DE60031609T2

DE60031609T2 - Antriebsverfahren und Antriebsvorrichtung eines Tintenstrahldruckkopfes

Info

Publication number: DE60031609T2
Application number: DE60031609T
Authority: DE
Inventors: c/o Seiko Epson Corporation Masahiro Suwa-shi Fujii; c/o Seiko Epson Corporation Hiroyuki Suwa-shi Ishikawa; c/o Seiko Epson Corporation Yasushi Suwa-shi Matsuno
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2007-09-06
Also published as: DE60031609T8; ATE344145T1; DE60031609D1; EP1075949B8; EP1075949B1; EP1075949A2; US6481833B1; EP1075949A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Ansteuerung eines Tintenstrahlkopfes und ein Gerät zur Ausführung des Verfahrens. Die Erfindung betrifft auch einen Tintenstrahldrucker, der mit einem solchen Gerät ausgerüstet ist.
Die JP-A-2-289351 offenbart einen elektrostatischen Tintenstrahlkopf, der für jede Düse einer Mehrzahl Tintendüsen eine entsprechende Tintendruckkammer hat, die mit einem elektrostatischen Aktor ausgerüstet ist. Der Aktor weist zwei Elektroden auf, die über einen schmalen Spalt zueinander weisen. Die eine Elektrode besteht aus einer Membran, die den Boden der Druckkammer bildet, und die andere Elektrode ist eine plattenartige Gegenelektrode. Das Volumen der jeweiligen Druckkammer wird durch Anlegen einer Treiberspannung zwischen den entsprechenden beiden Elektroden geändert, um eine elektrostatische Kraft zu erzeugen, die bewirkt, dass sich die Membran zur Gegenelektrode biegt. Die resultierende Druckänderung dient zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens auf ein Aufzeichnungsmedium aus der Düse, die mit der entsprechenden Druckkammer in Verbindung steht.
Eine große Anzahl Düsen muss mit hoher Dichte angeordnet sein, um ein Druckergebnis hoher Qualität zu erzielen. Dies erfordert eine ähnlich hohe Dichte der Tintenwege, die mit den Düsen in Verbindung stehen, und insbesondere der Druckkammern. Die Trennwände der Druckkammern müssen deshalb extrem dünn sein.
Ein Problem, das auftritt, wenn die Wände zwischen benachbarten Druckkammern sehr dünn sind, ist, dass eine Druckänderung in einer Druckkammer eine Biegung der Trennwände zu den benachbarten Druckkammern bewirken kann. Das bedeutet, dass dann wie in 13(a) dargestellt, wenn die Membran 23(3) der Druckkammer 22(3) für die Düse 21(3), aus der ein Tintentröpfchen auszustoßen ist, von der Segmentelektrode 25(3) angezogen wird, sich die Trennwände 24(2) und 24(3) aufgrund der Druckänderung in der Druckkammer 22(3) biegen könnten. Wenn wie in 13(b) dargestellt ist, sich die Membran 23(3)) von der Segmentelektrode 25(3) trennt, um ein Tintentröpfchen auszustoßen, können sich die Trennwände 24(2) und 24(3) aufgrund der Druckänderung in der Druckkammer 22(3) gleichermaßen biegen.
Wenn sich die Trennwände während des Ausstoßens von Tinte biegen, tritt ein Druckverlust in der Druckkammer 22(3) auf, und das aus der Düse 21(3) ausgestoßene Tintentröpfchen hat möglicherweise nicht das gewünschte Volumen oder den gewünschten Durchmesser.
Wenn sich die Trennwände 24(2) und 24(3) zwischen der Druckkammer der angesteuerten Düse 21(3) und den benachbarten Druckkammern 22(2) und 22(4) der nicht angesteuerten Düsen 21(2) und 21(4) biegen, tritt eine Druckänderung auch in den Druckkammern 22(2) und 22(4) ein. Diese Druckänderung kann ein unerwünschtes Ausstoßen eines sehr kleinen Tintentröpfchens aus einer oder beiden der nicht angesteuerten Düsen 21(2) und 21(4) hervorrufen.
Als Ergebnis einer Druckänderung, die sich über die Trennwände 24(2) und 24(3) an eine benachbarte Druckkammer fortpflanzt, oder mit anderen Worten, aufgrund des resultierenden Druckübersprechens, wird außerdem die Druckänderung in der Druckkammer 22(3) der angesteuerten Düse 21(3) je nachdem, ob keine, eine oder beide benachbarten Düsen gleichzeitig angesteuert oder nicht angesteuert werden unterschiedlich sein. Als Resultat variieren die Tintenausstoßeigenschaften (Geschwindigkeit und Ausstoßvolumen) der angesteuerten Düse entsprechend dem Ansteuerstatus der benachbarten Düsen, was möglicherweise zu einer niedrigen Druckqualität führt.
Eine Möglichkeit, diese Probleme in einem Tintenstrahlkopf, bei dem die Düsen in einer Reihe angeordnet sind, wird in der JP-A-5-69544 und der JP-A-7-17039 gelehrt. Diese Dokumente beschreiben eine Verzögerungsschaltung, die für einen Versatz der Tintenausstoßtaktung dient, wenn benachbarte geradzahlige und ungeradzahlige Düsen angesteuert werden, um auf derselben Zeile zu drucken. Dieses Verfahren verkompliziert jedoch die Treiberschaltung des Tintenstrahlkopfes und bringt somit neue Probleme mit sich, speziell höhere Kosten und langsameres Drucken, da mehr Zeit erforderlich ist, um aus benachbarten Düsen zu drucken.
Die JP-A-08-295014 offenbart einen Tintenstrahlkopf mit mehreren durch Trennwände getrennte Druckkammern und beschäftigt sich mit dem Problem des Übersprechens zwischen benachbarten Druckkammern. Eine elastische Membran erstreckt sich über eine Seite aller Druckkammern, während sie mit den Stirnflächen der Trennwände zwischen den Druckkammern in Berührung steht. Es sind zwei Typen piezoelektrischer Aktoren bereitgestellt, nämlich erste Aktoren, die der Membran entgegenwirken, wenn sie eine entsprechende Trennwand berührt, und zweite Aktoren, die der Membran entgegenwirken, wenn sie eine Wand einer entsprechenden Druckkammer definiert. Bei einer Ausführungsform werden bei diesem Stand der Technik alle ersten Aktoren beginnend in einem Ausgangszustand, d. h. einem nicht angesteuerten Zustand aller Aktoren, die ersten Aktoren in einem ersten Schritt angesteuert, um das Volumen aller Druckkammern zu vergrößern. Während dieser Zustand aufrechterhalten wird, wird dann der zweite Aktor der gewählten Druckkammer in einem zweiten Schritt angesteuert, um das Volumen der betreffenden Druckkammer zu verringern und Tinte aus der zugehörigen Düse auszustoßen. Danach werden alle Aktoren veranlasst, in den Ausgangszustand zurückzukehren.
Zusätzlich zu den obigen Problemen können sich auch die Tintenausstoßeigenschaften aufgrund des Druckübersprechens zwischen den Druckkammern nicht benachbarter Düsen verschlechtern. D. h. die Druckkammern der einzelnen Düsen stehen normalerweise mit einer gemeinsamen Tintenkammer in Verbindung. Das Druckübersprechen kann somit zwischen nicht benachbarten Druckkammern über diese gemeinsame Tintenkammer weitergegeben werden, wodurch die Tintenausstoßeigenschaften verschlechtert werden und ein normaler stabiler Ausstoß von Tintentröpfchen verhindert wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Treibergerät zum Ansteuern eines Tintenstrahlkopfes bereitzustellen, so dass die Tintenausstoßoperationen ohne Biegen der Trennwände zwischen Tintendruckkammern erfolgen können, wodurch ein Druckübersprechen selbst zwischen hochdicht angeordneten Tintendruckkammern vermieden und präzises Drucken mit hoher Auflösung und hoher Druckqualität ermöglicht wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Treibergeräts zum Ansteuern eines Tintenstrahlkopfes, so dass die Tintenausstoßoperationen ohne Biegen der Trennwände zwischen Tintendruckkammern und ohne eine Verkomplizierung der Treiberschaltung oder einen Abfall der Druckgeschwindigkeit erfolgen können.
Eine weitere Aufgabe unserer Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens und eines Treibergeräts zum Ansteuern eines Tintenstrahlkopfes, um ein Druckübersprechen zwischen Tintendruckkammern zu vermeiden, die mit den Düsen in Verbindung stehen, und um auf einfache Weise eine hohe Auflösung, eine präzise Druckqualität selbst bei einer großen Anzahl in Reihe angeordneter Düsen sicherzustellen.
Eine weitere Aufgabe unserer Erfindung ist die Bereitstellung eines Druckers, der das neuartige Treibergerät verwendet.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Treibergerät gemäß Anspruch 8 und einen Drucker gemäß Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einer Ausführungsform sieht das erfindungsgemäße Verfahren zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens aus einer ersten Düse, d. h. einer angesteuerten Düse, vor, dass die Membran der zweiten Druckkammer, die mit der zweiten nicht angesteuerten und nicht Tinte ausstoßenden Düse in Verbindung steht, von der entsprechenden zweiten Segmentelektrode angezogen wird und mit dieser in Kontakt bleibt. Eine elastische Verlagerung der zweiten Membran ist somit eingeschränkt, und die Steifigkeit der zweiten Druckkammerwände ist hoch, so dass die Nachgiebigkeit der zweiten Druckkammer gering ist. Als Ergebnis werden die Bewegung und Biegung der die zweite Druckkammer und die angesteuerte erste Druckkammer trennenden Trennwand verhindert oder unterdrückt.
Die Trennwände zwischen den Druckkammern sind typischerweise ca. 15 μm dick und die Düsenplatte ist ca. 77 μm dick, aber die Membran ist wesentlich dünner, typischerweise ca. 0,8 μm dick. Wenn die Tinte im Innern der Druckkammer einer angesteuerten Düseneinheit mit Druck beaufschlagt wird, wird der Druck über die Trennwand an die Tinte in der Druckkammer der benachbarten nicht angesteuerten Düseneinheit, an die Membran und an die Düsenplatte übertragen.
Wenn die Membran der nicht angesteuerten Düseneinheit frei und nicht in Kontakt mit der entsprechenden Segmentelektrode ist, biegt sich die Membran, die dünner als die Düsenplatte ist. Da die Druckübertragung von der angesteuerten Düseneinheit nicht unterbrochen wird, biegt sich auch die Trennwand. Als Ergebnis bewirkt der Druck in der Druckkammer der angesteuerten Düseneinheit eher eine Biegung der Trennwand als das Ausstoßen von Tinte aus der Düse.
