeweils zum Zählen einer Anzahl von Taktimpulsen
eines vorherbestimmten Referenztaktes auf, und an die ge
nannten Treiberschaltungen wird jeweils ein Zeitsignal zum
Anweisen des Treibens des zugeordneten der genannten Ultra
schallwandler bei einer Zeiteinstellung gesendet, wenn ein
Zählwert des zugeordneten Zählers einen entsprechenden vor
herbestimmten Wert erreicht.
Ferner wird es bevorzugt, daß die genannte Vielzahl von
Ultraschallwandlern in der vorherbestimmten Anord
nungsrichtung über eine Aufzeichnungsbreite in ihrer
Gesamtheit angeordnet ist. Zur Implementation des Druckers
ist es annehmbar, daß der genannte Drucker ferner einen
Bewegungsmechanismus zum relativen Bewegen des genannten
Aufzeichnungsmediums und der genannten Ultraschallwandler in
einer die Anordnungsrichtung schneidenden Richtung umfaßt.
Der Drucker umfaßt ferner eine Konvergenzeinrichtung
zum Konvergieren der von den genannten Ultraschallwandlern
ausgesendeten Ultraschallwellen in einer die Anordnungs
richtung schneidenden Richtung. Es ist annehmbar, daß die
genannte Konvergenzeinrichtung ist: eine akustische Linse,
deren Dicke in der Schnittrichtung variiert; ein akustisches
Horn; eine akustische Fresnel-Linse; wobei der Ultraschall
wandler selbst eine Ultraschallwellen-Aussendefläche auf
weist, die mit einer vertiefungsförmigen Konfiguration in
bezug auf die Schnittrichtung ausgebildet ist. Es wird be
vorzugt, daß die genannte Konvergenzeinrichtung versehen ist
mit einem akustischen Absorptionsglied zum Absorbieren von
Komponenten unter den vom genannten Ultraschallwandler aus
gesendeten Ultraschallwellen, die nicht zur Bildung der kon
vergenten Ultraschallwellen beitragen.
Ferner wird es bevorzugt, daß die genannte Steuerschal
tung die genannten Treiberschaltungen derart steuert, daß,
wenn zumindest eine Teil der mehreren Ultraschallwandler des
genannten Arrays von Ultraschallwandlern in eine Vielzahl
von Gruppen segmentiert wird, die jeweils eine Vielzahl von
Ultraschallwandlern enthalten, und alle Ultraschallwandler,
die in anderen Gruppen enthalten sind, ausschließen, die
konvergente Ultraschallwelle in jeder Gruppe in einer
Zykluszeit zum Ausstoßen von Tintentröpfchen gebildet wird,
oder derart, daß, wenn zumindest ein Teil der mehreren Ul
traschallwandler des genannten Arrays von Ultraschallwand
lern in eine Vielzahl von Gruppen segmentiert wird, von de
nen einer eine Vielzahl von Ultraschallwandlern enthält, wo
bei ein Teil davon auch in einer anderen Gruppe enthalten
ist, und die andere Gruppe eine Vielzahl von Ultraschall
wandlern enthält, die konvergente Ultraschallwelle in jeder
Gruppe in einer Zykluszeit zum Ausstoßen von Tintentröpfchen
gebildet wird.
Außerdem ist es annehmbar, daß die genannte Steuer
schaltung die genannten Treiberschaltungen derart steuert,
daß in einem Zyklus zum Ausstoßen von Tintentröpfchen eine
Aufzeichnung über die gesamte Breite des genannten Arrays
von Ultraschallwandlern in der Anordnungsrichtung durchge
führt wird.
Es ist annehmbar, daß die genannte Steuerschaltung die
genannten Treiberschaltungen steuert, um Punkte mit einem
Punktabstand zu bilden, der kleiner ist als ein Anordnungs
abstand des genannten Arrays von Ultraschallwandlern. Es ist
ebenfalls ein bevorzugter Aspekt, daß die genannte Steuer
schaltung die genannten Treiberschaltungen steuert, so daß
ein Abstand der Punkte in der Anordnungsrichtung variiert
werden kann.
Es ist auch annehmbar, daß die genannte Steuerschaltung
die genannten Treiberschaltungen derart steuert, daß zur
Bildung des einen und des anderen der zwei Punkte, die ein
ander in der Anordnungsrichtung benachbart sind, die gerade
Anzahl und die ungerade Anzahl von Ultraschallwandlern ge
trieben werden, so daß Punkte mit einem Abstand von der
Hälfte eines Anordnungsabstands der Ultraschallwandler ge
bildet werden können.
Noch dazu ist es annehmbar, daß die genannte Steuer
schaltung die genannten Treiberschaltungen steuert, so daß
der Punktabstand in der Anordnungsrichtung variiert werden
kann. Wenn der Punktabstand variiert wird, wird vorzugsweise
auch die Punktgröße variiert.
Ein System des oben erwähnten ersten Ultraschall
druckers, das heißt, ein System, bei welchem zum Emittieren
eines Tintentropfens eine Vielzahl von Ultraschallwandlern
zum Aussenden von Ultraschallwellen, die einer Phasensteue
rung unterworfen wurden, verwendet wird, wird nachstehend
als "phasengesteuertes Array-System" bezeichnet.
Der Ultraschalldrucker gemäß der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen zum Treiben einer Vielzahl von Ultraschall
wandlern mit einer Phasenverschiebung, so daß die akusti
schen Ultraschallwellen, die von der Vielzahl von Ultra
schallwandlern ausgesendet werden, miteinander interferie
ren, um eine konvergente akustische Ultraschallwelle unter
der Steuerung der Phasenverschiebung zu bilden. So wird die
Tinte nahe dem Konvergenzpunkt ausgestoßen und auf einem
Aufzeichnungsmedium abgeschieden, so daß ein Punkt gebildet
wird, und die angesammelten Punkte bilden Bilder, wie Zei
chen, graphische Muster und dgl. Im Ultraschalldrucker gemäß
der vorliegenden Erfindung ist es nicht erforderlich, da
eine Vielzahl von Ultraschallwandlern zur Bildung eines ein
zelnen Punktes verwendet wird, daß ein einzelner dieser
Ultraschallwandler so viel Energie aussenden kann, daß er
ein Tintentröpfchen ausstößt. Dieses Merkmal ermöglicht die
Reduktion eines Anordnungsabstands der Ultraschallwandler.
Ferner werden im Ultraschalldrucker gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie oben beschrieben, die phasengesteuerten
Ultraschallwellen von der Vielzahl von Ultraschallwandlern
ausgesendet. So ist es möglich, einen Punkt zu bilden,
dessen Punktabstand kleiner ist als ein Anordnungsabstand
der Ultraschallwandler unter der Phasensteuerung. Auf diese
Weise ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine
höhere Druckerauflösung, beispielsweise einen Punktabstand
von 0,06 mm, vorzusehen.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, teilweise im
Schnitt, eines Ultraschalldruckers gemäß einer Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht
eines Aufzeichnungskopfs;
Fig. 3 ist eine Darstellung eines Aufzeichnungskopfs,
wobei der Tintenbehälter entfernt und eine Schaltung mit dem
Aufzeichnungskopf verbunden ist;
Fig. 4 ist eine erläuternde Ansicht, die zum Verständnis
des Prinzips der Konvergenz von akustischen Ultraschallwel
len in einer Richtung X dient;
Fig. 5 ist ein Schaltbild der in Fig. 3 gezeigten
Treiberschaltung und einer mit der Treiberschaltung verbun
denen Steuerschaltung;
Fig. 6 ist ein Wellenformdiagramm, das eine Beziehung
zwischen Zeitsignalen und Treibersignalen zeigt;
Fig. 7 ist eine Ansicht, die eine Anordnung von in Fig. 3
dargestellten Matrixschaltern zeigt;
Fig. 8 ist eine Darstellung, die zur Erläuterung einer
Verschiebung konvergenter akustischer Ultraschallwellen
durch ein Umschalten der Matrixschalter dient;
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines Aufzeich
nungskopfs, wobei der Tintenbehälter entfernt ist, gemäß
einem anderen Beispiel;
Fig. 10A ist eine perspektivische Ansicht eines Auf
zeichnungskopfs, wobei der Tintenbehälter entfernt ist,
gemäß noch einem anderen Beispiel;
Fig. 10B ist ein Blockbild einer Schaltung, die auf dem
in Fig. 10A gezeigten Aufzeichnungskopf getragen wird;
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht eines Aufzeich
nungskopfs, wobei der Tintenbehälter entfernt ist, gemäß
noch einem anderen Beispiel;
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht eines Aufzeich
nungskopfs, wobei der Tintenbehälter entfernt ist, gemäß
noch einem anderen Beispiel;
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht eines Aufzeich
nungskopfs, wobei der Tintenbehälter entfernt ist, gemäß
noch einem anderen Beispiel;
Fig. 14A ist eine erläuternde Ansicht, die zum Verständ
nis eines Prinzips einer akustischen Fresnel-Linse dient,
wobei akustische Ultraschallwellen in einer Richtung X kon
vergiert werden;
Fig. 14B ist eine erläuternde Ansicht, die zum Verständ
nis eines Prinzips einer akustischen Fresnel-Linse dient,
wobei akustische Ultraschallwellen in einer Richtung X kon
vergiert werden;
Fig. 15 ist eine typische Darstellung, die ein Beispiel
von Techniken zur gleichzeitigen Bildung einer Vielzahl kon
vergenter akustischer Ultraschallwellen zeigt;
Fig. 16 ist eine typische Darstellung, die ein anderes
Beispiel von Techniken zur gleichzeitigen Bildung einer
Vielzahl konvergenter akustischer Ultraschallwellen zeigt;
Fig. 17 ist ein Bild einer Treiberschaltung anhand eines
Beispiels, die bei einem System verwendet wird, in dem eine
Vielzahl konvergenter akustischer Ultraschallwellen
gleichzeitig gebildet werden, wie in Fig. 16 gezeigt;
Fig. 18A ist eine erläuternde Ansicht, die zum Verständ
nis eines Beispiels von Techniken zum Variieren eines Ab
stands von auf einem Aufzeichnungsblatt aufgezeichneten
Punkten dient;
Fig. 18B ist eine erläuternde Ansicht, die zum Verständ
nis eines Beispiels von Techniken zum Variieren eines Ab
stands von auf einem Aufzeichnungsblatt aufgezeichneten
Punkten dient;
Fig. 18C ist eine erläuternde Ansicht, die zum Verständ
nis eines Beispiels von Techniken zum Variieren eines Ab
stands von auf einem Aufzeichnungsblatt aufgezeichneten
Punkten dient;