Wenn jedoch die Membran mit der Segmentelektrode in Kontakt gehalten wird, wird der Druck von der angesteuerten Düseneinheit über die Trennwand an die Membran übertragen; da sich die Membran jedoch nicht biegt, biegt sich auch die Trennwand nicht. Der Nettoeffekt ist, dass die Druckfortpflanzung von einer Druckkammer zur nächsten verhindert wird und von der angesteuerten Düseneinheit zur nicht angesteuerten Düseneinheit kein Übersprechen stattfindet.
Um einen unstabilen Tintenausstoß aus nicht benachbarten Düseneinheiten zu vermeiden, werden andere nicht angesteuerte Düseneinheiten als die benachbarte(n) zweite(n) Düseneinheit(en) vorzugsweise auf die gleiche Weise angesteuert und kontrolliert wie die zweite(n) Düseneinheit(ein).
Die Erfindung kann somit auch auf Tintenstrahlköpfe wie Tintenstrahlköpfe mit piezoelektrischen Elementen, die Tinte durch Vibration einer Membran ausstoßen, angewendet werden.
Durch die unabhängige Ansteuerung der Membranen nicht angesteuerter Düseneinheiten, damit sie die entsprechende Segmentelektrode berühren, kann verhindert werden, dass Druckänderungen in der Tintenkammer der nicht angesteuerten Düseneinheit einen nachteiligen Einfluss auf den Tintenausstoß haben. Es ist deshalb nicht erforderlich, aus benachbarten Düsen zu drucken, indem die Tintenausstoßtaktung versetzt wird.
Wenn sich im Tintenweg der nicht angesteuerten Düseneinheit eine Schwachstelle befindet, konzentriert sich der Druck an dieser Stelle, die Tinte wird bewegt, und die Trennwand bewegt sich ebenfalls. Indem jedoch die Membran, bei der es sich um das schwächste Teil des Tintenwegs handelt, an der Segmentelektrode befestigt wird, wird die Membran effektiv steifer und der gesamte Tintenweg wird ebenfalls steifer. Als Ergebnis bewegt sich die Trennwand nicht mehr.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert; es zeigen:
1 eine Längsschnittansicht entlang der Linie I-I in 2 eines elektrostatischen Tintenstrahlkopfes, auf den die vorliegende Erfindung angewendet werden kann;
2 eine Draufsicht des in 1 dargestellten Tintenstrahlkopfes;
3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2;
4 schematische Ansichten zur Beschreibung der Funktionsweise des in 1 dargestellten Tintenstrahlkopfes;
5 ein Flussdiagramm, das die Steuerung des in 1 dargestellten Tintenstrahlkopfes zeigt;
6 ein Impulsdiagramm der Wellenformen der Treiberspannung, die erzeugt werden, um die in 4 dargestellte Funktionsweise zu erzielen;
7 ein Flussdiagramm eines alternativen Ansteuerungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 ein Impulsdiagramm der Wellenformen der Treiberspannung, die erzeugt werden, um die in 7 dargestellte Funktionsweise zu erzielen;
9 ein Blockdiagramm eines Treibergeräts für den Tintenstrahlkopf, das das Verfahren der vorliegenden Erfindung implementiert;
10 ein Blockdiagramm einer Kopftreiber-IC in dem in 9 dargestellten Treibergerät;
11(a) ein Blockdiagramm eines Segmenttreibers in der Kopftreiber-IC von 10 und (b) ein Blockdiagramm von dessen COM-Treiber;
12 eine perspektivische Ansicht eines Tintenstrahldruckers, bei dem das Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung angewendet wird; und
13 dient zur Beschreibung der Probleme eines Ansteuerungsverfahrens gemäß dem Stand der Technik.
Bevorzugte Ausführungsformen des Ansteuerungsverfahrens für einen elektrostatischen Tintenstrahlkopf gemäß der vorliegenden Erfindung, eines Treibergeräts, das dieses Ansteuerungsverfahren anwendet und eines Tintenstrahldruckers, der den elektrostatischen Tintenstrahlkopftreiber gemäß unserer Erfindung verwendet, werden nunmehr nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben.
Elektrostatischer Tintenstrahlkopf
Zuerst wird die Konfiguration eines elektrostatischen Tintenstrahlkopfes, der für die Anwendung des Ansteuerungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist, unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben.
Wie aus diesen Figuren zu ersehen ist, hat ein Tintenstrahlkopf 1 einen dreilagigen Aufbau, bei dem eine Siliziumschicht 2 zwischen einer Düsenplatte 3 aus dem gleichen Silizium und einer Borsilikatglasschicht 4 mit einem Wärmedehnungskoeffizienten, der dem von Silizium nahe kommt, angeordnet.
Fünf unabhängige, lange und schmale Druckkammern 5 (5(1) bis 5(5)), eine gemeinsame Tinten kammer 6, und Tintenversorgungsöffnungen 7, die die gemeinsame Tintenkammer 6 mit jeder der Druckkammern 5 verbinden, sind durch Kanäle, eine Vertiefung bzw. Nuten, die in der Siliziumschicht 2 vorgesehen und von der Düsenplatte 3 abgedeckt sind, ausgebildet. Die Kanäle, die Vertiefung und die Nuten werden durch anisotropes Ätzen der Kristallfläche (100) der Siliziumschicht 2 mit KOH (Lösung) gebildet. Die Druckkammern 5 sind voneinander durch entsprechende Trennwände 8 (8(1) bis 8(4)) getrennt.
Eine Tinteneinlassöffnung 12 ist am Boden der Vertiefung, die die gemeinsame Tintenkammer 6 definiert, ausgebildet. Tinte wird aus einem externen Tintenbehälter (in der Figur nicht dargestellt) durch diese Öffnung 12 in die gemeinsame Tintenkammer 6 geliefert, aus der sie durch die jeweiligen Tintenversorgungsöffnungen 7 zu den Druckkammern 5 gefördert wird.
Düsen 11 (11(1) bis 11(5)) sind in der Düsenplatte 3 an Positionen ausgebildet, die jeweils dem vorderen Endteil der Druckkammern 5 entsprechen, d. h. dem Endteil, der demjenigen gegenüberliegt, in den die Tintenversorgungsöffnung 7 mündet.
Der Boden (oder ein Teil davon) jeder Druckkammer 5 ist dünn und bildet eine Membran 51 (51(1) bis 51(5)), die flexibel in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zu ihrer Ebene auslenkbar ist, d. h. aufwärts und abwärts, wie aus 1 (in der nur eine Membran 51(1) dargestellt) ist, zu ersehen ist. Da die Siliziumschicht 2 leitfähig ist, sind die Membranen 51 elektrisch miteinander verbunden, wobei eine jede die gemeinsame Elektrode eines entsprechenden elektrostatischen Aktors bildet, der aus dieser gemeinsamen Elektrode 51 und einer entsprechenden Gegen- oder Segmentelektrode 10 besteht.
In der oberen Oberfläche der Glasschicht 4, die mit der Siliziumschicht 2 verbunden ist, sind flach ausgeätzte Vertiefungen 9 (9(1) bis 9(5)) ausgebildet. Diese Vertiefungen 9 sind jeweils so positioniert, dass sie zu einer entsprechenden der Membranen 51 weisen. Die Segmentelektroden 10 (10(1) bis 10(5)) sind jeweils am Grund der Vertiefungen 9 ausgebildet. Jede Segmentelektrode 10 hat ein ITO-Elektrodensegment 10a und einen Anschlussteil 10b.
Durch das Verbinden der Glasschicht 4 mit der Siliziumschicht 2 werden die Membranen 51 so angeordnet, dass sie den jeweiligen Elektrodensegmenten 10a gegenüberliegen, wobei zwischen ihnen ein extrem schmaler Spalt G liegt. Dieser Spalt G ist durch ein Dichtmittel 60 abgedichtet, das zwischen der Siliziumschicht 2 und der Glasschicht 4 aufgebracht wird und ist somit dicht.
Ein gemeinsamer Elektrodenanschluss 27 wird auf der Siliziumschicht 2 durch Abscheiden eines Platin- oder anderen Edelmetalldünnfilms auf der Oberfläche der Siliziumschicht 2 gebildet. Die Treiberspannung wird selektiv durch ein Spannungsbeaufschlagungsmittel 26 zwischen dem gemeinsamen Elektrodenanschluss 27 und den Anschlussteilen 10b der Segmentelektroden 10 angelegt.
Wenn eine Membran 51 in Richtung der zugehörigen Segmentelektrode 10 durch die elektrostatische Kraft, die erzeugt wird, wenn eine Treiberspannung zwischen der Membran und der Segment elektrode angelegt wird, angezogen wird, wird die Membran flexibel ausgelenkt und biegt sich zum Kontakt mit der Oberfläche der Segmentelektrode (genauer, mit ihrem Elektrodensegment 10a). Als Ergebnis nimmt das Volumen der betreffenden Druckkammer 5 zu und Tinte wird von der Tintenversorgungsöffnung 7 in diese Druckkammer 5 geliefert.
Wenn die elektrostatische Anziehungskraft verschwindet, trennt sich die Membran 51 von der Oberfläche der Segmentelektrode 10 und kehrt aufgrund der inhärenten Elastizität der Membran in ihre neutrale Ausgangsposition zurück. Dies verringert das Volumen der Druckkammer 5 rasch. Dadurch wird ein Teil der Tinte im Innern der Druckkammer als ein Tintentröpfchen aus der Düse 11, die mit der Druckkammer 5 in Verbindung steht, ausgestoßen.
Bei einem typischen Tintenstrahlkopf mit einer Düsendichte in einem Bereich entsprechend 180 dpi bis 360 dpi (dots per inch) beträgt der Spalt G zwischen einer Segmentelektrode und der zugehörigen Membran ca. 0,14 bis 0,19 μm. Die elektrisch wirksame Länge dieses Spalts G ("Luftspalt") beträgt ca. 0,17 bis 0,22 μm, wenn die Dicke eines isolierenden Oxidfilms auf den Segmentelektroden zusätzlich berücksichtigt wird.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform handelt es sich um einen Tintenstrahlkopf des Flächenausstoßtyps, bei dem Tintentröpfchen aus Düsen (Bohrungen) ausgestoßen werden, die die Düsenplatte 3 in Richtung der Dicke der Düsenplatte durchdringen. Wie dem Durchschnittsfachmann bekannt ist, kann die Erfindung auch auf einen Tintenstrahlkopf des Kantenausstoßtyps angewendet werden, bei dem Tintentröpfchen aus Düsen (Bohrungen) ausgestoßen werden, die in der Kante der Düsenplatte ausgebildet sind.
Ansteuerungsverfahren
Anhand der 4 und 5 wird nunmehr ein Verfahren zum Ansteuern des Tintenstrahlkopfes 1 erläutert. Die 4(a) und (b) zeigen drei Düseneinheiten (2), (3) und (4), die jeweils aus einer Düse 11 (11(2) bis 11(4)), der zugehörigen Druckkammern 5 (5(2) bis 5(4)) und dem zugehörigen elektrostatischen Aktor mit der Membran 51 (51(2) bis 51(4)) sowie der Segmentelektrode 10 (10(2) bis 10(4)) bestehen. Es ist zu beachten, dass zwischen einer Düseneinheit und einer benachbarten Düseneinheit kaum Übersprechen stattfindet, wenn beide gleichzeitig angesteuert werden. Der ungünstigste Fall liegt dann vor, wenn eine "angesteuerte Düseneinheit" zwischen zwei benachbarten "nicht angesteuerten Düseneinheiten" liegt. Die folgende Erläuterung geht von dieser Situation des ungünstigsten Falls aus, bei dem in einem bestimmten Tintenausstoßzyklus die Düseneinheit (3) eine "angesteuerte Düseneinheit" ist, d. h. ein Tintentröpfchen ist aus der Düse 11(3) auszustoßen, während die Düseneinheiten (2) und (4), die der Düseneinheit (3) zu beiden Seiten unmittelbar benachbart sind, "nicht angesteuerte Düseneinheiten" sind, d. h. aus den Düsen 11(2) und 11(4) sind keine Tintentröpfchen auszustoßen.
Wenn Druckdaten empfangen werden und Drucken (mittels der Düse 11(3)) beginnt (Schritt ST51 in 5), wird eine Treiberspannung zwischen entsprechenden Paaren aus den Membranen (51(2) bis 51(4) und den Segmentelektroden 10(2) bis 10(4) der Düseneinheiten (2) bis (4) angelegt. Als Reaktion darauf werden die Membranen 51(2) bis 51(4) gleichzeitig verformt und jede von einer zugehörigen Elektrode der Segmentelektroden 10(2) bis 10(4) angezogen. Als Ergebnis berühren die Membranen 51(2) bis 51(4) jeweils die Segmentelektroden 10(2) bis 10(4) wie in 4(a) dargestellt (Schritt ST53 in 5, Anziehen der Membran).
Während die Membranen 51(2) und 51(4) der nicht angesteuerten Düseneinheiten (2) und (4) in Kontakt mit den Segmentelektroden 10(2) bzw. 10(4) gehalten werden (Schritte ST54, ST55 in 5, zweiter Schritt Membran anziehen und halten), wird die Membran 51(3) der angesteuerten Düseneinheit (3) veranlasst, sich rasch von der Segmentelektrode 10(3) zu trennen. Als Ergebnis kehrt die Membran 51(3), wie aus 4(b) ersichtlich ist, in ihre neutrale Position zurück, das Volumen der Druckkammer 5(3) nimmt rasch ab und ein Tintentröpfchen wird aus der Düse 11(3) ausgestoßen (ST54, ST56: Tintenausstoß).
Die Membranen 51(2) und 51(4) der nicht angesteuerten Düseneinheiten (2) und (4) werden dann von den Segmentelektroden 10(2) bzw. 10(4) getrennt (Schritt ST57: Schritt Membran freigeben). Diese Membranen werden von den jeweiligen Segmentelektroden getrennt und kehren in ihre neutralen Positionen mit einer Geschwindigkeit zurück, die hinreichend niedrig ist, um den Ausstoß von Tintentröpfchen aus den Düsen 11(2) und 11(4) zu verhindern. Damit ist ein Tintenausstoßvorgang beendet. Dieser Tintenausstoßvorgang wird so oft wiederholt, wie es zum Ausdrucken der Druckdaten erforderlich ist, und der Druckvorgang endet dann (Schritte ST52, ST58 in 5).
In 6 sind beispielhafte Wellenformen der Ansteuerspannung dargestellt, die zwischen den Membranen (den gemeinsamen Elektroden) und den Segmentelektroden angelegt wird, um den oben beschriebenen Vorgang zu bewirken. Die an die Elektroden angelegten Potentialimpulse zum Erzeugen der dargestellten Ansteuerspannungsimpulse werden durch ein in 2 dargestelltes Spannungsbeaufschlagungsmittel 26, genauer durch eine Kopftreiber-IC 109 erzeugt, die nachstehend ausführlicher beschrieben wird (siehe 9).
6(f) zeigt eine Grundimpulswellenform Vp1. Jede Impulsperiode dieser Impulswellenform definiert einen Ausstoßvorgang (Ausstoßzyklus). Die Zeitintervalle t1 bis t6 und t6 bis t11 definieren also jeweils einen Ausstoßzyklus. Diese Ausstoßzyklen werden wiederholt. Jeder Impuls dieser Grundimpulswellenform hat eine steil ansteigende Flanke (vom Zeitpunkt t1 bis t2) und eine abfallende Flanke (vom Zeitpunkt t4 bis t5) mit einer allmählichen Steigung.
Anhand des Beispiels der drei in 4 dargestellten Düseneinheiten (2) bis (4) zeigt 6(a), dass ein gemeinsames Elektrodenpotential, das an die Membranen 51(2) bis 51(4) angelegt ist, die gleiche Form hat wie die Grundimpulswellenform im ersten Ausstoßzyklus vom Zeitpunkt t1 bis t6, während es gleich ist dem Massepotential GND im zweiten Ausstoßzyklus, d. h. vom Zeitpunkt t6 bis t11.
Wie 6(b) zeigt ist das Potential der Segmentelektrode 10(3) der angesteuerten Düseneinheit (3) das Massepotential vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t3 im ersten Ausstoßzyklus, steigt dann plötzlich im Zeitpunkt t3 auf das gemeinsame Elektrodenpotential an und wird bis zum Zeitpunkt t6 auf dem gemeinsamen Elektrodenpotential gehalten. Im zweiten Ausstoßzyklus steigt das Potential der Segmentelektrode 10(3) im Zeitpunkt t6 scharf an, wird bis zum Zeitpunkt t8 auf einem hohen Potential gehalten, fällt dann scharf auf das Massepotential ab und wird danach bis zum Zeitpunkt t11 auf dem Massepotential gehalten.
Als Ergebnis ist die Potentialdifferenz zwischen der Membran 51(3) und der Segmentelektrode 10(3) der angesteuerten Düseneinheit (3) vom Zeitpunkt t1 bis t3 im ersten Ausstoßzyklus positiv, wie in 6(c) dargestellt ist, und vom Zeitpunkt t6 bis t8 im zweiten Ausstoßzyklus negativ. Eine Kraft, durch die die Membran von der Segmentelektrode angezogen wird, wird während eines jeden dieser positiven und negativen Impulse erzeugt. Zu anderen Zeiten als diesen werden sowohl die Membran 51(3) als auch die Segmentelektrode 10(3) auf dem gleichen Potential gehalten, so dass keine Anziehungskraft erzeugt wird.
Im ersten Ausstoßzyklus wird deshalb die Membran 51(3) ab dem Zeitpunkt t1 rasch zur Segmentelektrode 10(3) angezogen und mit dieser bis zum Zeitpunkt t3 in Kontakt gehalten (erster Membrananziehungsschritt), indem sie rasch von der Segmentelektrode 10(3) getrennt wird und in die neutrale Position zurückkehrt (Tintenausstoßschritt). Durch diese Membranbewegung wird ein Tintentröpfchen aus der Düse 11(3) zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Zeit t3 ausgestoßen. Gleichermaßen wird im zweiten Ausstoßzyklus die Membran 51(3) ab dem Zeitpunkt t6 rasch zur Segmentelektrode 10(3) angezogen und mit dieser bis zum Zeitpunkt t8 in Kontakt gehalten (erster Membrananziehungsschritt), in dem sie sich rasch von der Segmentelektrode 10(3) trennt und in die neutrale Position zurückkehrt (Tintenausstoßschritt). Durch diese Membranbewegung wird ein Tintentröpfchen aus der Düse 11(3) zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Zeit t8 ausgestoßen.
Der Grund für die abwechselnde Änderung der Polarität der Spannung zwischen der Segmentelektrode und der gemeinsamen Elektrode mit jedem Ausstoßzyklus ist, dass sich dann, wenn die Polarität stets gleich bleibt, eine Ladung an den Elektroden ansammeln könnte, wodurch es unmöglich wäre, die elektrostatische Anziehung aufzuheben.
Wie aus 6(d) ersichtlich ist, ist das Potential der Segmentelektrode 10(2) der nicht angesteuerten Düseneinheit (2) gleich dem Massepotential im ersten Ausstoßzyklus und gleich der Grundimpulswellenform im zweiten Ausstoßzyklus. Es kann also festgestellt werden, dass das Potential der Segmentelektrode 10(2) genau demjenigen (d. h. dem Potential der gemeinsamen Elektrode) der Membran 51(2) in dem Sinn entgegengesetzt ist, dass im ersten Ausstoßzyklus, wenn das gemeinsame Elektrodenpotential dem der Grundimpulswellenform entspricht, die Segmentelektrode 10(2) auf dem Massepotential liegt, während im zweiten Ausstoßzyklus, wenn das gemeinsame Elektrodenpotential das Massepotential ist, das Potential der Segmentelektrode 10(2) gleich ist dem der Grundimpulswellenform.
Als Ergebnis ist die Wellenform der Potentialdifferenz zwischen der Membran 51(2) und der Segmentelektrode 10(2) dieser nicht angesteuerten Düseneinheit (2) der Grundimpulswellenform sowohl im ersten als auch im zweiten Ausstoßzyklus ähnlich, wie aus 6(e) ersichtlich ist.
Die Membran 51(2) wird deshalb ab dem Zeitpunkt t1 im ersten Ausstoßzyklus von der Segmentelektrode 10(2) angezogen und mit dieser bis zum Zeitpunkt t4 in Kontakt gehalten (zweiter Membrananziehungsschritt). Dann nimmt die Potentialdifferenz allmählich ab, d. h. die Ladung dieser Elektroden wird allmählich entladen. Als Ergebnis beginnt die Membran 51(2) zwischen dem Zeitpunkt t4 und dem Zeitpunkt t5 mit der Trennung und kehrt mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als während des Anziehens zurück (Trennschritt). In gleicher Weise wird die Membran 51(2) ab dem Zeitpunkt t6 im zweiten Ausstoßzyklus von der Segmentelektrode 10(2) angezogen (zweiter Membrananziehungsschritt) und mit dieser bis zum Zeitpunkt t9 in Kontakt gehalten (zweiter Membrananziehungs- und Halteschritt). Auch hier werden die Elektroden allmählich entladen, und die Potentialdifferenz nimmt entsprechend ab. Als Ergebnis beginnt die Membran 51(2) zwischen dem Zeitpunkt t9 und dem Zeitpunkt t10 mit der Trennung und kehrt mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als während des Anziehens zurück (Trennschritt).