Fig. 19 eine erläuternde Ansicht ist, die zum Verständ
nis eines anderen Beispiels von Techniken zur Bildung von
Punkten mit einem engeren Abstand als einem Anordnungsab
stand akustischer Ultraschallwandler dient;
Fig. 20A ist eine Ansicht, welche eine schräg aufge
zeichnete dicke Linie zeigt;
Fig. 20B ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der in
Fig. 20A dargestellten dicken Linie;
Fig. 21 ist eine Darstellung eines Ultraschalldruckers
gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung;
Fig. 22 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht
eines Aufzeichnungskopfs;
Fig. 23 ist ein Blockbild, das eine interne Anordnung
des in Fig. 21 dargestellten Ultraschalldruckers zeigt;
Fig. 24 ist eine erläuternde Ansicht für Signale, um
einen Flüssigkeitspegel zu erhalten;
Fig. 25 ist eine Darstellung, die einen Zustand zeigt,
in dem die Phasensteuerung derart durchgeführt wird, daß,
beim regulären Druck, akustische Ultraschallwellen auf eine
Tintenoberfläche konzentriert werden;
Fig. 26 ist eine Darstellung, die einen Zustand, zur
Zeit der Wärmeisolierung, zeigt, in dem Ultraschallwandler
mit ausgeglichenen Phasen getrieben werden;
Fig. 27A ist eine Darstellung, die eine entsprechende
Beziehung zwischen einem Phasenmuster und einem Brennpunkt
zeigt;
Fig. 27B ist eine Darstellung, die eine entsprechende
Beziehung zwischen einem Phasenmuster und einem Brennpunkt
zeigt;
Fig. 27C ist eine Darstellung, die eine entsprechende
Beziehung zwischen einem Phasenmuster und einem Brennpunkt
zeigt;
Fig. 28 ist ein Flußdiagramm einer Sequenz zur Auswahl
des effizientesten ursprünglichen Signals;
Fig. 29 ist eine Darstellung einer Ausführungsform, in
der die effizienteste ursprüngliche Frequenz ausgewählt
wird;
Fig. 30A ist eine Darstellung eines Beispiels, bei dem
progressive Wellen an die Ultraschallwandler angelegt
werden, so daß Tintentröpfchen im Tintenbehälter zu einer
Auslaßöffnung bewegt werden;
Fig. 30B ist eine Darstellung eines Beispiels, bei dem
progressive Wellen an die Ultraschallwandler angelegt
werden, so daß Tintentröpfchen im Tintenbehälter zu einer
Auslaßöffnung bewegt werden;
Fig. 31 ist eine projizierte Draufsicht im Schnitt eines
Aufzeichnungskopfs gemäß einer weiteren Ausführungsform;
Fig. 32A ist eine erläuternde Ansicht einer ersten Aus
führungsform, bei der ein Teilchendurchmesser eines Tinten
tröpfchens variiert wird;
Fig. 32B ist eine erläuternde Ansicht einer ersten Aus
führungsform, bei der ein Teilchendurchmesser eines Tinten
tröpfchens variiert wird;
Fig. 33A ist eine erläuternde Ansicht einer zweiten Aus
führungsform, bei der ein Teilchendurchmesser eines Tinten
tröpfchens variiert wird;
Fig. 33B ist eine erläuternde Ansicht einer zweiten Aus
führungsform, bei der ein Teilchendurchmesser eines Tinten
tröpfchens variiert wird;
Fig. 33C ist eine erläuternde Ansicht einer zweiten Aus
führungsform, bei der ein Teilchendurchmesser eines Tinten
tröpfchens variiert wird;
Fig. 34A ist eine erläuternde Ansicht einer Ausführungs
form, bei der ein Teilchendurchmesser eines Tintentröpfchens
in einem phasengesteuerten Array-Schema variiert wird;
Fig. 34B ist eine erläuternde Ansicht einer Ausführungs
form, bei der ein Teilchendurchmesser eines Tintentröpfchens
in einem phasengesteuerten Array-Schema variiert wird.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, teilweise im
Schnitt, eines Ultraschalldruckers gemäß einer Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 ist der Ultraschalldrucker 100 mit einem Per
sonal-Computer 40 verbunden, von dem Informationen (nachste
hend als Aufzeichnungsinformationen bezeichnet) für den
Druck von Zeichen, die Aufzeichnung von Graphiken und dgl.
zum Ultraschalldrucker 100 gesendet werden. Der Ultraschall
drucker 100 ist mit einer Blattzufuhröffnung 102 am oberen
rückwärtigen Teil davon versehen, durch welche Öffnung 102
ein Aufzeichnungsblatt 50 eingeführt wird.
Das eingeführte Aufzeichnungsblatt 50 wird von Walzen
104 eingeklemmt und getrieben, und vorwärts transferiert,
wobei es auf halbem Wege des Transfers über die Oberseite
eines Aufzeichnungskopfs 200 geführt wird. Während das Auf
zeichnungsblatt 50 die Oberseite des Aufzeichnungskopfs 200
passiert, wird eine Aufzeichnung auf dem Aufzeichnungsblatt
auf Basis von Aufzeichnungsinformationen durchgeführt, die
vom Personal-Computer 40 transferiert werden, und danach
wird das Aufzeichnungsblatt 50, das dem Aufzeichnungsprozeß
unterworfen wurde, aus einer an der Vorderseite des Druckers
vorgesehenen Ausgabeöffnung 106 ausgegeben.
Während Fig. 1 ein Beispiel zeigt, in dem das Aufzeich
nungsblatt 50 befördert wird, ist es außerdem annehmbar, daß
das Aufzeichnungsblatt 50 relativ zum Aufzeichnungskopf 200
bewegt wird, und so wird der Aufzeichnungskopf 200 bewegt.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Aufzeich
nungskopfs 200.
Ein Array von Ultraschallwandlern 60 ist an der Unter
seite eines akustischen Mediums 210 in einer vorherbestimm
ten Array-Richtung (der Richtung X in Fig. 2) angebracht oder
wird auf andere Weise in innigem Kontakt damit gehalten. An
der Oberseite des akustischen Mediums 210 ist eine akusti
sche Zylinderlinse 220 mit einer Vertiefung mit halbzylin
drischer Konfiguration ausgebildet, die mit einer Krümmung
in bezug auf eine Richtung Y, welche die Array-Richtung X
rechtwinkelig schneidet, versehen ist. Das akustische Medium
210 besteht aus einem Material mit einer höheren Geschwin
digkeit von akustischen Ultraschallwellen, die sich durch
das Innere des akustischen Mediums 210 bewegen, relativ zur
Geschwindigkeit von Ultraschallwellen, die sich durch das
Innere von Tinte bewegen. So dient die akustische Zylinder
linse 220 zum Konvergieren der Ultraschallwellen, die sich
durch das Innere des akustischen Mediums 210 bewegen, in der
Richtung Y.
Ein Tintenbehälter 230 ist an der Oberseite der Vertie
fung mit halbzylinderförmiger Konfiguration der akustischen
Zylinderlinse 220 befestigt. Der Tintenbehälter 230 ist mit
Tinte 240 gefüllt. Das Aufzeichnungsblatt 50 (Fig. 1) bewegt
sich gerade genau oberhalb des Tintenbehälters 230.
Als Beispiel wird nun angenommen, daß eine hohe Auf
zeichnungsauflösung, mit einer Punktgröße von 0,06 mm und
einem Punktabstand von 0,06 mm, auf dem Aufzeichnungsblatt
50 durchgeführt wird, die Mittenfrequenz der von den Ultra
schallwandlern 60 ausgesendeten Ultraschallwellen wird mit
50 MHz angegeben, und der Anordnungsabstand der Ultraschall
wandler 60 wird mit 0,06 mm angegeben.
Ferner wird angenommen, daß eine Aufzeichnungsbreite
200 mm beträgt, der Aufzeichnungskopf 200 fixiert ist, der
Aufzeichnungskopf 200 eine Länge von 200 mm in der Richtung
X aufweist, und eine Anzahl angeordneter Ultraschallwandler
60 beträgt 3200 Stück.
Außerdem wird angenommen, daß die Bildung eines Punktes
16 Stück Ultraschallwandler 60 erfordert, das heißt eine
Treiböffnung ist 1,00 mm lang.
Während Fig. 1 die Ausführungsform zeigt, bei welcher
der Ultraschalldrucker mit dem fixierten Aufzeichnungskopf
200 versehen ist, ist es annehmbar, die Anordnung derart zu
modifizieren, daß ein Bewegungsmechanismus zum Bewegen des
Aufzeichnungskopfs 200 in der Richtung X vorgesehen ist, und
so ein entsprechender verkürzter Aufzeichnungskopf vorgese
hen ist, wodurch die Anzahl der Ultraschallwandler 60 ver
ringert wird.
Gemäß einem Prinzip, das nachstehend beschrieben wird,
werden die von den 16 Stück Ultraschallwandlern 60 ausgesen
deten Ultraschallwellen in der Nähe einer freien Oberfläche
der Tinte zu einer Strahlbreite von 0,03 mm konzentriert, so
daß ein Tröpfchen mit einem Teilchendurchmesser von 0,03 mm
ausgestoßen wird. Wenn das Tröpfchen mit dem Teilchendurch
messer von 0,03 mm auf dem Aufzeichnungsblatt 50 abgeschie
den wird, wird ein Punkt mit einer Punktgröße von 0,06 mm
aufgezeichnet, wie oben erwähnt. Da das Zeichnen eines
Modells der von den 16 Stück Ultraschallwandlern ausgesende
ten Ultraschallwellen mühevoll ist, kann außerdem nachste
hend das Modell gelegentlich in derartiger Kürze gezeichnet
und erläutert werden, daß die Ultraschallwellen von relativ
wenigen Ultraschallwandlern 60, beispielsweise 4 Stück oder
6 Stück, ausgesendet werden, um eine einzelne konvergente
Ultraschallwelle zu bilden.
Fig. 3 ist eine Darstellung eines Aufzeichnungskopfs,
wobei der Tintenbehälter entfernt ist, und einer mit dem
Aufzeichnungskopf verbundenen Schaltung.
Mit den mehrfachen Ultraschallwandlern 60, die den Auf
zeichnungskopf 200 bilden, sind Anschlußdrähte 301 verbun
den, die jeweils von Matrixschaltern 300 ausgehen. Anschluß
drähte 302 der Eingangsseite des Matrixschalters 300 sind
mit Treiberschaltungen 400 verbunden, welche Zeitsignale
empfangen, die jeweils eine Zeiteinstellung zum Treiben des
zugeordneten Ultraschallwandlers 60 repräsentieren, wobei
die Zeitsignale auf Basis von Aufzeichnungsinformationen,
die vom in Fig. 40 gezeigten Personal-Computer 40 eingegeben
werden, aufgebaut sind. Die Matrixschalter 300 und die Trei
berschaltungen 400 werden nachstehend beschrieben.
Zur Bildung einer einzelnen konvergenten akustischen
Ultraschallwelle werden beispielsweise 6 Stück Ultraschall
wandler 60 unter den in Fig. 3 gezeigten, mehrfachen Ultra
schallwandlern getrieben, so daß 6 Stück Ultraschallwandler
60 jeweils die Ultraschallwellen aussenden.