Die Membran 51(2) der nicht angesteuerten Düseneinheit (2) wird also synchron mit dem Anziehen der Membran 51(3) der angesteuerten Düseneinheit (3) angezogen und wie in 4(a) dargestellt berühren die Membranen aller Düseneinheiten (1) bis (5) die entsprechende Segmentelektrode. Als nächstes wird ein Tintentröpfchen aus der Düse 11(3) ausgestoßen, während dieser Kontaktzustand für die Membran 51(2) gehalten wird. Dann trennt sich die Membran 51(2) der nicht angesteuerten Düseneinheit (2) von der Segmentelektrode 10(2) und kehrt allmählich in die Ausgangsposition zurück. Indem die Geschwindigkeit, mit der diese Membran zurückkehrt, hinreichend niedrig gemacht wird, kann ein Tintenausstoß aus der nicht angesteuerten Düse 11(2) aufgrund dieser Bewegung vollkommen verhindert werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Membran 51(4) der zweiten nicht angesteuerten Düseneinheit (4) kontrolliert wird und sich auf die gleiche Weise wie die Membran 51(2) verhält.
Als Referenz werden einige spezifische Werte der Membranrückkehrgeschwindigkeit angegeben. Wenn für einen typischen Tintenstrahlkopf wie oben angegeben die Größe des Spalts G typischerweise mit 0,175 μm angenommen wird, ist ca. 1 μsec für die Rückkehr der Membran erforderlich, und die durchschnittliche Geschwindigkeit der Membranrückkehr beträgt ca. 0,175 m/sec. Die Feldstärke, die zwischen der Membran und der Segmentelektrode während der ersten und zweiten Membrananziehung und -trennung erzeugt wird, beträgt ca. 1,1 bis 1,3 mV/cm, und die Feldstärke, die vorliegt, wenn jede Membran an ihrer Segmentelektrode gehalten wird, beträgt ca. 2,2 bis 3,3 mV/cm.
Bei dem oben beschriebenen Ansteuerungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform wird eine Verformung der Trennwände der Druckkammer einer angesteuerten Düseneinheit verhindert oder zumindest verringert, indem auch die Membranen der benachbarten nicht angesteuerten Düseneinheiten von den jeweiligen Segmentelektroden angezogen und dort gehalten werden. Als Ergebnis kann eine geringe Nachgiebigkeit der Druckkammern 5(2), 5(4) der nicht angesteuerten Düseneinheiten (2) und (4) erzielt werden.
Deshalb kann ein Biegen der Trennwände 8(2), 8(3), die die Druckkammer 5(3) von den Druckkammern 5(2), 5(4) trennen, aufgrund der Druckänderung in der Druckkammer 5(3) der angesteuerten Düseneinheit (3) verhindert oder unterdrückt werden.
Da Druckübersprechen zwischen Druckkammern verhindert oder unterdrückt werden kann, ungeachtet, ob benachbarte Düsen angesteuert sind oder nicht, kann deshalb ein Einfluss auf die Tintenausstoßeigenschaften jeder Düseneinheit durch ein derartiges Biegen selbst bei einem Tintenstrahlkopf hoher Düsendichte mit dünnen Trennwänden verhindert oder unterdrückt werden. Es ist deshalb möglich, eine hohe Auflösung und präzises Drucken mit hoher Qualität durch die Anwendung des Ansteuerungsverfahrens dieser Ausführungsform auf einfache Weise sicherzustellen.
Alternative Ausführungsform des Ansteuerungsverfahrens
Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass die in 6 dargestellten Wellenformen der Treiberspannung nur ein Beispiel entsprechend einer Ausführungsform des Ansteuerungsverfahrens der Erfindung repräsentieren, und dass durch die Verwendung anderer Wellenformen der Treiberspannung alternative Ausführungsformen implementiert werden können.
So werden z. B. bei der oben erläuterten Ausführungsform die Membranen aller nicht angesteuerten Düseneinheiten von den entsprechenden Segmentelektroden am Ende jedes Ausstoßzyklus freigegeben und zu Beginn des nächsten Ausstoßzyklus wieder angezogen. Alternativ kann die Membran jeder nicht angesteuerten Düseneinheit über das Ende eines Ausstoßzyklus hinaus in Kontakt mit der entsprechenden Segmentelektrode gehalten werden, vorausgesetzt, die betreffende Düseneinheit bleibt im nächsten Ausstoßzyklus eine nicht angesteuerte Düseneinheit und es sind noch zu druckende Druckdaten vorhanden. Mit anderen Worten, so lang noch zu druckende Druckdaten vorhanden sind, werden in jedem bestimmten Ausstoßzyklus nur die Membranen der angesteuerten Düseneinheiten zum Tintenausstoß freigegeben und anschließend erneut angezogen, während die anderen Membranen zwischen aufeinander folgenden Ausstoßzyklen angezogen bleiben.
7 ist ein typisches Flussdiagramm dieser Ausführungsform des Ansteuerungsverfahrens, das nachstehend unter Bezugnahme auf die 4 und 7 beschrieben wird. Auch hier wird wieder angenommen, dass die Düseneinheit (3) eine angesteuerte Düseneinheit ist und die benachbarten Düseneinheiten (2) bzw. (4) nicht angesteuerte Düseneinheiten sind.
Wenn Druckdaten empfangen werden und das Drucken beginnt (Schritt ST70 in 7), wird Spannung an den elektrostatischen Aktor in jeder Düseneinheit (2) bis (4) gelegt, um die Membranen 51(2) bis 51(4) gleichzeitig an die entsprechenden Segmentelektroden 10(2) bis 10(4) anzuziehen und damit in Kontakt zu halten (Schritt ST71 in 7: Anziehen der Membran). Indem dann die Spannung zwischen den Membranen 51(2) bis 51(4) und den entsprechenden Segmentelektroden 10(2) bis 10(4) angelegt bleibt, werden diese Membranen mit den entsprechenden Segmentelektroden in Kontakt gehalten (Schritt ST72 in 7: Membran halten).
Es ist zu beachten, dass die Spannung, die in jedem Aktor erforderlich ist, um den Kontakt zwischen seiner Membran 51 und der Segmentelektrode 10 aufrechtzuerhalten, niedriger ist als die Spannung, die zum erstmaligen Anziehen der Membran an die Segmentelektrode erforderlich ist. Der Grund hierfür ist, dass die elektrostatische Kraft umgekehrt proportional ist zum Quadrat des Abstands zwischen den beiden Elektroden.
Dann wird der Kontakt zwischen den Membranen 51(2) und 51(4) und den Segmentelektroden 10(2) und 10(4) für die nicht angesteuerten Düseneinheiten (2) und (4) aufrechterhalten (Schritte ST72 bis ST74 in 7). Die Membran 51(3) der angesteuerten Düseneinheit (3) wird jedoch rasch von der Segmentelektrode 10(3) freigegeben. Dies geschieht dadurch, dass ein Potential an die Segmentelektrode 10(3) gelegt wird, das gleich ist dem der Membran 51(3) und dadurch die Elektroden rasch entladen werden. Dadurch kann die Membran 51(3) aufgrund ihrer inhärenten Elastizität in ihre neutrale Position zurückkehren wie in 4(b) dargestellt, wodurch das Volumen der Druckkammer 5(3) rasch verkleinert und ein Tintentröpfchen aus der Düse 11(3) ausgestoßen wird (Schritt ST75, 7: Tintenausstoß).
Nachdem so ein Tintentröpfchen aus der Düse 11(3) ausgestoßen worden ist, wird die Membran 51(3) erneut an die Segmentelektrode 10(3) angezogen und der Kontakt zwischen ihnen aufrechterhalten (Schritt ST76, erneutes Anziehen der ersten Membran und Schritt ST72). Der in 4(a) dargestellte Kontaktzustand ist somit wieder hergestellt.
Die oben angegebenen Schritte schließen den Ausstoßvorgang für ein einziges Tintentröpfchen ab. Zum Ausstoßen mehrerer Tintentröpfchen wird dieser Prozess einfach entsprechend oft wiederholt. Nachdem der Tintenausstoß zum Abschluss der Druckoperation beendet ist, werden alle Membranen 51(2) bis 51(4) von den entsprechenden Segmentelektroden 10(2) bis 10(4) freigegeben (Schritte ST73 und ST77, Membran freigeben). Die Geschwindigkeit, mit der die Membranen freigegeben werden, ist niedriger als die zum Ausstoßen der Tintentröpfchen verwendete. Damit ist die Druckoperation für die empfangenen Druckdaten beendet (Schritt ST78 in 7).
8 ist ein Impulsdiagramm der Treiberspannung, die zwischen den Segmentelektroden und den Membranen angelegt ist, um die obige Operation zu erzielen. Die Treiberspannung wird von dem in 2 dargestellten Spannungsbeaufschlagungsmittel 26 oder – genauer – von der in 9 dargestellten Kopftreiber-IC erzeugt.
Nunmehr sei auf 8 verwiesen, wonach ein vollständiger Drucksteuerungsprozess (z. B. Drucken einer Zeile bei einem seriellen Drucker oder eine Seite bei einem Zeilendrucker) im Intervall vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t7 abgeschlossen wird. Beim vorliegenden Beispiel werden während dieser Zeitspanne zwei Tintentröpfchen ausgestoßen. Die anschließende Zeitspanne von der Zeit t8 bis t10 ist die Zeitspanne, in der eine Potentialumkehrsteuerung erfolgt, während der kein Ausstoß eines Tintentröpfchens erfolgt. Diese Potentialumkehrsteuerung wird nachstehend näher beschrieben.
Die Grundimpulswellenform Vp1 ist in 8(b) dargestellt. Ein Tintentröpfchen wird bei jedem Impuls dieser Grundimpulswellenform Vp1 ausgestoßen. So definieren z. B. das Intervall zwischen t2 und t4 und das zwischen t4 und t6 jeweils einen Ausstoßzyklus. Ein Tintentröpfchen wird aufgrund der steilen Änderung der Grundimpulswellenform Vp1 zum Zeitpunkt t3 und zum Zeitpunkt t5 aus der Düse ausgestoßen. Dieser erste und zweite Ausstoßzyklus werden wiederholt ausgeführt. Diese Grundimpulswellenform Vp1 hat eine steil ansteigende Flanke (Änderung auf das Potential Vh beginnend in den Zeitpunkten t3 und t5) und eine abfallende Flanke (Änderung auf das Massepotential GND beginnend in den Zeitpunkten t4 und t6), die weniger steil ist als die ansteigende Flanke.
Vp0 in 8(a) ist das Versorgungspotential einer Hochspannungsquelle (höher als der normale logische Pegel oder die Betriebsspannung der CPU von 3,3 bis 5 V). Die Steigung des Anstiegs von Vp0 in t1 und die des Abfalls in t7 sind gleich; sie sind hinreichend mäßig, so dass ein Ausstoß eines Tintentröpfchens verhindert wird, wenn die Änderung der Potentialdifferenz zwischen dem Versorgungspotential Vp2 und dem Massepotential GND zwischen einer Membran und einer Segmentelektrode auftritt.