Die ausgesendeten Ultraschallwellen konzentrieren sich an
einer Position P, die einer freien Tintenoberfläche ent
spricht, zu einem kleinen Fleck, wie beispielsweise einem
mit einem Fleckdurchmesser von 0,03 mm, mittels der akusti
schen Zylinderlinse 220 in bezug auf die Richtung X, und
außerdem gemäß dem folgenden Prinzip in bezug auf die
Richtung Y. Ein derartiges Prinzip wird nachstehend er
läutert.
Fig. 4 ist eine erläuternde Ansicht, die zum Verständnis
eines Prinzips konvergierender akustischer Ultraschallwellen
in einer Richtung X dient. In Fig. 4 sind jeweils Treiberwel
lenformen zum Treiben von 6 Stück Ultraschallwandlern 60 und
außerdem Wellenformen von Ultraschallwellen, die jeweils von
diesen Ultraschallwandlern 60 ausgesendet werden, gezeigt.
Mit Bezugnahme auf Fig. 4 repräsentiert die Abszissen
achse eine Zeitachse t. Zuerst werden die beiden äußeren
Ultraschallwandler 60 der 6 Stück Ultraschallwandler 60 zum
Treiben angeregt, und danach werden sequentiell die inneren
Ultraschallwandler 60 getrieben. So sind die von diesen
Ultraschallwandlern 60 ausgesendeten Ultraschallwellen äqui
valent zu sphärischen Ultraschallwellen, die gebildet
werden, wenn ebene Ultraschallwellen durch eine akustische
Linse geführt werden, so daß die von diesen Ultraschallwand
lern 60 ausgesendeten Ultraschallwellen auf einen vorherbe
stimmten Punkt P konvergiert werden. Nun wird ein sequen
tiell phasenverschobenes Treibmuster, wie in Fig. 4 gezeigt,
nachstehend als "Phasenmuster" bezeichnet. Durch die Varia
tion eines derartigen Phasenmusters ist es möglich, die von
den getriebenen 6 Stück Ultraschallwandlern 60 ausgesendeten
Ultraschallwellen nicht nur auf einen Punkt auf einer verti
kalen Linie, die ein Zentrum dieser Ultraschallwandler 60
kreuzt, sondern auch auf einen Punkt, der von einer derarti
gen vertikalen Linie in der Richtung X abweicht, zu konver
gieren.
Fig. 5 ist ein Schaltbild der in Fig. 3 gezeigten Trei
berschaltung 400 und einer mit der Treiberschaltung verbun
denen Steuerschaltung. Zur Vereinfachung der Struktur in
Fig. 5 ist diese derart dargestellt, daß der Matrixschalter
300 entfernt ist, und die entsprechenden Ultraschallwandler
60 direkt von der Treiberschaltung 400 getrieben werden. Es
ist zu beachten, daß die Notwendigkeit besteht, die mehrfa
chen Ultraschallwandler 60 voneinander zu unterscheiden. Sie
werden nachstehend als Ultraschallwandler 60_1, 60_2, ...,
60_n, ..., usw., bezeichnet; unter den Treiberschaltungen
400 werden die Treiberschaltungen zum Treiben der Ultra
schallwandler 60_1, 60_2, ..., 60_n, ... als 400_1, 400_2,
..., 400_n, ... bezeichnet. Diese Notierung kann auch bei
anderen Schaltungen, Gliedern und dgl. verwendet werden, die
nachstehend beschrieben werden.
Die Steuerschaltung 500 ist auf Basis eines Referenz
taktes CLK operativ. Wenn eine Ultraschallfrequenz mit 50
MHz angegeben wird, wie oben erwähnt, besteht die Notwendig
keit, einen Referenztakt CLK mit einer Taktfrequenz von
200 MHz vorzusehen.
Die Steuerschaltung 500 ist mit einer Anzahl von Zäh
lern 540_1, 540_2, 540_3, ... versehen. Vor dem Aussenden
der Ultraschallwellen sendet eine Steuereinheit 510, welche
die Steuerschaltung 500 bildet, die entsprechenden Zähler
einstellwerte für die Zähler 540_1, 540_2, 540_3, ... zu
einer Zählereinstellschaltung 520. Die Zählereinstellschal
tung 520 stellt die empfangenen Zählereinstellwerte in den
entsprechenden zugeordneten Zählern 540_1, 540_2, 540_3, ...
ein. Danach sendet eine Treibzeitgeneratorschaltung 530,
beim Erhalt einer Instruktion der Steuereinheit 510 in einer
vorherbestimmten Zeiteinstellung unmittelbar vor der Emis
sion der Ultraschallwellen, Zählfreigabesignale zum Anweisen
des Beginns einer Zähloperation für den Referenztakt CLK an
die entsprechenden Zähler 540_1, 540_2, 540_3, .... Beim
Erhalt der Zählfreigabesignale initiieren die entsprechenden
Zähler 540_1, 540_2, 540_3, ... die Zähloperation für den
Referenztakt CLK. Wenn der Zählwert den Zählereinstellwert
in den entsprechenden Zeiteinstellungen erreicht, senden die
Zähler 540_1, 540_2, 540_3, ... die Zeitsignale zu den Trei
berschaltungen 400_1, 400_2, 400_3, .... Die Treiberschal
tungen 400_1, 400_2, 400_3, ... senden und geben die ent
sprechenden Treibersignale zum Treiben der zugeordneten
Ultraschallwandler 60_1, 60_2, 60_3, ... in den zugeordneten
Zeiteinstellungen aus. Auf diese Weise senden die Ultra
schallwandler 60_1, 60_2, 60_3, ... jeweils eine Ultra
schallwelle mit einem vorherbestimmten Phasenmuster aus.
Fig. 6 ist ein Signalwellenformdiagramm, das eine Be
ziehung zwischen Zeitsignalen und Treibersignalen zeigt,
wobei die Abszissenachse die Zeitachse t repräsentiert.
Die Treiberschaltungen 400_1, 400_2, 400_3, ... bilden,
beim Erhalt voneinander verschiedener Zeitsignale, wie in
Fig. 6 gezeigt, die entsprechenden Treibersignale, die von
einander verschiedene Phasen aufweisen. Demgemäß werden
durch die Steuerung der Ausgabe der entsprechenden Zeitsi
gnale, mit anderen Worten die Einstellung der Zählerein
stellwerte in den entsprechenden Zählern 540_1, 540_2,
540_3, ..., beispielsweise die Ultraschallwellen mit den wie
in Fig. 4 gezeigte Phasenmustern ausgesendet und auf einen
vorherbestimmten Punkt konvergiert.
Die Steuerschaltung 500 hat, wie oben erwähnt, eine
Vielzahl von Zählern 540_1, 540_2, 540_3, ... für die Anzahl
von Taktimpulsen des Referenztaktes CLK und ist so einge
richtet, daß, wenn der Zählwert den Zählereinstellwert in
den entsprechenden Zeiteinstellungen erreicht, die Zähler
540_1, 540_2, 540_3, ... die Zeitsignale senden, um die
Treiberschaltungen 400_1, 400_2, 400_3, ... anzuweisen, die
entsprechenden Ultraschallwandler 60_1, 60_2, 60_3, ... zu
treiben. Daher hat diese Anordnung, verglichen mit dem Fall,
wo analoge Verzögerungsleitungen zur Bildung der Phasen
muster verwendet werden, insofern Vorteile, als die Steue
rung leichter ist, da die digitale Verarbeitung eingesetzt
wird, und das System kostengünstig ist.
Fig. 7 ist eine Ansicht, die eine Anordnung der in Fig. 3
dargestellten Matrixschalter zeigt, wobei sie als Beispiel
derart angeordnet sind, daß 4 Stück Ultraschallwandler 60
verwendet werden, um eine einzelne konvergente Ultraschall
welle zu bilden.
Der Matrixschalter 300 hat 4 Eingangsanschlüsse a1, a2,
a3 und a4 sowie 4 Ausgangsanschlüsse b1, b2, b3 und b4. Der
Matrixschalter 300 umfaßt einen Matrixschalter 310, der ge
gebenenfalls diese Eingänge und Ausgänge verbinden kann, und
Kontakte 320, die den entsprechenden Ultraschallwandlern
60_1, 60_2, 60_3, ... zugeordnet sind. Wie in Fig. 7 gezeigt,
sind mit den Kontakten b1, b2, b3 und b4 des Matrixschalters
310 die Kontakte 320_1, 320_5, 320_9, ... verbunden, die an
jedem vierten Stück miteinander verbunden sind; 320_2,
320_6, ...; 320_3, 320_7, ...; bzw. 320_4, 320_8, ....
Fig. 8 ist eine Darstellung, die zur Erläuterung einer
Verschiebung konvergenter akustischer Ultraschallwellen
durch ein Umschalten des Matrixschalters 300 dient.
Die Eingangsanschlüsse a1, a2, a3 und a4 des Matrix
schalters 310 sind mit den Ausgangsanschlüssen b1, b2, b3
bzw. b4 verbunden, und nur vier Kontakte 320_1, 320_2, 320_3
und 320_4 der Kontakte 320 sind leitend. In diesem Zustand
werden Treibersignale, die jeweils ein vorherbestimmtes Pha
senmuster aufweisen, den Eingangsanschlüssen a1, a2, a3 und
a4 zugeführt. Folglich werden die eingegebenen Treibersigna
le an die Ultraschallwandler 60_1, 60_2, 60_3 bzw. 60_4
angelegt, so daß die Ultraschallwandler 60_1, 60_2, 60_3
bzw. 60_4 Ultraschallwellen aussenden. Die von diesen Ultra
schallwandlern 60_1, 60_2, 60_3 und 60_4 ausgesendeten
Ultraschallwellen bewegen sich, wie in Fig. 8 gezeigt, durch
das Innere des akustischen Mediums 210 und das Innere der
Tinte, und konvergieren in der Nähe einer freien Oberfläche
der Tinte 240, so daß ein Tintentröpfchen 240a vom Konver
genzpunkt ausgestoßen wird.
Als nächstes wird der Matrixschalter 310 in seiner Ver
bindung umgeschaltet, um die Eingangsanschlüsse a1, a2, a3
und a4 mit den Ausgangsanschlüssen b1, b2, b3 bzw. b4 zu
verbinden; während der Kontakt 320_1 getrennt wird, wird
stattdessen der Kontakt 320_5 angeschlossen. In diesem Zu
stand werden Treibersignale jeweils mit dem gleichen Phasen
muster wie dem vorhergehenden den Eingangsanschlüssen a1,
a2, a3 und a4 zugeführt. Folglich werden die eingegebenen
Treibersignale an die Ultraschallwandler 60_2, 60_3, 60_4
bzw. 60_5 angelegt, so daß die Ultraschallwandler 60_2,
60_3, 60_4 bzw. 60_5 Ultraschallwellen aussenden. Die von
diesen Ultraschallwandlern 60_2, 60_3, 60_4 bzw. 60_5 ausge
sendeten Ultraschallwellen bewegen sich, wie durch strich
lierte Linien in Fig. 8 gezeigt, durch das Innere des akusti
schen Mediums 210 und das Innere der Tinte, und konvergieren
an dem Punkt, der vom vorhergehenden Konvergenzpunkt um den
entsprechenden Anordnungsabstand der Ultraschallwandler 60
abweicht, so daß ein Tintentröpfchen 240b vom verschobenen
Konvergenzpunkt ausgestoßen wird.