Als Beispiel sei auf die drei Düseneinheiten (2) bis (4) in 4 verwiesen, bei denen die Membranen 51 von t1 bis t7 wie in 8(c) dargestellt auf dem Versorgungspotential Vp2 gehalten werden. Die Potentialumkehrsteuerung wird von t8 bis t10 angewendet, so dass die Membranen 51 auf dem Massepotential GND gehalten werden. Die Membranen 51 werden mit den entsprechenden Segmentelektroden 10 ab dem Zeitpunkt t2 in einem Bereitschaftszustand in Kontakt gehalten.
Wie aus 8(d) ersichtlich ist, hat das Potential der Segmentelektrode 10(3) der angesteuerten Düseneinheit (3) während des ersten Ausstoßzyklus von t2 bis t4 die gleiche Form wie die Grundimpulswellenform Vp1. Im ersten Ausstoßzyklus steigt dieses Potential bei t3 steil auf das Versorgungspotential Vp2 an (das gemeinsame Elektrodenpotential) und wird dann bis kurz vor t4 auf dem gemeinsamen Elektrodenpotential gehalten. Nach t4 wird die Segmentelektrode wieder auf dem Massepotential GND gehalten. Im zweiten Ausstoßzyklus steigt das Potential bei t5 wieder steil an, wird bis kurz vor t6 auf diesem hohen Potential und dann wieder auf dem Massepotential GND gehalten.
Wie 8(e) zeigt ist die Potentialdifferenz zwischen der Membran 51(3) und der Segmentelektrode 10(3) der angesteuerten Düseneinheit (3) zwischen t2 und t3 im ersten Ausstoßzyklus und zwischen t4 und t5 im zweiten Ausstoßzyklus positiv; zwischen t3 und t4 im ersten Ausstoßzyklus und zwischen t5 und t6 im zweiten Ausstoßzyklus ist sie null. Mit anderen Worten, zwischen t3 und t4 sowie während t5 und t6 baut sich an diesen Elektroden keine statische Ladung auf, die die Membran an die Segmentelektrode anzieht. Die positive Potentialdifferenz, die während der anderen Zeiten erzeugt wird, erzeugt eine statische Ladung, durch die sich die Membran und die Segmentelektrode anziehen, so dass die Membran in Kontakt mit der Segmentelektrode gehalten wird.
Als Ergebnis wird die Membran 51(3) im ersten Ausstoßzyklus im Zeitpunkt t3 rasch von der Segmentelektrode 10(3) freigegeben und kehrt dadurch in ihre neutrale Position zurück, wodurch der Ausstoß eines Tintentröpfchens aus der Düse 11(3) eine gewisse Zeit nach t3 bewirkt wird. Im Zeitpunkt t3 wird die Membran 51(3) dann wieder an die Segmentelektrode 10(3) angezogen und der Kontaktzustand (Bereitschaftszustand) zwischen beiden wieder hergestellt. Im zweiten Ausstoßzyklus wird die Membran 51(3) in t5 gleichermaßen rasch von der Segmentelektrode 10(3) freigegeben und kehrt so in ihre neutrale Position zurück, wodurch der Ausstoß eines Tintentröpfchens aus der Düse 11(3) eine gewisse Zeit nach t5 bewirkt wird. Im Zeitpunkt t6 wird die Membran 51(3) dann wieder an die Segmentelektrode 10(3) angezogen und der Kontaktzustand zwischen beiden wieder hergestellt.
Wie aus 8(f) ersichtlich ist, wird die Segmentelektrode in den benachbarten nicht angesteuerten Düseneinheiten (2) und (4) während des ersten und zweiten Ausstoßzyklus auf dem Massepotential gehalten. Die Potentialdifferenz zwischen den Membranen 51(2), 51(4) und den Segmentelektroden 10(2) bzw. 10(4) im ersten und zweiten Ausstoßzyklus ist damit gleich dem Versorgungspotential Vp2 wie in 8(g) dargestellt. Die Membranen 51(2), 51(4) werden deshalb in t1 im ersten Ausstoßzyklus zur Berührung mit den Segmentelektroden 10(2) bzw. 10(4) angezogen und bis t7 in diesem Kontaktzustand gehalten. Dann wird die Potentialdifferenz allmählich verringert, um den Bereitschaftszustand zu beenden. Genauer gesagt, die Ladung der Elektroden wird allmählich entladen. Dies bedeutet, dass die Freigabe der Membranen 51(2) bis 51(4) beginnt und die Membranen allmählich mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als derjenigen zum Ausstoßen des Tintentröpfchens in ihre Normalposition zurückkehren.
Die Auslenkung der Membran 51(3) der angesteuerten Düseneinheit (3) einerseits und der Membranen 51(2) und 51(4) der nicht angesteuerten Düseneinheiten (2) und (4) andererseits ist in den 8(h) bzw. 8(i) dargestellt. Die Auslenkung ist in diesen Diagrammen in senkrechter Richtung dargestellt, wobei G den Spalt zwischen der Membran 51 und der Segmentelektrode 10 angibt, wenn keine Spannung zwischen den Elektroden angelegt ist. Eine Verringerung des Spalts G ist als (–) Änderung und eine Vergrößerung als (+) Änderung dargestellt.
Die Position der Membran 51(3) in den jeweiligen Zeitpunkten wird nachstehend anhand der Schritte im Flussdiagramm von 7 beschrieben. Die für jeden Schritt im Fall eines typischen elektrostatischen Tintenstrahlkopfes erforderliche Zeit ist zum Vergleich in Klammern angegeben.

(1) t1 bis t2 (ca. 2 μsec bis 1 msec): Die Membran 51(3) wird zum Kontakt mit der Segmentelektrode 10(3) angezogen (ST71, Anziehung der ersten Membran).
(2) t2 bis t3 (ca. 40 μsec oder länger): Der Kontakt zwischen der Membran 51(3) und der Segmentelektrode 10(3) wird gehalten (ST72, Halten der ersten Membran in Kontakt mit der Segmentelektrode).
(3) t3 bis t4 (Zeit von t3 bis zum tatsächlichen Tintenausstoß ca. 30 bis 125 μsec; Zeit vom Tintenausstoß bis t4 ca. 10 μsec): Die Membran 51(3) wird in t3 rasch freigegeben und kehrt in ihre neutrale Position und darüber hinaus zurück, wodurch die Tinte in der Druckkammer 5(3) mit Druck beaufschlagt und ein Tintentröpfchen im Zeitpunkt h1 aus der Düse 11(3) ausgestoßen wird (ST74, Tintenausstoß). Die Membran 51(3) vibriert dann, und in einem Punkt, der im Wesentlichen auf den Vibrationszyklus der Membran 51(3) synchronisiert ist, d. h. während die Membran in (–) Richtung ausgelenkt ist, wird wieder eine Spannung zwischen der Membran 51(3) und der Segmentelektrode 10(3) angelegt, die ausreicht, um die Membran 51(3) wieder in Kontakt mit der Segmentelektrode 10(3) in t4 anzuziehen (ST74, erneutes Anziehen der ersten Membran an die Segmentelektrode).
(4) t4 bis t5 (ca. 2 bis 25 μsec): Zur Vorbereitung auf den nächsten Tintenausstoß in t5 wird der Kontakt zwischen der Membran 51(3) und der Segmentelektrode 10(3) bis t5 gehalten (ST72, Halten der ersten Membran in Kontakt mit der Segmentelektrode).
(5) t5 bis t7 (Zeit von t5 bis zum tatsächlichen Tintenausstoß ca. 30 bis 125 μsec; Zeit vom Tintenausstoß bis t6 ca. 10 μsec; Zeit von t6 bis t7 ca. 2 bis 25 μsec): Die Membran 51(3) wird erneut freigegeben, um im Zeitpunkt h2 ein Tintentröpfchen auszustoßen, indem der gleiche Zyklus wie oben beschrieben von t5 bis t7 für die gewünschte angesteuerte Düseneinheit wiederholt wird. Falls erforderlich wird der Zyklus von t5 bis t7 zweimal oder öfter wiederholt, um das Drucken zu beenden.
(6) t7 bis t8 (Zeit, die zur Freigabe der Membran von der Segmentelektrode in t7 und zu ihrer Rückkehr in die neutrale Position erforderlich ist: ca. 0,2 msec bis 1 msec): Die Membran 51(3) trennt sich in t7 allmählich von der Segmentelektrode 10(3), um den Drucksteuerungsprozess zu beenden. Es ist zu beachten, dass zu diesem Zeitpunkt keine Tinte aus der Düse 11(3) ausgestoßen wird (ST77, Membran freigeben).

Danach werden wie in 8(i) dargestellt die Membranen 51(2) und 51(4) der nicht angesteuerten Düseneinheiten (2) und (4) von t1 bis t2 zum Kontakt mit den Segmentelektroden 10(2) bzw. 10(4) angezogen (ST71, Membrananziehung). Der Kontakt zwischen diesen Elektroden wird dann bis t7 aufrechterhalten (ST72, Membran halten).
Da aus den Düsen 11(2) und 11(4) keine Tinte auszustoßen ist, werden die Membranen 51(2) und 51(4) selbst dann mit den Segmentelektroden 10(2) und 10(4) in Kontakt gehalten, wenn die Membran 51(3) der angesteuerten Düseneinheit (3) zum Ausstoßen von Tinte angesteuert wird, und die Nachgiebigkeit der Druckkammern 5(2) und 5(4) ist deshalb gering. Da die Nachgiebigkeit gering ist, während die entsprechenden Elektroden (Membran- und Segmentelektrode) miteinander in Kontakt gehalten werden, werden die Trennwände 8(1) bis 8(4) nicht ausgelenkt, und in der Druckkammer 5(3) der angesteuerten Düseneinheit (3) tritt kein Druckverlust auf, wenn die Membran 51(3) angesteuert wird, um Tinte durch die Düse 11(3) auszustoßen. Als Ergebnis gibt es keine Diskrepanz zwischen dem erwarteten Tintenausstoß und dem tatsächlichen Tintenausstoß aus der Düse 11(3) und es werden gleichmäßige Tintentröpfchen erzeugt.
In t7 werden die Membranen 51(2) und 51(4) der nicht angesteuerten Düseneinheiten (2) und (4) von den Segmentelektroden 10(2) und 10(4) freigegeben und kehren allmählich in ihre neutralen Positionen zurück, wodurch der Bereitschaftszustand des Drucksteuerungsprozesses beendet wird. Wie oben erwähnt wird zu diesem Zeitpunkt keine Tinte aus den nicht angesteuerten Düsen 11(2) und 11(4) ausgestoßen (ST77, Membran freigeben).