Auf diese Weise werden der Matrixschalter 310 und die
Kontakte 320 sequentiell geschaltet, während die Treibersi
gnale zugeführt werden, so daß eine Linie von Punkten auf
gezeichnet wird.
Der wie in Fig. 7 gezeigt angeordnete Matrixschalter 300
umfaßt 3200 Stück Ultraschallwandler 60, und unter der
Annahme, daß 16 Stück Ultraschallwandler 60 getrieben
werden, um eine einzelne konvergente Ultraschallwelle zu
bilden, hat der Matrixschalter 16 Stück Eingangs- und Aus
gangsanschlüsse sowie 3200 Stück Kontakte. Dies ist in der
Praxis eine ausreichende Implementierungsbasis für das
System.
Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines Aufzeich
nungskopfs, wobei der Tintenbehälter entfernt ist, gemäß
einem anderen Beispiel.
In Fig. 9 ist ein Aufzeichnungskopf 200 mit einem aku
stischen Medium 210 gezeigt, dessen Umfang, mit Ausnahme des
Ultraschallwandlers 60 und der akustischen Linse 220, von
einem akustischen Absorptionsglied 250 bedeckt ist. Wenn das
akustische Medium 210 auf diese Weise vom akustischen Ab
sorptionsglied 250 bedeckt ist, werden Komponenten unter den
von den Ultraschallwandlern 60 ausgesendeten Ultraschallwel
len absorbiert, die nicht zur Bildung der konvergenten
Ultraschallwellen beitragen. Diese Struktur ermöglicht die
Verringerung der Ultraschallwellen als Rauschkomponente und
so die Verhinderung der Bildung nutzloser Punkte, beispiels
weise auf Grund der Tatsache, daß stehende Wellen der Ultra
schallwellen innerhalb des akustischen Mediums 210 gebildet
und dann zum Ausstoßen von Tintentröpfchen emittiert werden.
Fig. 10A ist eine perspektivische Ansicht eines Auf
zeichnungskopfs, wobei der Tintenbehälter entfernt ist,
gemäß noch einem anderen Beispiel, und Fig. 10B ist ein
Blockbild einer Schaltung, die auf dem in Fig. 10A gezeigten
Aufzeichnungskopf getragen wird.
An der Unterseite des akustischen Mediums 210 sind die
Ultraschallwandler 60, zusätzlich der Matrixschalter 300
(der Matrixschalter 301 und die Kontakte 320, wie in Fig. 7
gezeigt), wie in Fig. 3 dargestellt, und eine Treiberschal
tung 400 befestigt. Der Schaltungsteil mit einer großen An
zahl von mit den Ultraschallwandlern 60 zu verbindenden
Drähten ist auf diese Weise nahe bei den Ultraschallwandlern
60 angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht die Vermeidung der
Notwendigkeit einer Verlängerung der großen Anzahl von
Drähten, wodurch die Verhinderung eines Rauschens unter
stützt wird, und auch die Kosten reduziert werden.
Als nächstes wird die Konvergenzeinrichtung erläutert,
die anstelle der oben erwähnten akustischen Linse 220 (z. B.
Fig. 3) zum Konzentrieren der Ultraschallwellen in der Rich
tung Y, welche die Anordnungsrichtung (Richtung X) der
Ultraschallwandler 60 rechtwinkelig schneidet, oder mit
einer derartigen akustischen Linse 220 verwendet werden
kann.
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht eines Aufzeich
nungskopfs, wobei der Tintenbehälter entfernt ist, gemäß
noch einem anderen Beispiel.
Der Aufzeichnungskopf ist mit einem akustischen Horn
260 zum Konzentrieren der Ultraschallwellen in der Richtung
Y versehen, wobei ein Array von Ultraschallwandlern 60 an
der Unterseite des akustischen Horns 260 angeordnet ist. Die
von den Ultraschallwandlern 60 ausgesendeten Ultraschallwel
len werden konvergiert, während sie sich innerhalb des aku
stischen Horns 260 bewegen.
Fig. 12 ist eine perspektivische Ansicht eines Aufzeich
nungskopfs, wobei der Tintenbehälter entfernt ist, gemäß
noch einem anderen Beispiel.
Der Aufzeichnungskopf ist mit einer rückwärtigen Basis
270 versehen, an deren Oberseite Ultraschallwandler 60' be
festigt sind, die jeweils eine in der Richtung Y gekrümmte
Ultraschall-Aussendefläche aufweisen. Wenn der gekrümmte
Ultraschallwandler 60' Ultraschallwellen aussendet, werden
die emittierten Ultraschallwellen in der Richtung Y konver
giert, da die Krümmung des Ultraschallwandlers selbst als
Linse dient.
Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht eines Aufzeich
nungskopfs, wobei der Tintenbehälter entfernt ist, gemäß
noch einem anderen Beispiel.
In Fig. 13 ist ein Array von Ultraschallwandlern 60 an
der Rückseite eines akustischen Mediums 210 angeordnet, und
eine akustische Fresnel-Linse 280 ist an einer Vorderseite
davon gebildet. Die akustische Fresnel-Linse 280 kann, wenn
das akustische Medium 210 aus einem Material wie beispiels
weise Glas besteht, mittels der Durchführung einer Ätzbe
handlung gebildet werden, so daß die Glasoberfläche mit der
wie in Fig. 13 gezeigten Konfiguration versehen ist.
Fig. 14A und Fig. 14B sind erläuternde Ansichten, die zum
Verständnis des Prinzips einer akustischen Fresnel-Linse
dienen.
Wie in Fig. 14A dargestellt, sind Kreisbögen mit Radien,
die sequentiell in Intervallen der halben Wellenlänge λ der
Ultraschallwelle zunehmen, mit einem vorherbestimmten Kon
vergenzpunkt P im Zentrum in der Richtung Y derart gezeigt,
daß sie eine Fläche eines Substrats 282 der akustischen
Fresnel-Linse 280 schneiden. Die Fläche des Substrats 282
ist in Bereiche segmentiert, die zwischen den benachbarten
Kreisbögen angeordnet sind. Während abwechselnd auftretende
Bereiche B, wie in Fig. 14A ersichtlich, wie sie sind beibe
halten werden, werden andere abwechselnd auftretende Be
reiche A einer Ätzbehandlung in der entsprechenden Dicke
unterworfen, die zum Invertieren der Phase der Ultraschall
welle ausreicht. Auf diese Weise kann die akustische
Fresnel-Linse 280 Ultraschallwellen aussenden oder emit
tieren, deren Phasen invertiert sind, und die miteinander
interferieren, so daß die Ultraschallwellen auf den Konver
genzpunkt P konvergiert werden.
Wie aus den oben erwähnten Ausführungsformen hervor
geht, sind verschiedenste Einrichtungen als Konvergenzein
richtungen zum Konvergieren der Ultraschallwellen in der
Richtung Y vorgesehen. So ist es möglich, unter diesen Kon
vergenzeinrichtungen gegebenenfalls eine oder mehrere geeig
nete in Kombination zu verwenden. Während ein Array von
Ultraschallwandlern zum Konvergieren der Ultraschallwellen
in der Richtung X eingesetzt wird, ist es ferner, wie oben
beschrieben, annehmbar, diese Technologien bei den Systemen
in der Richtung Y zu verwenden. Spezifischer ist eine Viel
zahl von Ultraschallwandlern nicht nur in der Richtung X,
sondern auch in der Richtung Y vorgesehen. Durch die
Steuerung der Phasen von Treibersignalen für ein Array von
Ultraschallwandlern in der Richtung Y ist es möglich, die
Ultraschallwellen auch in der Richtung Y zu konvergieren.
Als nächstes werden Techniken zur gleichzeitigen
Bildung einer Vielzahl konvergenter Ultraschallwellen er
läutert.
Fig. 15 ist eine typische Darstellung, die ein Beispiel
von Techniken zur gleichzeitigen Bildung einer Vielzahl
konvergenter akustischer Ultraschallwellen zeigt. Gemäß dem
vorliegenden Beispiel wird eine einzelne konvergente akusti
sche Ultraschallwelle mit 4 Stück Ultraschallwandlern 60 ge
bildet. Eine Vielzahl von Ultraschallwandlern 60 wird in
eine Vielzahl von Blöcken segmentiert, die jeweils 4 Stück
Ultraschallwandler 60 umfassen. In einer Zykluszeit zum Aus
stoßen von Tintentröpfchen wird eine einzelne konvergente
Ultraschallwelle auf jedem Block der Ultraschallwandler 60
gebildet. So wird eine Anzahl von N Punkten in einem Zyklus
gebildet, wobei N eine ganze Zahl ist, welche die Gesamt
summe der Ultraschallwandler/4 repräsentiert.
Auf diese Weise wird zumindest ein Teil der mehreren
Ultraschallwandler eines Arrays von Ultraschallwandlern 60
in eine Vielzahl von Blöcken segmentiert, die jeweils eine
Vielzahl von Ultraschallwandlern enthalten, und alle Ultra
schallwandler aus
schließen, die in anderen Blöcken enthalten sind,
und die konvergente Ultraschallwelle wird auf
jedem Block in einer Zykluszeit zum Ausstoßen von Tinten
tröpfchen gebildet. So ist es möglich, die Aufzeichnungszeit
zu reduzieren.
Fig. 16 ist eine typische Darstellung, die ein anderes
Beispiel von Techniken zur gleichzeitigen Bildung einer
Vielzahl konvergenter akustischer Ultraschallwellen zeigt.
Gemäß dem vorliegenden Beispiel wird ein Konvergenz
punkt P1 durch Ultraschallwellen gebildet, die von 4 Stück
Ultraschallwandlern 60_1, 60_2, 60_3 bzw. 60_4 ausgesendet
werden, und ein Punkt P2 wird durch Ultraschallwellen gebil
det, die von 4 Stück Ultraschallwandlern 60_2, 60_3, 60_4
und 60_5, um einen verschoben, ausgesendet werden. Da der
Ultraschallwandler 60_1 nur zur Bildung des Konvergenzpunkts
P1 beiträgt, wird das Treibersignal zur Bildung des Konver
genzpunkts P1 an den Ultraschallwandler 60_1 angelegt. Da
die zentralen Ultraschallwandler 60_2, 60_3 und 60_4 zur
Bildung beider Konvergenzpunkte P1 und P2 beitragen, werden
die Treibersignale zur Bildung beider Konvergenzpunkte P1
und P2 an die Ultraschallwandler 60_2, 60_3 und 60_4 auf
Basis einer Überlagerung angelegt. Da der Ultraschallwandler
60_5 nur zur Bildung des Konvergenzpunkts P2 beiträgt, wird
schließlich das Treibersignal zur Bildung des Konvergenz
punkts P2 an den Ultraschallwandler 60_5 angelegt. So werden
die Konvergenzpunkte P1 und P2 gleichzeitig gebildet.
Auf diese Weise wird zumindest ein Teil der mehreren
Ultraschallwandler (z. B. 5 Stück Ultraschallwandler 60_1,
60_2, 60_3, 60_4 und 60_5, wie in Fig. 16 gezeigt) eines
Arrays von Ultraschallwandlern in eine Vielzahl von Blöcken
segmentiert, von denen einer eine Vielzahl von Ultraschall
wandlern (Ultraschallwandler 60_1, 60_2, 60_3 und 60_4) ent
hält, wobei ein Teil (die zentralen 3 Stück Ultraschallwand
ler 60_2, 60_3 und 60_4) von diesen auch in einem anderen
Block enthalten ist, und der andere Block eine Vielzahl von
Ultraschallwandlern (Ultraschallwandler 60_2, 60_3, 60_4 und
60_5) enthält, und es ist eine derartige Steuerung vorge
sehen, daß die konvergente Ultraschallwelle auf jedem Block
in einem Zeitzyklus zum Ausstoßen von Tintentröpfchen gebil
det wird. So ist es auch in diesem Fall möglich, die
Aufzeichnungszeit zu reduzieren.
Fig. 17 ist ein Bild einer Treiberschaltung 400 (siehe
Fig. 5) anhand eines Beispiels, die in einem System verwendet
wird, bei dem eine Vielzahl konvergenter akustischer Ultra
schallwellen gleichzeitig gebildet wird, wie in Fig. 16 ge
zeigt.
Die Treiberschaltung 400 umfaßt eine Schaltung 410 zum
Erzeugen hoher Spannungsimpulse und eine Filterschaltung
420. Die Schaltung 410 zum Erzeugen hoher Spannungsimpulse
dient zum Umwandeln eines von einer Treibzeitgenerator
schaltung 600 stammenden Zeitsignals in einen Impuls mit
hoher Spannung. Wie in der Schaltung 410_3 zum Erzeugen
hoher Spannungsimpulse gezeigt, erzeugt die Schaltung, wenn
eine Vielzahl von Zeitsignalen (in diesem Beispiel 2 Zeit
signale) kontinuierlich angelegt wird, einen Impuls mit
hoher Spannung entsprechend der Anzahl von Zeitsignalen (in
diesem Beispiel zweimal so groß wie die Spannung von Aus
gangsimpulsen anderer Schaltungen 410_1, 410_2, 410_4 und
410_5 zum Erzeugen hoher Spannungsimpulse). Wenn es schwie
rig ist, eine Spannung entsprechend der Anzahl von Zeitsi
gnalen zu erzeugen, ist es außerdem annehmbar, einen Impuls
mit hoher Spannung beispielsweise mit doppelter Impulsbreite
zu erzeugen, damit er eine äquivalente Energie aufweist. Die
Schaltungen 410_2 und 410_4 zum Erzeugen hoher Spannungsim
pulse empfangen jeweils zwei Zeitimpulssignale, die eine
voneinander verschiedene Zeit aufweisen, und erzeugen je
weils Impulse mit hoher Spannung, die den Zeitimpulssignalen
zu den Zeitpunkten entsprechen, wenn die Zeitimpulssignale
angelegt werden.
Die Filterschaltung 420 ist eine passive Filterschal
tung mit der Induktanz L, der Kapazität C und dem Widerstand
R in Kombination, wobei die passive Filterschaltung einen
Resonanzpunkt auf einer Frequenz von Ultraschallwellen
aufweist. So bildet die Filterschaltung 420, beim Erhalt des
Impulsausgangs mit hoher Spannung von der Schaltung 410 zum
Erzeugen hoher Spannungsimpulse, ein Treibersignal mit einer
Frequenz, die gleich ist wie jene der Ultraschallwellen,
wobei Dutzende Wellen eine zum Ausstoßen von Tinte erforder
liche Dauer aufweisen. Wenn die Treibzeitgeneratorschaltung
600 die zugeordneten Zeitsignale zu den entsprechenden Zeit
einstellungen entsprechend der Bildung der beiden in Fig. 16
gezeigten Konvergenzpunkte P1 und P2 zu den Schaltungen
410_1, 410_2, 410_4 und 410_5 zum Erzeugen hoher Spannungs
impulse sendet, bildet demgemäß die Filterschaltung 420
Treibersignale entsprechend der Bildung der beiden Konver
genzpunkte P1 und P2 in Form ihrer Mischung. Gemäß dem in
Fig. 17 dargestellten Schema ist es für eine Aufzeichnung
einer Vielzahl von Punkten ausreichend, der Treiberschaltung
400 eine Vielzahl von Zeitsignalen zuzuführen, und in der
Filterschaltung 420 wird automatisch eine Überlagerung der
Treibersignale durchgeführt.
In Fig. 16 und 17 ist ein Fall gezeigt, wo zwei Konver
genzpunkte P1 und P2 gebildet werden. Die Weiterführung
davon ermöglicht es, in einem Zyklus zum Ausstoßen von Tin
tentröpfchen eine Aufzeichnungslinie über die gesamte Breite
eines Arrays von Ultraschallwandlern 60 in der Richtung X
(siehe Fig. 16) durchzuführen, wodurch die Aufzeichnungsge
schwindigkeit drastisch erhöht wird.
Während sich die oben erwähnten Beispiele hauptsächlich
auf den Fall beziehen, wo ein Anordnungsabstand der Ultra
schallwandler 60 und ein Abstand von auf einem Aufzeich
nungsblatt 50 (siehe Fig. 1) aufgezeichneten Punkten gleich
sind, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine derartige
Einschränkung nicht notwendig.
Fig. 18A bis 18C sind erläuternde Ansichten, die zum
Verständnis eines Beispiels von Techniken zum Variieren
eines Abstands von auf einem Aufzeichnungsblatt 50 aufge
zeichneten Punkten dienen.
Wenn vier Ultraschallwandler 60_1, 60_2, 60_3 und 60_4,
wie in Fig. 18A gezeigt, Treibersignale mit einem Phasen
muster empfangen, das in bezug auf die Richtung X symme
trisch ist, wie in Fig. 18B dargestellt, senden diese Ultra
schallwandler 60_1, 60_2, 60_3 und 60_4 Ultraschallwellen
aus, die sich an einem Punkt P1 konzentrieren. Wenn die vier
Ultraschallwandler 60_1, 60_2, 60_3 und 60_4, wie in Fig. 18A
gezeigt, hingegen Treibersignale mit einem Phasenmuster emp
fangen, das in bezug auf die Richtung X geneigt ist, wie in
Fig. 18C dargestellt, senden diese Ultraschallwandler 60_1,
60_2, 60_3 und 60_4 Ultraschallwellen aus, die sich bei
spielsweise gemäß der Schräglage an einem Punkt P2 konzen
trieren.
Auf diese Weise ist es durch die Modifikation des Pha
senmusters der Treibersignale möglich, Punkte mit einem
Punktabstand zu bilden, der kleiner ist als der Anordnungs
abstand der Ultraschallwandler 60. Dies ermöglicht die An
ordnung der Ultraschallwandler 60 mit einem relativ breite
ren Abstand, wodurch die Anzahl von Ultraschallwandlern 60
verringert wird, und zusätzlich die Kosten des Produkts
verringert werden.
Da die Verwendung des Schemas zur Modifikation des
Phasenmusters, wie oben erwähnt, die Bestimmung eines Punkt
abstands ungeachtet eines Anordnungsabstands der Ultra
schallwandler 60 ermöglicht, kann es ferner mit variablem
Punktabstand eingerichtet werden, so daß die Aufzeichnung
mit einem feinen Abstand durchgeführt wird, sollte eine hohe
Aufzeichnungsdichte erforderlich sein, wie beispielsweise im
Fall der Aufzeichnung von Bildern, oder sonst mit einem
groben Abstand vorgenommen wird, sollte eine geringe Auf
zeichnungsdichte zulässig sein, wie beispielsweise im Fall
der Aufzeichnung großer Zeichen.
Wenn der Punktabstand bei der Aufzeichnung auf einem
Aufzeichnungsblatt 50 (siehe Fig. 1) modifiziert wird, wird
es außerdem bevorzugt, auch die Punktgröße zu ändern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es auch leicht,
die Punktgröße zu variieren.
Die Punktgröße ist von der Fleckgröße der Ultraschall
wellen am Konvergenzpunkt abhängig. Demgemäß ist es zum Va
riieren der Punktgröße ausreichend, die Fleckgröße der
Ultraschallwellen am Konvergenzpunkt zu variieren. Zur Ver
ringerung der Punktgröße kann beispielsweise eine höhere
Frequenz der Ultraschallwellen mit steigender Treibfrequenz
emittiert werden, oder die Anzahl von zur Bildung eines ein
zelnen konvergenten akustischen Ultraschallstrahls zu trei
benden Ultraschallwandlern 60 kann erhöht werden. Unter der
Annahme, daß die Punktgröße 0,06 mm beträgt, wenn die Fre
quenz der Ultraschallwellen mit 50 MHz angegeben wird, und
die Anzahl von zur Bildung eines einzelnen konvergenten aku
stischen Ultraschallstrahls zu treibenden Ultraschallwand
lern 16 Stück beträgt, kann, wenn modifiziert wird, daß
entweder die Frequenz der Ultraschallwellen mit 100 MHz
angegeben wird, oder die Anzahl von zur Bildung eines ein
zelnen konvergenten akustischen Ultraschallstrahls zu trei
benden Ultraschallwandlern auf 32 Stück erhöht wird, die
Punktgröße auf 0,03 mm gesteigert werden.
Fig. 19 ist eine erläuternde Darstellung, die zum Ver
ständnis eines weiteren Beispiels von Techniken zur Bildung
von Punkten mit einem engeren Abstand als dem Anordnungsab
stand der akustischen Ultraschallwandler dient, wobei die
Anzahl von zur Bildung eines einzelnen konvergenten akusti
schen Ultraschallstrahls zu treibenden Ultraschallwandlern
variiert wird.
Gemäß dem in Fig. 19 gezeigten Beispiel werden verwen
det: 4 Stück Ultraschallwandler 60_1, 60_2, 60_3 und 60_4
zur Bildung eines Konvergenzpunkts P1; 5 Stück Ultraschall
wandler 60_1, 60_2, 60_3, 60_4 und 60_5 zur Bildung eines
benachbarten Konvergenzpunkts P2; 4 Stück Ultraschallwandler
60_2, 60_3, 60_4 und 60_5 zur Bildung eines benachbarten
Konvergenzpunkts P3; und 5 Stück Ultraschallwandler 60_2,
60_3, 60_4, 60_5 und 60_6 zur Bildung eines benachbarten
Konvergenzpunkts P4. Dies wird ähnlich weiter fortgesetzt.
In diesem Fall erfolgt, nach Bedarf, die Umschaltung der
Energie für die Treibersignale und/oder die Phasenmuster
zwischen dem Fall, wo 4 Stück Ultraschallwandler getrieben
werden, und dem Fall, wo 5 Stück Ultraschallwandler ge
trieben werden.