Wie oben beschrieben werden die Membranen 51(2) und 51(4) der nicht angesteuerten Düsenein heiten (2) und (4) mit den entsprechenden Segmentelektroden während des gesamten Zeitraums, in dem die Membran 51(3) der angesteuerten Düseneinheit (3) in Kontakt mit der Segmentelektrode 10(3) gehalten wird, in Kontakt gehalten und zum Ausstoßen von Tinte freigegeben; in dem in 4(a) dargestellten Bereitschaftszustand werden die Membranen aller Düseneinheiten (2) bis (4) mit den jeweiligen Segmentelektroden in Kontakt gehalten. Während die Membranen der nicht angesteuerten Düseneinheiten (2) und (4) mit den entsprechenden Segmentelektroden in Kontakt bleiben, wird Tinte aus der angesteuerten Düse 11(3) ausgestoßen. Wenn dann der Bereitschaftszustand beendet ist, werden die Membranen 51(2), 51(4) der nicht angesteuerten Düseneinheiten von den Segmentelektroden 10(2), 10(4) freigegeben und kehren allmählich in ihre neutralen Positionen zurück. Durch die Einstellung der Geschwindigkeit, mit der diese Membranen freigegeben werden und in ihre neutralen Positionen zurückkehren, kann zuverlässig verhindert werden, dass Tinte aus einer der nicht angesteuerten Düseneinheiten (2) und (4) ausgestoßen wird, wenn deren Membran in die neutrale Position zurückkehrt.
Wie sich aus dem Obigen ergibt, erzielt ein Ansteuerungsverfahren gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung konstant eine geringe Nachgiebigkeit der Druckkammern der nicht angesteuerten Düseneinheiten (2) und (4), die der angesteuerten Düseneinheit (3) benachbart sind, indem die Membranen 11(2) und 11(4) dieser nicht angesteuerten Düseneinheiten von den entsprechenden Segmentelektroden angezogen und in diesem Zustand zwischen den Elektroden während des gesamten Ausstoßzyklus der angesteuerten Düseneinheit gehalten werden.
Als Ergebnis der geringen Nachgiebigkeit der Druckkammer einer angesteuerten Düseneinheit und der ebenfalls geringen Nachgiebigkeit der Druckkammer(n) der benachbarten nicht angesteuerten Düseneinheit(en), kann ein Biegen der Trennwände zwischen den angesteuerten und den nicht angesteuerten Düseneinheiten aufgrund einer Druckänderung in der Druckkammer der angesteuerten Düseneinheit zuverlässig verhindert werden.
Es ist deshalb möglich, ein Druckübersprechen zwischen Druckkammern zu verhindern oder zu unterdrücken, ungeachtet, ob benachbarte Düsen angesteuert sind oder nicht. Wenn die Trennwände zwischen den Druckkammern dünn ausgeführt sind, um einen Tintenstrahlkopf hoher Dichte zu erzielen, können unerwünschte Tintenausstoßeigenschaften der Düseneinheiten zuverlässig verhindert oder unterdrückt werden, da die Trennwände daran gehindert sind, sich in unerwünschter Weise zu biegen. Durch die Anwendung des Ansteuerungsverfahrens dieser Erfindung können deshalb auf einfache Weise eine hohe Auflösung und präzises Drucker mit hoher Qualität sichergestellt werden.
Die Zeitspanne t8 bis t10 in 8 ist eine Potentialumkehrperiode zur Ausführung einer Potentialumkehrsteuerung. Die Potentialumkehrsteuerung beinhaltet das Anlegen einer Spannung an die elektrostatischen Aktoren, deren Polarität der der normalen Treiberspannung entgegengesetzt ist, die während der Zeitspanne von t1 bis t7 angelegt wird. Wie oben bereits erläutert worden ist, hat die Polaritätsumkehr den Zweck, eine Ladungsansammlung an den Elektroden der Aktoren zu verhindern. Genauer gesagt, stellt die Potentialumkehrsteuerung bei elektrostatischen Aktoren, die zur Verformung einer Membran und zum Ausstoß von Tintentröpfchen dienen, eine Technik dar, mit der eine eventuelle Restladung in der Membran beseitigt und ein gleich bleibend guter Ausstoß von Tintentröpfchen sichergestellt wird.
Gemäß dieser Potentialumkehrsteuerung wird nach der Verformung der Membran und dem Ausstoß eines Tintentröpfchens aus einer Düse während eines ersten Ansteuermodus mittels einer Spannung einer ersten Polarität, die zwischen der Membran und der Segmentelektrode angelegt wird, eine eventuelle Restladung, die sich während des ersten Ansteuermodus angesammelt hat, durch Anlegen einer Spannung einer der ersten Polarität entgegengesetzten zweiten Polarität zwischen der Membran und der Segmentelektrode während eines zweiten Ansteuermodus entfernt. In diesem zweiten Ansteuermodus wird keine Tinte aus der Düse ausgestoßen. Der zweite Ansteuermodus findet zwischen aufeinander folgenden Drucksteuerungsprozessen statt, d. h. mit einer geringeren Frequenz als der erste Ansteuermodus.
Da die Frequenz des ersten und des zweiten Ansteuermodus voneinander verschieden sind, ist die Ansammlung von Ladung immer noch problematisch. Bei einem seriellen Drucker kann dieses Problem jedoch dadurch angegangen werden, dass die Potentialumkehrsteuerung gemäß dem obigen zweiten Ansteuermodus ein Mal bei jeder hin- und hergehenden Bewegung des Tintenstrahlkopfes angewendet wird. Bei einem Zeilendrucker wird die Potentialumkehrsteuerung mittels des obigen zweiten Ansteuermodus in jedem Drucksteuerungsprozess angewendet. Dadurch ist es möglich, jegliche Ansammlung von Restladung in den Membranen auf ein praktisch vernachlässigbares Niveau zu unterdrücken, selbst wenn die Frequenz der ersten und der zweiten Ansteuermodusoperation voneinander verschieden sind.
Das in 8(c) dargestellte gemeinsame Elektrodenpotential geht während dieser Potentialumkehrsteuerung nach t8 (8) auf das Massepotential GND. Das in den 8(d) und (f) dargestellten Segmentelektrodenpotential geht auf das Versorgungspotential Vp2. Als Ergebnis ist die in den 8(e) und (g) dargestellte Wellenform der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden im Wesentlichen die Inverse der Wellenform des Versorgungspotentials Vp2.
Es ist zu beachten, dass bei dem anhand von 8 beschriebenen Ansteuerungsverfahren die Potentialumkehrsteuerung dazu dient, Restladungen zu beseitigen und die Funktion der Membran zu stabilisieren. Es ist jedoch auch möglich, diese Restladung während des Reinigungsprozesses der Düsen zu beseitigen, dem so genannten Spülen. Wie hinreichend bekannt ist, wird bei einem derartigen Reinigungsprozess Tinte aus den Düsen ausgestoßen, um Tinte hoher Viskosität aus den Tintenwegen im Tintenstrahlkopf zu beseitigen, um ein Verstopfen der Düsen zu verhindern. Der Reinigungsprozess wird typischerweise vor einem Druckprozess und/oder gemäß dem tatsächlichen Einsatz des Tintenstrahlkopfes ausgeführt, d. h. umso häufiger, je länger die Bereitschaftszeit (des gesamten Tintenstrahlkopfes oder bestimmter Düsen) ist. Die Potentialumkehrsteuerung kombiniert mit einem solchen Reinigungsprozess bedeutet ein Ausstoßen von Tinte zu Reinigungszwecken, indem Treiberimpulse an die elektrostatischen Aktoren gelegt werden, deren Polarität derjenigen der Treiberimpulse entgegengesetzt ist, die während des Druckprozesses angelegt werden. Wie z. B. aus 8 zu ersehen ist, werden positive Spannungsimpulse zum Drucken angelegt, wie in der Zeitspanne t1 bis t7 beispielhaft gezeigt. In diesem Fall würden im Reinigungsprozess negative Spannungsimpulse an die Aktoren einiger (diejenigen mit geringem Einsatz) oder aller Düseneinheiten gelegt. Anders als für den Zeitraum t8 bis t10 in 8 dargestellt würde dies typischerweise das Anlegen mehrerer kurzer negativer Impulse zum sequentiellen Ausstoßen einer bestimmten Anzahl Tintentröpfchen anstelle des einzigen dargestellten Impulses beinhalten.
Kopfsteuerung
Nachstehend wird eine Kopfsteuerung, die das oben dargelegte Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung implementiert, beschrieben. 9 ist ein Blockdiagramm einer Kopfsteuerung 100 zum Ansteuern des in den 1 bis 3 dargestellten Tintenstrahlkopfes 1.
Die Steuerung 100 weist eine CPU, einen ROM, einen RAM, einen Zeichengenerator 104, ein Gate Array (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) 105 und einen Impulsgenerator 106 auf. Druckinformationen werden von einem externen Gerät 103 über einen Bus an die CPU geliefert. Der ROM, der RAM und der Zeichengenerator 104 sind über einen internen Bus mit der CPU verbunden. Ein Teil des RAM dient als Arbeitsspeicher für den Ablauf eines im ROM gespeicherten Steuerprogramms und zum Erzeugen eines Treibersteuersignals für den Tintenstrahlkopf auf Basis von Zeichendaten, die der Zeichengenerator 104 erzeugt. Das Gate Array 105 liefert das Treibersteuersignal entsprechend den Druckdaten auf Basis eines Steuersignals von der CPU an eine Kopftreiber-IC 109 und ein Steuersignal an den Impulsgenerator 106.
Wenn das Steuersignal vom Gate Array 105 an den Impulsgenerator 106 geliefert wird, erzeugt dieser die Grundimpulswellenform Vp1 und liefert sie an die Kopftreiber-IC 109. Der Impulsgenerator 106 erzeugt die Grundimpulswellenform Vp1 mittels eines D/A-Wandlers aus einem digitalen Steuersignal. Mit anderen Worten, der Impulsgenerator 106 erzeugt die Impulswellenform Vp1 aus einem Steuersignal bezüglich der Impulssignalbedingungen einschließlich der Impulslänge der Treiberspannung, der Spannung, der Anstiegs- und der Abfallzeit.
Durch die Verwendung eines D/A-Wandlers im Impulsgenerator 106 kann eine gewünschte Impulswellenform Vp1 auf einfache Weise mit der gewünschten Präzision erzeugt werden, indem die Schrittgröße oder Auflösung (Anzahl der Bits) des D/A-Wandlers geeignet gewählt wird. Außerdem ist offensichtlich, dass wahlweise eine CR-Schaltung für den Treiberspannungs-Impulsgenerator 106 verwendet werden kann. In diesem Fall kann der Treiberspannungs-Impulsgenerator 106 zu niedrigeren Kosten bereitgestellt werden als wenn ein D/A-Wandler verwendet wird.