Auf diese Weise werden zur Bildung den einen und des
anderen von zwei Punkten, die einander in der Richtung X be
nachbart sind, die gerade Anzahl und die ungerade Anzahl der
Ultraschallwandler 60 getrieben, so daß Punkte mit der
Hälfte des Anordnungsabstands der Ultraschallwandler gebil
det werden können.
Fig. 20A ist eine Ansicht, die eine schräg aufgezeich
nete dicke Linie zeigt, wobei der Vorteil der Möglichkeit
erläutert werden soll, daß die Punktgröße und der Punktab
stand variiert werden, und Fig. 20B ist eine teilweise ver
größerte Ansicht der mit einem Kreis D in Fig. 20A versehenen
dicken Linie.
In dem Fall, in dem die schräge Linie aufgezeichnet
wird, besteht das Problem, daß mit nur relativ großer Größe
von Punkten P1 eingekerbte Teile am Schrägstrich auftreten.
Angesichts dessen wird jeweils eine relativ kleine Größe von
Punkten P2 zwischen der relativ großen Größe von Punkten P1
aufgezeichnet. Folglich sieht der Schrägstrich wie eine
durchgehende Linie aus.
Wie aus den oben beschriebenen Ausführungsformen her
vorgeht, weist ein Ultraschalldrucker gemäß der vorliegenden
Erfindung signifikante Flexibilität auf, und kann so mit
verschiedenen Modifikationen versehen werden.
Fig. 21 ist eine Darstellung eines Ultraschalldruckers
gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Er
findung.
In Fig. 21 weist ein Ultraschalldrucker 700 ein Fach 701
zur Aufnahme von Aufzeichnungsblättern 702 auf. Die Auf
zeichnungsblätter 702 werden nacheinander durch eine Aufnah
mewalze 703 vom Fach 701 in das Innere der Druckervorrich
tung transferiert. Das Aufzeichnungsblatt 702, das in die
Vorrichtung transferiert wurde, wird von Blattvorschubrollen
704, die von einem Blattvorschubmotor 709 getrieben werden,
zur Oberseite eines Aufzeichnungskopfs 710 befördert. Wenn
das Aufzeichnungsblatt 702 zur gewünschten Position geführt
wird, stößt der Aufzeichnungskopf 710 Tintentröpfchen zum
Aufzeichnungsblatt 702 aus, so daß ein Druck auf dem Auf
zeichnungsblatt 702 implementiert wird. Das Aufzeichnungs
blatt 702, das dem Drucken unterworfen wird, wird weiter
geführt und schließlich gestapelt.
Der Ultraschalldrucker 700 umfaßt ferner eine Energie
quelle 706, eine Hauptplatine 707 zum Empfangen und Senden
von Ultraschallwellen oder dgl., eine Treiberschaltung 708
und dgl.
Fig. 22 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht des
Aufzeichnungskopfs. In dieser Ansicht ist der Aufzeichnungs
kopf 710 seitlich von unten gesehen dargestellt.
Mehrfache Ultraschallwandler 720 sind in einer vorher
bestimmten Anordnungsrichtung (Richtung X, wie in Fig. 22 ge
zeigt) in einer Array-Konfiguration angeordnet und an der
Unterseite 711a eines akustischen Mediums 711 angebracht. An
der Oberseite des akustischen Mediums 711 ist eine akusti
sche Zylinderlinse 712 mit halbzylindrischer Konfiguration
der Vertiefung gebildet, die mit einer Krümmung in bezug auf
eine Richtung Y versehen ist, welche die Array-Richtung X
rechtwinkelig schneidet. Zwischen am akustischen Medium 711
befestigten Gliedern 713 ist ein Tintenbehälter 730 gebil
det, dessen Boden mit der akustischen Zylinderlinse 712 aus
gebildet ist. Der Tintenbehälter 730 hat eine fächerförmige
Konfiguration im Schnittkreis. Eine Tintentröpfchen-Aus
spritzöffnung 731 ist an der Oberseite des Tintenbehälters
730 gebildet. Die Öffnung 731 hat die Form eines Schlitzes.
Von den mehrfachen Ultraschallwandlern 720, die an der
Unterseite 711a des akustischen Mediums 711 angeordnet sind,
gehen von jedem zweiten Wandler Anschlußdrähte 721 aus, die
durch einen Multiplexer 722 und einen Verstärker 723 zur
Verwendung bei der Transmission und beim Empfang von Ultra
schallwellen mit einem Verbinder 724 verbunden sind. Der
Verbinder 724 ist mit der in Fig. 21 gezeigten Hauptplatine
707 verbunden.
Fig. 23 ist ein Blockbild, das eine interne Anordnung
des in Fig. 21 dargestellten Ultraschalldruckers zeigt.
In Fig. 23 wird ein Signalspannungsoszillator 741 als
PLL VFO (durchstimmbarer phasengesteuerter Regelkreis-
Oszillator) verwendet und oszilliert konstant bei einer
spezifizierten Frequenz (etwa 100 MHz), die von einer CPU
740 angegeben wird. Dieses Signal geht durch eine Phasenver
zögerungsschaltung 742 und wird in einige Arten phasenverzö
gerter Signale umgewandelt. Die Phasenvoreilzeit von der ur
sprünglichen Oszillationsfrequenz ist durch die folgende
Gleichung gegeben:
t1 = - (√(d2 + (a . i)2) - d)/c,
worin d ein Tintenpegel ist,
a ein Anordnungsabstand der Ultraschallwandler ist,
c eine Geschwindigkeit von sich in Tinte bewegen den Ultraschallwellen ist,
i ganze Zahlen von 0 bis n bedeutet (n ist eine Anzahl gleichzeitig getriebener Ultraschall wandler/2).
a ein Anordnungsabstand der Ultraschallwandler ist,
c eine Geschwindigkeit von sich in Tinte bewegen den Ultraschallwellen ist,
i ganze Zahlen von 0 bis n bedeutet (n ist eine Anzahl gleichzeitig getriebener Ultraschall wandler/2).
Die einigen Arten phasenverzögerter Signale werden
durch einen Verstärker 743 verstärkt und einem Multiplexer
744 zugeführt. Der Multiplexer 744 empfängt von der CPU 740
Daten, die für eine Position repräsentativ sind, an der ein
Ausstoß eines Tintentröpfchens gewünscht wird, und legt an:
an den Ultraschallwandler entsprechend der zugeordneten Po
sition ein Signal bezüglich der Phasenvoreilzeit t0; an den
nachfolgenden Ultraschallwandler ein Signal bezüglich der
Phasenvoreilzeit t1; und an den i-ten Ultraschallwandler ein
Signal bezüglich der Phasenvoreilzeit ti. Die durch diese
Signale erregten Ultraschallwandler erzeugen akustische Vi
brationen, die sich durch das akustische Medium 711 zur
Tinte ausbreiten. Während diese Vibrationen vollständig als
parallele Wellen in bezug auf eine Blattvorschubrichtung
(Richtung Y) dienen, werden sie auf Grund der Form der aku
stischen Zylinderlinse 12 an der Oberseite des akustischen
Mediums 711 gebrochen und auf der Flüssigkeitsoberfläche der
Tinte konzentriert. In bezug auf die Richtung (Richtung X),
welche die Blattvorschubrichtung rechtwinkelig schneidet,
eilt die Phase mit der Vibration zur Position vor, die von
der Position, an der ein Ausstoß eines Tintentröpfchens ge
wünscht wird, weiter entfernt ist. So kommt die periphere
voreilende Vibrationsphase in der gleichen Phase an der
Flüssigkeitsoberfläche der Tinte in dem Moment an, in dem
die Vibration gerade unter der Position, an der ein Ausstoß
eines Tintentröpfchens gewünscht wird, an der Flüssigkeits
oberfläche der Tinte ankommt, so daß diese Vibrationen auf
die Flüssigkeitsoberfläche der Tinte konvergiert werden. Auf
diese Weise werden diese Vibrationen auf zweidimensionaler
Basis sowohl in bezug auf die Blattvorschubrichtung (Rich
tung Y) als auch die rechtwinkelige Richtung (Richtung X)
konvergiert, so daß ein Brennpunkt gebildet wird. Am Brenn
punkt werden die Ultraschallwellen in der gleichen Phase mit
höherer Energiedichte konvergiert, so steigt die Flüssig
keitsoberfläche der Tinte am Brennpunkt, und schließlich
wird ein Tintentröpfchen von der Flüssigkeitsoberfläche der
Tinte zu einem Aufzeichnungsblatt ausgestoßen, wodurch ein
Drucken implementiert wird.
Mit den Ultraschallwandlern 720, die den Ultraschall
drucker 700 bilden, ist ein Multiplexer 745 verbunden, an
den ein Verstärker 746 zum Verstärken von Empfangssignalen
der Ultraschallwandler 720 angeschlossen ist. Beim Empfang
wählt der Multiplexer 745 ein Empfangssignal für einen will
kürlichen Ultraschallwandler in Übereinstimmung mit einer
Instruktion von der CPU 740 aus und sendet das ausgewählte
Signal zum Verstärker 746. Ein Empfangssignal des Ultra
schallwandlers wird in Form einer Überlagerung eines ur
sprünglichen Signals von Verstärker 743 an der Ursprungs
seite und eines Empfangssignals durch reflektierte Wellen an
der Flüssigkeitsoberfläche abgegeben. Dieses Signal wird
durch eine Verstärkungseinstellungs- und Wellenformumwand
lungsschaltung 747 in das ursprüngliche Signal und das Emp
fangssignal getrennt und dann in ein nur das Empfangssignal
enthaltendes Signal umgewandelt. Eine Zeitdifferenz Δt zwi
schen dem ursprünglichen Signal und dem Empfangssignal ist
durch die folgende Gleichung gegeben:
Δt = 2 d/c,
worin d ein Flüssigkeitspegel der Tinte ist,
c eine Geschwindigkeit der Tinte ist.
c eine Geschwindigkeit der Tinte ist.
Gemäß der obigen Gleichung wird der Flüssigkeitspegel
der Tinte d ausgedrückt durch d = Δt . c/2. So ist es mög
lich, den Flüssigkeitspegel der Tinte zu erhalten. Eine
Zeit-Spannung-Wandlerschaltung 748 wandelt die Zeitdifferenz
Δt in eine Spannung um, und die CPU 740 empfängt dieselbe.
Fig. 24 ist eine erläuternde Ansicht für Signale, um den
Flüssigkeitspegel zu erhalten.
Die in Fig. 24 gezeigten Signale sind ihrerseits ein
ursprüngliches Instruktionssignal, ein Ausgang des ursprüng
lichen Verstärkers 743, ein Signal eines Ultraschallwandlers
720 und ein Wellenformumwandlungsausgang. Aus diesen Si
gnalen kann die Zeitdifferenz Δt erhalten werden.
Mit erneuter Bezugnahme auf Fig. 23 wird die Erläuterung
fortgesetzt.
Der Ultraschalldrucker 700 umfaßt ferner einen Schräg
lagensensor 751 zum Detektieren einer Schräglage des Ultra
schalldruckers 700, einen Pegelsensor zum Detektieren eines
Flüssigkeitspegels der Tinte innerhalb eines Tintenbehälters
730 (Fig. 22) und einen Flüssigkeitstemperatursensor 753 zum
Detektieren einer Flüssigkeitstemperatur der Tinte innerhalb
des Tintenbehälters 730. Diese Sensoren werden von der CPU
740 überwacht.
Außerdem umfaßt der Ultraschalldrucker 700 einen Blatt
vorschubmotor 709 (siehe Fig. 21) zum Vorschieben von Auf
zeichnungsblättern, ein Verschlußtreibersolenoid 754 zum
Treiben eines Verschlusses, der nachstehend beschrieben
wird, einen Tintenheizer 755 und einen Tintenpumpenmotor
756. Diese werden, mit elektrischer Energie von einer Ener
giequellenschaltung 761, von einer Treiberschaltung 760
gemäß einer Instruktion der CPU 740 getrieben.
Darüberhinaus umfaßt der Ultraschalldrucker 700 ein
Flüssigkristall-Anzeigefeld 762, das eingerichtet ist, eine
vorherbestimmte Anzeige durch eine Treiberschaltung 763
gemäß einer Instruktion der CPU 740 durchzuführen.
Die CPU 740 ist durch eine Schnittstellenschaltung 764
mit einem externen Hostcomputer 770 verbunden, von dem zu
druckende Informationen an die CPU 740 gesendet werden. Beim
Erhalt der Informationen steuert die CPU 740 die Ultra
schallwandler und dgl. zur Durchführung eines vorherbestimm
ten Druckens auf ein Aufzeichnungsblatt.
Fig. 25 ist eine Darstellung, die einen Zustand zeigt,
in dem die Phasensteuerung derart durchgeführt wird, daß
beim regulären Drucken akustische Ultraschallwellen auf
einer Tintenoberfläche konzentriert werden, und Fig. 26 ist
eine Darstellung, die einen Zustand zur Zeit der Wärmeiso
lierung zeigt, wobei die Ultraschallwandler mit ausgegliche
nen Phasen getrieben werden.
Wenn die Ultraschallwandler 720 in einem wie in Fig. 25
gezeigten Phasenmuster getrieben werden, wird Ultraschall
energie auf einem vorherbestimmten Punkt an der Flüssig
keitsoberfläche der Tinte konzentriert. Eine derartige Ener
gie überschreitet einen Schwellenwert Th, bei dem ein Tin
tentröpfchen von der Flüssigkeitsoberfläche 791 der Tinte
ausgestoßen wird. So wird das Tintentröpfchen vom zugeordne
ten Punkt emittiert, so daß ein Druck auf einem Aufzeich
nungsblatt (nicht gezeigt) implementiert wird.
Andererseits werden im Erwärmungsprozeß, wie in Fig. 26
dargestellt, die Ultraschallwandler 720 in einer Phasenaus
richtung erregt, um keinen Brennpunkt an irgendeiner Posi
tion auf der Flüssigkeitsoberfläche zu bilden. Wenn der
Brennpunkt nicht gebildet wird, überschreitet die Energie
dichte nicht den Schwellenwert Th, bei dem ein Tintentröpf
chen ausgestoßen wird. So wird kein Druck implementiert. Zu
dieser Zeit ist ein Verschluß (der nachstehend beschrieben
wird) geschlossen. Die an die Ultraschallwandler 720 ange
legten akustischen Vibrationen werden zwischen der Flüssig
keitsoberfläche der Tinte und dem akustischen Medium 711
mehrfach reflektiert und allmählich gedämpft. Während der
Dämpfung wird die akustische Vibrationsenergie schließlich
in eine Wärmeenergie übertragen, die zum Erwärmen der Tinte
dient. So ist es möglich, die Ultraschallwandler 720 als
Wärmeisolierungs- und Heizungseinrichtungen zu verwenden.
Fig. 27A bis 27C sind jeweils Darstellungen, die eine
entsprechende Beziehung zwischen einem Phasenmuster und
einem Brennpunkt zeigen. Fig. 28 ist ein Flußdiagramm einer
Sequenz zum Auswählen des effizientesten ursprünglichen Si
gnals.
Beim Erhalt von Druckdaten, vor dem Drucken, legt der
Drucker voneinander verschiedene Brennpunkte auf verschiede
nen Wegen fest. Zuerst werden ursprüngliche Signale jeweils
an die zugeordneten Ultraschallwandler in Form eines Im
pulses nacheinander derart angelegt, daß die Phasenausrich
tung am ersten Brennpunkt erhalten werden kann (Fig. 27A und
Schritt 31_1 in Fig. 28). Der Ultraschallwandler gerade unter
dem Brennpunkt F, als Empfängerelement, empfängt reflektier
te Wellen von der Flüssigkeitsoberfläche und verstärkt sie
(Schritt 31_2 in Fig. 28). Und es wird der Maximalwert der
Amplitude des Empfangssignals aufgezeichnet. Ähnlich werden
ursprüngliche Signale derart angelegt, daß die Phasenaus
richtung am zweiten Brennpunkt bzw. dritten Brennpunkt
erzielt werden kann, wobei die Empfangssignale erhalten
werden, und die Maximalwerte der Amplitude der Empfangssi
gnale werden aufgezeichnet (Fig. 27B und 27C, sowie Schritte
31_3 bis 31_6 in Fig. 28). Es wird ein ursprüngliches Signal
am Ursprungsende ausgewählt, von dem die größte Amplitude
unter den jeweiligen Maximalamplituden der entsprechenden
Empfangssignale erhalten wird (Schritt 31_7), und ein ur
sprüngliches Signal mit dem gleichen Muster wie das ausge
wählte ursprüngliche Signal wird angelegt, so daß Tinten
tröpfchen emittiert werden, um ein Drucken gemäß den Druck
daten durchzuführen (Schritt 31_8). Die Tatsache, daß die
Maximalamplitude erhalten wird, bedeutet, daß die Maximal
reflexion an der Flüssigkeitsoberfläche der Tinte erzielt
wird, mit anderen Worten ist die zugeführte Energie an der
Flüssigkeitsoberfläche der Tinte ein Maximum und am effi
zientesten.
Fig. 29 ist eine Darstellung einer Ausführungsform, bei
der die effizienteste ursprüngliche Frequenz ausgewählt
wird. Die in Fig. 29 gezeigten Signale sind ihrerseits ein
ursprüngliches Steuersignal, ein ursprüngliches Signal, ein
Empfangssteuersignal und ein Empfangssignal.
Ein Ultraschallwandler wird mit verschiedenen Frequen
zen getrieben. Reflexionswellen werden unmittelbar nach dem
Anlegen einer Treibspannung empfangen. Es wird die größte
Frequenz fmax ausgewählt, mit der die Maximalamplitude auf
tritt. Danach wird diese Frequenz des Treibersignals an den
Ultraschallwandler angelegt.
Fig. 30A bzw. 30B sind Darstellungen eines Beispiels,
bei dem progressive Wellen an die Ultraschallwandler ange
legt werden, so daß Tintentröpfchen in einem Tintenbehälter
zu einer Abzugsöffnung bewegt werden.
In Fig. 30A ist ein lineares Array von Ultraschallwand
lern in Gruppen eingeteilt. Eine Gruppe umfaßt vier benach
barte Ultraschallwandler. Angelegt an Gruppe 1 wird ein WS-
Signal betreffend eine Wellenlänge λ, und an Gruppe 2 ein
WS-Signal, das um eine Wellenlänge λ × 1/4 phasenverschoben
ist. Ferner werden an Gruppe 3 und 4 WS-Signale angelegt,
die um eine Wellenlänge λ × 2/4 bzw. eine Wellenlänge
λ × 3/4 phasenverschoben sind. So wird die akustische Ultra
schallvibration in Form einer progressiven Welle zu einem
Tintenbehälter 730 transferiert, so daß sich Tintentröpfchen
802 in einer Richtung der progressiven Welle bewegen. Wenn
die Richtung der progressiven Welle mit einer Richtung eines
Tintenabgabeauslasses oder einer Abzugsöffnung 803 zusammen
fällt, werden die Tintentröpfchen 802, die am Boden des Tin
tenbehälters 730 zurückbleiben, nachdem die Tinte aus dem
Inneren des Tintenbehälters 730 abgegeben wird, vollständig
entfernt. So kann die Tinte des Tintenbehälters 730 voll
ständig abgezogen werden.
Fig. 31 ist eine projizierte Draufsicht im Schnitt eines
Aufzeichnungskopfes gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Die Oberseite einer ersten schlitzförmigen Öffnung 805
des oberen Teils des Tintenbehälters 730 ist mit einem Hohl
raum 806 versehen, dessen Oberseite eine zweite schlitzför
mige Öffnung 807 aufweist. Die Oberfläche 810a der Tinte 810
im Tintenbehälter 730 wird gesteuert, so daß sie in der
ersten Öffnung 805 angeordnet ist. Wenn der Druckerkörper
einen Stoß bekommt, schwankt die Flüssigkeitsoberfläche 810a
der Tinte, und die Tinte 810 läuft über die erste Öffnung
805 über und tritt in den Hohlraum 806 ein. Da die zweite
Öffnung 807 jenseits des Hohlraums 806 vorgesehen ist, be
steht außerdem keine Möglichkeit, daß die Tinte über die
zweite Öffnung 807 überläuft, sofern nicht eine Tintenmenge
überläuft, die gleich dem Volumen des Hohlraums 806 ist.
Auch wenn der Drucker beim Gebrauch unerwartet einen Stoß
bekommt, wie beispielsweise in einem Fall, wo der Tisch, auf
dem der Drucker steht, irrtümlich angestoßen wird, ist es
demgemäß möglich, eine derartige Situation zu vermeiden, daß
Tinte überläuft und nachteilig auf einem Aufzeichnungsblatt
abgeschieden wird.
Als nächstes wird eine Technik erläutert, wie eine
Größe von Druckpunkten oder eine Größe von Tintentröpfchen
variiert wird.
Der Teilchendurchmesser von Tintentröpfchen wird durch
einen Bereich bestimmt, in dem die Energiedichte von Ultra
schallwellen an einer Flüssigkeitsoberfläche von Tinte eine
Schwelle überschreitet. Da die Flüssigkeitsoberfläche der
Tinte eingestellt wird, um mit dem Niveau des Brennpunkts
übereinzustimmen, ist üblicherweise der Bereich, in dem die
Energiedichte von Ultraschallwellen an einer Flüssigkeits
oberfläche von Tinte eine Schwelle überschreitet, kleiner
bei Tintentröpfchen mit dem kleinsten Teilchendurchmesser,
und zu dieser Zeit werden die Tintentröpfchen mit dem
kleinsten Teilchendurchmesser ausgestoßen, so daß die
höchste Auflösung des Druckergebnisses erzielt werden kann.