Das Treibersteuersignal und die Grundimpulswellenform Vp1 werden über einen Verbinder 107 an die auf dem Kopfsubstrat 108 ausgebildete Kopftreiber-IC 109 weitergeleitet. Die Kopftreiber-IC 109 (Schaltmittel) arbeitet gemäß dem Versorgungspotential Vp2 und der Treiberspannung Vcc der Logikschaltung. Die Kopftreiber-IC 109 schaltet zwischen Vp1 und dem Massepotential GND auf Basis des gelieferten Treibersteuersignals und legt so eine bestimmte Spannung an die elektrostatischen Aktoren der Düseneinheiten im Tintenstrahlkopf 1 an, wie bereits beschrieben worden ist.
10 ist ein Blockdiagramm der inneren Struktur der in 9 dargestellten Kopftreiber-IC 109. Wie oben erwähnt arbeitet die Kopftreiber-IC 109 entsprechend der Treiberspannung Vcc der Logikschaltung und des Versorgungspotentials Vp2 von der Versorgungsschaltung 110. Die Kopftreiber-IC 109 schaltet gemäß dem gelieferten Treibersteuersignal zwischen der Impulswellenform Vp1 und dem Massepotential GND und legt die gewählten Potentiale an die Gegenelektroden der zum Tintenausstoß angewählten Tintendüse. Im Folgenden gelten die gleichen Bezugszeichen für die beiden Signale, die an die Kopftreiber-IC 109 und die entsprechenden Anschlüsse der Kopftreiber-IC angelegt werden.
Die nachstehend näher beschriebene Kopftreiber-IC 109 ist ein CMOS-Treiber mit 64-Bit-Ausgang und hoher Spannungsfestigkeit. Die Kopftreiber-IC 109 ist äquivalent zu dem in 2 dargestellten Spannungsbeaufschlagungsmittel 26, das erzielt werden kann, indem die Kopftreiber-IC 109 so ausgelegt wird, dass sie in 5-Bit-Einheiten arbeitet.
Wie aus 10 ersichtlich ist, kennzeichnet das Bezugszeichen 91 ein statisches 64-Bit-Schieberegister, an das das logische Gate Array 105 64-Bit-Datenblöcke DI in einem seriellen Bitstrom liefert, der auf ein Impulssignal XSCL (Referenztaktimpuls) synchronisiert ist. Das Schieberegister 91 wandelt jeden Datenblock DI in parallele Daten, die die Düsenauswahlinformationen für jede der 64 Düsen repräsentieren.
Das Bezugszeichen 92 kennzeichnet eine statische 64-Bit-Verriegelungsschaltung zum Verriegeln und Speichern der 64-Bit-Daten, die im Schieberegister 91 gespeichert sind, gemäß der Steuerung durch einen Verriegelungsimpuls LP. Die verriegelten Daten werden dann an einen Bit-Inverter 93 ausgegeben. Die Verriegelungsschaltung 92 gibt 64 Düsensteuerbits aus, um das an die Segmentelektroden der 64 Düseneinheiten anzulegende Potential zu steuern.
Der Inverter 93 erzeugt das exklusive OR der Steuerbits von der Verriegelungsschaltung 92 sowie ein Signal REV und gibt das Resultat an einen Pegelwandler 94 aus. Der Pegelwandler 94 wandelt den Spannungspegel (logischer Pegel von 5 V oder 3,3 V) des Signals vom Inverter 93 auf den Spannungspegel des Kopftreibers (0 V bis 45 V).
Ein Segmenttreiber 95 ist ein 64-Kanal-Übertragungs-Gate. Auf Basis des Eingangs vom Pegelwandler 94 gibt der Segmenttreiber 95 entweder die Grundimpulswellenform Vp1 oder das Massepotential GND an die entsprechenden Ausgangsanschlüsse SEG1 bis SEG64 aus.
Wenn das Signal VseI auf High liegt (auf dem logischen hohen Pegel), gibt der COM-Treiber 96 in Abhängigkeit vom Signal REV entweder die Impulswellenform Vp1 oder GND an den Ausgangsanschluss COM aus.
Um das oben beschriebene Ansteuerungsverfahren zu verwirklichen, wird die Grundimpulswellenform Vp1 an den Anschluss Vp1 gelegt und Vp2 wird an den Anschluss Vp2 gelegt. Die in den 6 und 8 dargestellte Potentialumkehrsteuerung wird auf einfache Weise dadurch erreicht, dass das Signal REV auf Low gelegt wird. Ferner kann der oben beschriebene Reinigungsprozess des Tintenstrahlkopfes zum Beseitigen von Tinte mit erhöhter Viskosität erfolgen, indem VseI auf High gelegt wird, um die Ansteuerung mit einer Polarität auszuführen, die der der normalen Treiberimpulse entgegengesetzt ist, oder mit einer abwechselnden Polarität.
Die Ausgangsanschlüsse SEG1 bis SEG64 sind jeweils mit den Anschlussteilen 10b der Segmentelektroden 10 elektrisch verbunden. Der Ausgangsanschluss COM ist mit dem gemeinsamen Elektrodenanschluss 27 elektrisch verbunden.
Die Signale XSCL, DI, LP und REV sind Signale mit logischem Pegel und werden vom Gate Array 105 an die Kopftreiber-IC 109 geschickt.
Mit dieser Konfiguration der Kopftreiber-IC 109 können die Elektroden auf einfache Weise zwischen der Impulswellenform Vp1 und GND schalten, selbst wenn die Anzahl der Düseneinheiten (Segmentelektroden zunimmt), und die oben beschriebene Potentialumkehrsteuerung lässt sich leicht verwirklichen.
Die Funktionsweise der Kopftreiber-IC 109 wird anhand der Tabellen 1 bis 3 deutlicher; Tabelle 1 zeigt die Wahrheitstabelle der Kopftreiber-IC, d. h. die Ausgangssignale (Potentiale) an einem beliebigen Ausgang der Ausgänge SEG1 bis SEG64 und am gemeinsamen Ausgang COM in ihrer Abhängigkeit von den Eingangssignalen DI (Druckdatensignal für die betrachtete Düseneinheit), REV und SeI. In Abhängigkeit von diesen Signalen gibt es 8 mögliche Kombinationen Nr. 1 bis Nr. 8 aus Segmentelektrodenpotential und gemeinsamem Elektrodenpotential.
Tabelle 1
Tabelle 2 zeigt, welche dieser Kombinationen in der Ausführungsform von 6 eingesetzt ist, während Tabelle 3 die entsprechenden Kombinationen für die Ausführungsform von 8 zeigt. In diesen Tabellen bezieht sich "angesteuert" auf eine angesteuerte Düseneinheit und "nicht angesteuert" auf eine nicht angesteuerte Düseneinheit.
Tabelle 2
Tabelle 3
Nunmehr sei auf 11 verwiesen, in der (a) die CMOS-Schaltungsauslegung einer Ein-Bit-Einheit des Segmenttreibers 95 und 11(b) die CMOS-Schaltungsauslegung des COM-Treibers 96 zeigt.
Wie oben erwähnt gibt der Segmenttreiber 95 entweder Vp1 oder GND an jeden Ausgangsanschluss SEGn (wobei n = 1, 2, ..., 64) aus. Der COM-Treiber 96 ist so ausgelegt, dass er den Ausgangsanschluss COM zwischen Vh, Vp1, Vp2 und GND schaltet. Es ist zu beachten, dass der COM-Treiber 96 ein Zwei-Wege-Übertragungs-Gate ist.
Indem der Segmenttreiber 95 und der COM-Treiber 96 auf diese Weise vorgesehen sind, können verschiedene Ansteuerungsverfahren verwirklicht werden, einschließlich der unter Bezugnahme auf 8 beschriebenen Technik der Potentialumkehrsteuerung.
Tintenstrahldrucker
12 zeigt das Äußere eines beispielhaften Tintenstrahldruckers 200 gemäß der vorliegenden Erfindung, bei dem das Ansteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Dieser Tintenstrahldrucker 200 hat einen elektrostatischen Tintenstrahlkopf 201. Dieser elektrostatische Tintenstrahlkopf 201 ist ein Tintenstrahlkopf des Zeilentyps und ist grundsätzlich identisch mit dem in den 1 bis 3 dargestellten Tintenstrahlkopf 1. Er hat 1440 Düsen, die in Reihe gegenüber dem Druckpapier 210 mit einer Teilung von 0,07 mm (360 dpi) angeordnet sind.
Der Tintenstrahldrucker 200 hat ferner einen Papiertransportmechanismus 202 für den Vorschub des Druckpapiers 210 in Richtung des Pfeils A. Tintentröpfchen werden synchronisiert auf die Transportgeschwindigkeit des Druckpapiers 210 aus dem Tintenstrahlkopf 201 ausgestoßen, und der Drucker druckt so auf das Papier oder ein anderes anstelle des Papiers verwendetes Aufzeichnungsmedium.
Ein Tintenzufuhrmechanismus ist in einem Fach 203 untergebracht. Obwohl nicht dargestellt hat der Tintenzufuhrmechanismus einen Tintenbehälter zur Speicherung von Tinte, eine Tintenumwälzpumpe, um Tinte zum Tintenstrahlkopf 201 zu fördern und von diesem zurückzugewinnen und einen Tintenschlauch, der den Tintenbehälter, die Umwälzpumpe und den Tintenstrahlkopf 201 verbindet. Diese verschiedenen Teile des Tintenzufuhrmechanismus sind im Fach 203 untergebracht.
Dieser Tintenstrahldrucker 200 hat ferner eine Kopfsteuerung 100 (Treibermittel) zum Implementieren des oben beschriebenen Ansteuerungsverfahrens. Diese Kopfsteuerung 100 steuert den Tintenstrahlkopf 201, den Transportmechanismus 202 und den Tintenzufuhrmechanismus in Reaktion auf Druckdaten, die sie von einem übergeordneten Gerät beispielsweise einem Strichcode-Scanner oder einem anderen direkt damit verbundenen oder indirekt z. B. über ein Netzwerk verbundenen Gerät empfängt.
Es ist zu beachten, dass der Tintenstrahlkopf 201 dieser Ausführungsform zwar als Kopf des Zeilentyps beschrieben wird, der ortsfest gehalten wird, um auf ein Druckpapier 210 zu drucken, das am Tintenstrahlkopf vorbei transportiert wird, es jedoch offensichtlich ist, dass die vorliegende Erfindung auch auf andere Typen von Tintenstrahldruckern angewendet werden kann, einschließlich serieller Drucker, die durch Abtasten des Aufzeichnungsmediums mit dem Tintenstrahlkopf drucken, und Tintentröpfchen auf das Medium synchron mit dem Vorschub des Mediums ausstoßen.
Ein Tintenstrahldrucker gemäß der vorliegenden Erfindung kann somit eine hohe Auflösung und präzises Drucken erzielen, da er einen elektrostatischen Tintenstrahfkopf 201 mit hoher Dichte verwendet, der von einer Kopfsteuerung 100 gemäß dieser Erfindung angesteuert wird. Er kann außerdem schnelles Drucken mit hoher Auflösung mittels der einfachen Steuerung durch den Tintenstrahlkopf erzielen.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Ansteuerungsverfahren vorstehend nur beispielhaft anhand eines elektrostatischen Tintenstrahlkopfes beschrieben worden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch auf andere Typen von Tintenstrahlköpfen angewendet werden, die eine Druckkammer und eine auslenkbare Membran zur Volumenänderung der Druckkammer haben. Insbesondere kann die Erfindung auch zur Ansteuerung piezoelektrischer Elemente mittels des z. B. in 16 der JP-A-9-314837 dargestellten Verfahrens angewendet werden.

Claims

Verfahren zum Ansteuern eines Tintenstrahlkopfes, der mindestens eine erste und eine zweite Düseneinheit hat, wobei die erste Düseneinheit eine erste Druckkammer (5(3)), eine erste Düse (11(3)), die mit der ersten Druckkammer (5(3)) in Verbindung steht, eine flexibel auslenkbare erste Membran (51(3)) als Teil der die erste Druckkammer (5(3)) begrenzenden Wände und einen ersten Aktor (10(3), 51(3)) zum Auslenken der ersten Membran (51(3)), so dass ein Tintentröpfchen aus der ersten Düse (11(3)) ausgestoßen wird, hat, und die zweite Düseneinheit eine zweite Druckkammer (5(2)), eine zweite Düse (11(2)), die mit der zweiten Druckkammer (5(2)) in Verbindung steht, eine flexibel auslenkbare zweite Membran (51(2)) als Teil der die zweite Druckkammer (5(2)) begrenzenden Wände und einen zweiten Aktor (10(2), 51(2)) zum Auslenken der zweiten Membran (51(2)), so dass ein Tintentröpfchen aus der zweiten Düse (11(2)) ausgestoßen wird, hat, wobei die erste und zweite Druckkammer durch eine erste Trennwand (8(2)) getrennt sind und das Verfahren die Schritte aufweist: (a) Ansteuern des ersten Aktors (10(3), 51(3)), um die erste Membran (51(3)) aus einer neutralen Position in eine ausgelenkte Position zu versetzen, um das Volumen der ersten Druckkammer (5(3)) zu vergrößern; (b) Ansteuern des zweiten Aktors (10(2), 51(2)), um die zweite Membran (51(2)) aus einer neutralen Position in eine ausgelenkte Position zu versetzen, um das Volumen der zweiten Druckkammer (5(2)) zu vergrößern; und (c) nach den Schritten (a) und (b) Ansteuern des ersten Aktors (10(3), 51(3)), um es der ersten Membran (51(3)) zu gestatten, mit einer ersten Geschwindigkeit, die hinreichend hoch ist, um zu bewirken, dass ein Tintentröpfchen aus der ersten Düse (11(3)) ausgestoßen wird, in ihre neutrale Position zurückzukehren, während die zweite Membran (51(2)) in ihrer ausgelenkten Position gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner den Schritt aufweisend: (d) nach dem Schritt (c) Ansteuern des zweiten Aktors (10(2), 51(2)), um es der zweiten Membran (51(2)) zu gestatten, mit einer zweiten Geschwindigkeit, die hinreichend niedrig ist, um zu verhindern, dass ein Tintentröpfchen aus der zweiten Düse (11(2)) ausgestoßen wird, in ihre neutrale Position zurückzukehren.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner den Schritt aufweisend: (e) nach dem Schritt (c) und während die zweite Membran (51(2)) noch in ihrer ausgelenkten Position gehalten wird, Ansteuern des ersten Aktors (10(3), 51(3)), um die erste Membran (51(3)) erneut aus ihrer neutralen Position in ihre ausgelenkte Position zu versetzen.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner den Schritt aufweisend: (f) nach dem Schritt (e) Ansteuern des ersten und zweiten Aktors, um es der ersten und der zweiten Membran zu gestatten, mit einer Geschwindigkeit, die hinreichend niedrig ist, um zu verhindern, dass ein Tintentröpfchen aus der ersten und zweiten Düse ausgestoßen wird, in ihre neutrale Position zurückzukehren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Tintenstrahlkopf eine dritte Düseneinheit hat, die eine dritte Druckkammer, eine dritte mit der dritten Druckkammer in Verbindung stehende dritte Düse und eine flexibel auslenkbare dritte Membran als Teil der die dritte Druckkammer begrenzenden Wände und einen dritten Aktor zum Auslenken der dritten Membran aufweist, um ein Tintentröpfchen aus der dritten Düse auszustoßen, wobei die erste und die dritte Druckkammer voneinander durch eine oder mehrere Druckkammern anderer Düseneinheiten getrennt sind, und bei dem in den Schritten (b), (d) bzw. (f) der dritte Aktor auf die gleiche Weise wie der zweite Aktor (10(2), 51(2)) angesteuert wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem der vorigen Ansprüche zum Steuern eines elektrostatischen Tintenstrahlkopfes, bei dem die Aktoren (10(3), 51(3)) jeweils elektrostatische Aktoren sind, bestehend aus einer jeweiligen Membran (51(3)) als gemeinsame Elektrode und einer jeweiligen Segmentelektrode (10(3)), wobei die ausgelenkte Position der jeweiligen Membran eine Position ist, in der diese Membran mit der Segmentelektrode des jeweiligen Aktors in Kontakt gehalten wird.
Verwendung nach Anspruch 6, ferner den Schritt aufweisend: (g) Beseitigen einer eventuellen Restladung von den Membranen und den Segmentelektroden.
Treiber zum Ansteuern eines elektrostatischen Tintenstrahlkopfes, der mindestens eine erste und eine zweite Düseneinheit hat, wobei die erste Düseneinheit eine erste Druckkammer (5(3)), eine erste Düse (11(3)), die mit der ersten Druckkammer (5(3)) in Verbindung steht, eine flexibel auslenkbare erste Membran (51(3)) als Teil der die erste Druckkammer (5(3)) begrenzenden Wände und einen ersten Aktor (10(3), 51(3)) zum Auslenken der ersten Membran (51(3)), so dass ein Tintentröpfchen aus der ersten Düse (11(3)) ausgestoßen wird, hat, und die zweite Düseneinheit eine zweite Druckkammer (5(2)), eine zweite Düse (11(2)), die mit der zweiten Druckkammer (5(2)) in Verbindung steht, eine flexibel auslenkbare zweite Membran (51(2)) als Teil der die zweite Druckkammer (5(2)) begrenzenden Wände und einen zweiten Aktor (10(2), 51(2)) zum Auslenken der zweiten Membran (51(2)), so dass ein Tintentröpfchen aus der zweiten Düse (11(2)) ausgestoßen wird, hat, bei dem der erste Aktor (10(3), 51(3)) ein elektrostatischer Aktor ist, bestehend aus der ersten Membran (51(3)) als gemeinsame Elektrode und einer ersten Segmentelektrode (10(3)) und der zweite Aktor (10(2), 51(2)) ein elektrostatischer Aktor ist, bestehend aus der zweiten Membran (51(2)) als gemeinsame Elektrode und einer zweiten Segmentelektrode (10(2)); und bei dem die erste und zweite Druckkammer von einer ersten Trennwand getrennt sind, aufweisend: Schaltmittel zum Schalten des an die erste und zweite Membran angelegten Potentials und des an die erste und zweite Segmentelektrode angelegten Potentials; Treiberimpuls-Generatormittel zum Erzeugen eines Treiberimpulses; und ein Steuermittel zum Steuern des ersten und zweiten Aktors durch Ändern des Treiberimpulses, der vom Treiberimpuls-Generatormittel erzeugt wird, mittels des Schaltmittels, so dass der erste Aktor (10(3), 51(3)) so angesteuert wird, dass die erste Membran (51(3)) aus einer neutralen Position in eine ausgelenkte Position versetzt wird, um das Volumen der ersten Druckkammer (5(3)) zu vergrößern; der zweite Aktor (10(2), 51(2)) im Wesentlichen gleichzeitig mit dem ersten so angesteuert wird, dass die zweite Membran (51(2)) aus einer neutralen Position in eine ausgelenkte Position versetzt wird, um das Volumen der zweiten Druckkammer (5(2)) zu vergrößern; und dann der erste Aktor (10(3), 51(3)) so angesteuert wird, dass die erste Membran (51(3)) mit einer hinreichend hohen Geschwindigkeit, um zu bewirken, dass ein Tintentröpfchen aus der ersten Düse (11(3)) ausgestoßen wird, in ihre neutrale Position zurückkehrt, während die zweite Membran (51(2)) in ihrer ausgelenkten Position gehalten wird.
Tintenstrahldrucker mit einem elektrostatischen Tintenstrahlkopf mit mindestens einer ersten und einer zweiten Düseneinheit, wobei die erste Düseneinheit eine erste Druckkammer (5(3)), eine erste Düse (11(3)), die mit der ersten Druckkammer (5(3)) in Verbindung steht, eine flexibel auslenkbare erste Membran (51(3)) als Teil der die erste Druckkammer (5(3)) begrenzenden Wände und einen ersten Aktor (10(3), 51(3)) zum Auslenken der ersten Membran (51(3)), so dass ein Tintentröpfchen aus der ersten Düse (11(3)) ausgestoßen wird, hat, und die zweite Düseneinheit eine zweite Druckkammer (5(2)), eine zweite Düse (11(2)), die mit der zweiten Druckkammer (5(2)) in Verbindung steht, eine flexibel auslenkbare zweite Membran (51(2)) als Teil der die zweite Druckkammer (5(2)) begrenzenden Wände und einen zweiten Aktor (10(2), 51(2)) zum Auslenken der zweiten Membran (51(2)), so dass ein Tintentröpfchen aus der zweiten Düse (11(2)) ausgestoßen wird, hat, bei dem der erste Aktor (10(3), 51(3)) ein elektrostatischer Aktor ist, bestehend aus der ersten Membran (51(3)) als gemeinsame Elektrode und einer ersten Segmentelektrode (10(3)) und der zweite Aktor (10(2), 51(2)) ein elektrostatischer Aktor ist, bestehend aus der zweiten Membran (51(2)) als gemeinsame Elektrode und einer zweiten Segmentelektrode (10(2)); und bei dem die erste und zweite Druckkammer von einer ersten Trennwand getrennt sind, aufweisend: Mittel zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5.