Mittlerweile verlangsamt sich die Druckgeschwindigkeit in
diesem Fall, da die zur Entwicklung von Druckdaten in ein
Einzelbitmuster erforderliche Zeit proportional zum Quadrat
der Auflösung zunimmt. Angesichts des obigen ist es in dem
Fall erforderlich, wo nur eine Bildqualität in einem derar
tigen Ausmaß gewünscht wird, daß jede annehmbar ist, wie
eine Bildqualität, die lesbar, wenn auch nicht klar ist, für
Entwürfe und dgl., daß das Druckergebnis rascher ausgegeben
wird, wobei sich die Auflösung verschlechtert. So wird ange
nommen, daß der größere Teilchendurchmesser von Tintentröpf
chen und die Verringerung der Entwicklungszeit des Einzel
bitmusters zum Drucken mit höherer Geschwindigkeit bei
tragen.
Fig. 32A bzw. 32B sind erläuternde Ansichten einer
ersten Ausführungsform, bei der ein Teilchendurchmesser
eines Tintentröpfchens variiert wird.
Wenn der Pegel einer Flüssigkeitsoberfläche 830a von
Tinte 830, der üblicherweise eingestellt wird, um mit dem
Niveau des Brennpunkts übereinzustimmen, wie in Fig. 32A ge
zeigt, auf eine höhere Position als das Niveau des Brenn
punkts F gesetzt wird, wie in Fig. 32B dargestellt, wird der
Durchmesser d des akustischen Ultraschallstrahls an der
Flüssigkeitsoberfläche 830a vergrößert. Folglich hat das
davon ausgestoßene Tintentröpfchen eine Kugelform mit einem
Durchmesser, der gleich ist wie der Durchmesser d des aku
stischen Ultraschallstrahls. So ist es möglich, das Tinten
tröpfchen mit einem größeren Teilchendurchmesser als dem
Teilchennenndurchmesser im Fall von Fig. 32A zu emittieren.
Fig. 33A bis 33C sind jeweils erläuternde Ansichten
einer zweiten Ausführungsform, bei der ein Teilchendurch
messer eines Tintentröpfchens variiert wird.
Unter der Annahme, daß eine zum Ausstoßen eines einzi
gen Tintentröpfchens erforderliche Treib-Burst-Zeit t0 ist,
werden an die Ultraschallwandler, einschließlich des Ab
stands entsprechend α, angelegte Burst-Signale jeweils vari
iert als t1 = t0 + α, t2 = 2t0 + α, t3 = t0 + α. Folglich
werden die Tintentröpfchen in einem Tropfen, zwei Tropfen
und drei Tropfen zum gleichen Punkt auf einem Aufzeichnungs
blatt ausgestoßen. Auf diese Weise werden die auf dem Auf
zeichnungsblatt abgeschiedenen Tintentröpfchen in Überein
stimmung mit der Anzahl von Tintentröpfchen vergrößert. So
ist es möglich, den Punktdurchmesser auf dem Aufzeichnungs
blatt zu variieren.
Fig. 34A bzw. 34B sind erläuternde Ansichten einer Aus
führungsform, bei der ein Teilchendurchmesser eines Tinten
tröpfchens in einem phasengesteuerten Array-System variiert
wird.
Üblicherweise werden, wie in Fig. 34A gezeigt, Ultra
schallwandler, die zur Emission eines einzelnen Tintentröpf
chens beitragen, in einem Phasenmuster einer Zeiteinstellung
getrieben, so daß die von den oben erwähnten Ultraschall
wandlern ausgesendeten Ultraschallwellen am Brennpunkt F,
der an einer Flüssigkeitsoberfläche 830a der Tinte einge
richtet ist, mit der angepaßten Phase ankommen. In einem
Fall, wo der Teilchendurchmesser d des Tintentröpfchens ver
größert ist, wie in Fig. 34B gezeigt, wird der Brennpunkt F
mehr unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche 830a eingerichtet,
und die Ultraschallwandler 720 werden durch Treibersignale
mit einem größeren Phasenmuster als dem Phasennenmuster ge
trieben. Dies führt zu einer Defokussierung und einem nied
rigeren Maximum der Energiedichte. Andererseits wird jedoch
durch die entsprechende reduzierte Energiedichte die Breite
der Energiedichte erhöht, die einen die Emission des Tinten
tröpfchens betreffenden Schwellenwert überschreitet. So ist
es möglich, das Tintentröpfchen mit dem größeren Teilchen
durchmesser d als dem Teilchennenndurchmesser zu emittieren.
In einem Fall, wo der Teilchendurchmesser der Tinten
tröpfchen in Übereinstimmung mit den in Fig. 32A, Fig. 32B,
Fig. 33A bis 33C sowie Fig. 34A und 34B gezeigten Schemata
oder Technologien vergrößert wird, da die Energiedichte am
Tintenausstoßpunkt durch den entsprechenden vergrößerten
Strahldurchmesser reduziert ist, wird außerdem die Spannung
des Treibersignals durch die entsprechende reduzierte Ener
giedichte erhöht, oder wird die Burst-Zeit des Treibersi
gnals durch die entsprechende reduzierte Energiedichte ver
längert. Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen wird
der Brennpunkt mehr unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche der
Tinte eingerichtet, es ist jedoch zu beachten, daß der äqui
valente Effekt auch zu erwarten ist, wenn der Brennpunkt
mehr oberhalb der Flüssigkeitsoberfläche der Tinte einge
richtet wird.
Während die vorliegende Erfindung in bezug auf die be
stimmten erläuternden Ausführungsformen beschrieben wurde,
soll sie durch diese Ausführungsformen nicht eingeschränkt
werden, sondern nur durch die beigeschlossenen Ansprüche. Es
ist klar, daß Fachleute die Ausführungsformen ändern oder
modifizieren können, ohne vom Umfang und Grundgedanken der
vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Claims (16)
1. Ultraschalldrucker mit einem Druckkopf (200, 700) zum Aufbrin
gen von Tintentröpfchen auf ein Aufzeichnungsmedium (50),
mit
- 1. einer Vielzahl von als Array in einer vorbestimmten gerad linigen Array-Richtung (X) angeordneten Ultraschallwand lern (60) zum Aussenden von akustischen Ultraschallwellen, welche Ultraschallwandler zum Bilden von konvergenten aku stischen Ultraschallwellen in Gruppen zusammenwirken, wo bei in einem Zyklus Tinte in der Umgebung eines Konver genzpunktes (P) der Ultraschallwellen in Form eines Tröpf chens emittiert wird,
- 2. Treiberschaltungen (400) zum Treiben eines jeweils zuge ordneten Ultraschallwandlers (60),
- 3. einer Steuerschaltung (500) zum Steuern der Treiberschal tungen (400),
- 1. daß in jedem Zyklus die Ultraschallwandler (60) einer Gruppe aus mehreren Ultraschallwandlern (60) untereinander mit zumindest zwei voneinander verschiedenen Phasen ge trieben werden, so daß die ausgesendeten Ultraschallwellen auf einen vorherbestimmten Konvergenzpunkt (P) hin ausge strahlt werden,
- 2. daß fortschreitend in der geradlinigen Array-Richtung (X) zueinander verschobene Gruppen von Ultraschallwand lern (60) gebildet werden, so daß der Konvergenzpunkt (P) bei jedem Zyklus in der geradlinigen Array-Richtung ver schoben wird.
2. Ultraschalldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung (500) eine Vielzahl von Zäh
lern (540) zum Zählen einer Anzahl von Taktimpulsen eines
vorbestimmten Referenztaktes aufweist und an die Treiber
schaltungen (400) jeweils ein Zeitsignal zum Treiben des zu
geordneten Ultraschallwandlers (60) sendet, wenn ein Zähl
wert des zugeordneten Zählers (540) einen vorherbestimmten
Wert erreicht.
3. Ultraschalldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Vielzahl von Ultraschallwandlern (60) in der Ar
ray-Richtung (X) über die gesamte Aufzeichnungsbreite ange
ordnet ist.
4. Ultraschalldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Bewegungsmechanismus zum relativen Bewegen des Auf
zeichnungsmediums (50) und der Ultraschallwandler (60) in
einer die Array-Richtung (X) schneidenden Richtung vorgese
hen ist.
5. Ultraschalldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Konvergenzeinrichtung (220, 260, 280, 712) zum Konver
gieren der von den Ultraschallwandlern (60) ausgesendeten
Ultraschallwellen in einer die Array-Richtung (X) schneiden
den Richtung vorgesehen ist.
6. Ultraschalldrucker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Konvergenzeinrichtung eine akustische Linse (220)
ist, deren Dicke in der Schnittrichtung variiert.
7. Ultraschalldrucker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Konvergenzeinrichtung ein akustisches Horn (260)
ist.
8. Ultraschalldrucker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Konvergenzeinrichtung eine akustische Fres
nel-Linse (280) ist.
9. Ultraschalldrucker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Konvergenzeinrichtung eine Ultra
schall-Aussendefläche ist, die mit einer vertiefungsförmigen
Konfiguration in bezug auf die Schnittrichtung ausgebildet
ist.
10. Ultraschalldrucker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Konvergenzeinrichtung mit einem Absorptions
glied (250) zum Absorbieren von solchen Komponenten der Ul
traschallwellen versehen ist, die zur Bildung der konvergen
ten Ultraschallwellen nicht beitragen.
11. Ultraschalldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung (500) eine derartige Steuerung vor
sieht, daß die Ultraschallwandler (60) einer Gruppe nur zu
dieser einen Gruppe gehören, wobei die konvergente Ultra
schallwelle in jeder Gruppe innerhalb eines Zyklus gebildet
wird.
12. Ultraschalldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung (500) eine derartige Steuerung vor
sieht, daß ein Teil der Ultraschallwandler (60) einer Gruppe
auch zu einer anderen Gruppe gehört, wobei die konvergente
Ultraschallwelle in jeder Gruppe innerhalb eines Zyklus ge
bildet wird.
13. Ultraschalldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung (500) die Treiberschaltungen (400)
derart steuert, daß in einem Zyklus eine Aufzeichnung über
die gesamte Breite des Arrays in der Array-Richtung (X)
durchgeführt wird.
14. Ultraschalldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung (500) die Treiberschaltungen (400)
derart steuert, daß auf dem Aufzeichnungsmedium (50) Punkte
mit einem Abstand erzeugt werden, der kleiner ist als der
Abstand der Ultraschallwandler (60).
15. Ultraschalldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung (500) die Treiberschaltungen (400)
derart steuert, daß der Abstand der Punkte auf dem Aufzeich
nungsmedium (50) in der Array-Richtung variierbar ist.
16. Ultraschalldrucker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung (500) die Treiberschaltungen (400)
derart steuert, daß zur Bildung zweier benachbarter Punkte
auf dem Aufzeichnungsmedium (50) eine Gruppe mit gerader An
zahl und eine Gruppe mit ungerader Anzahl von Ultraschall
wandlern getrieben werden, so daß der Abstand der benachbar
ten Punkte halb so groß wie der Abstand der Ultraschallwand
ler (60) ist.
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