DE60317760T2

DE60317760T2 - Tintenstrahlkopf und Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE60317760T2
Application number: DE60317760T
Authority: DE
Inventors: Ryutaro Mishima-shi Kusunoki
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2023-09-06
Also published as: CN1504332A; CN1247378C; EP1426185A1; DE60317760D1; US7018013B2; EP1426185B1; US20050099452A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Tintenstrahlkopf und auf einen Tintenstrahldrucker, der eine Bilderzeugung ausführt, indem er einen Tintentropfen ausstößt.
DISKUSSION DES STANDES DER TECHNIK
Bei einer herkömmlichen Technik ist ein Schermodus-Tintenstrahlkopf bekannt, der in dem US-Patent Nr. 4,879,568 offenbart ist, bei dem eine Kapazität in einer Druckkammer durch ein Druckmittel variiert wird, das eine Scherverformung entsprechend einem elektrischen Signal erzeugt, um selektiv Tinte von einer Ausstoßdüse auszustoßen, die in jeder Druckkammer vorgesehen ist, wodurch eine Bilderzeugung ausgeführt wird. Diese Art von Schermodus-Tintenstrahlkopf hat die Eigenschaft, dass die Druckkammer einfach mit hoher Dichte angeordnet werden kann.
Jedoch weist der zuvor beschriebene Schermodus-Tintenstrahlkopf ein Problem dahingehend auf, dass ein Phänomen auftritt, das als so genannter "Crosstalk" bezeichnet wird, bei dem eine Druckfluktuation in manchen Druckkammern eine Druckschwankung oder Strömungsgeschwindigkeitsschwankung der Tinte in einer benachbarten Druckkammer erzeugt. Es wird davon ausgegangen, dass der Crosstalk auftritt, da der Druck der Tinte in der Druckkammer eine Trennwand zwischen den Druckkammern verlagert, wodurch der Tintendruck in der benachbarten und in den in der Nähe angeordneten Druckkammern verändert wird.
Druckkammern an der Seite beider Enden innerhalb eines Druckbereichs empfangen den Crosstalk nur von den anderen Druckkammern, die an der Innenseite innerhalb des Druckbereichs positioniert sind, während die Druckkammern, die an der Innenseite des Druckbereichs positioniert sind, den Crosstalk von den beidseitig angeordneten Druck kammern empfangen. Entsprechend ist der Einfluss des Crosstalks zwischen den Druckkammern, die an beiden Seiten innerhalb des Druckbereichs und den Druckkammern, die an der Innenseite desselben positioniert sind, verschieden. Dies führt zu einer Differenz zwischen einem Volumen desjenigen Tintentropfens, der von einer Ausstoßdüse ausgestoßen wird, die mit den Druckkammern kommuniziert, die an beiden Seiten innerhalb des Druckbereichs positioniert sind, und einem Volumen eines Tintentropfens, der von einer Ausstoßdüse ausgestoßen wird, die mit den Druckkammern kommuniziert, die an der Innenseite des Druckbereichs positioniert sind, wodurch leicht eine ungleichförmige Dichte oder eine Verschlechterung der Abbildungsqualität bei einer Drucksache erzeugt wird.
Ein in 13 dargestellter Tintenstrahlkopf ist beispielsweise in der nicht geprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 2000-135987 als ein Tintenstrahlkopf offenbart, der dazu dienen soll, einen Ausgleich des Einflusses des Crosstalks zu schaffen, der auf jede Druckkammer ausgeübt wird. Der in 13 dargestellte Tintenstrahlkopf umfasst drei Dummy-Druckkammern 102, die jeweils an beiden Seiten mehrerer Druckkammern 101 ausgebildet sind, die in einem Druckbereich angeordnet sind, wobei jede Druckkammer 101 eine einzelne Ausstoßdüse 103 aufweist, die mit dieser kommuniziert, und jede Dummy-Druckkammer 102 umfasst mehrere Dummy-Düsen 104, die mit dieser kommunizieren. Der Begriff "Dummy-Druckkammer" bezeichnet vorliegend eine Druckkammer, aus der keine Tinte ausgestoßen wird, selbst wenn ihr ein Steuersignal zugeführt wird.
Wenn beispielsweise ein Tintentropfen ausgestoßen wird, indem die Kapazität in der Druckkammer 101a geändert wird, die an dem Randabschnitt innerhalb des Druckbereichs in dem in 13 dargestellten Tintenstrahlkopf positioniert ist, ändert die Dummy-Druckkammer 102a in ähnlicher Weise ihre Kapazität zeitgleich mit dem Ausstoßen des Tintentropfens. Wenn ferner ein Tintentropfen ausgestoßen wird, indem die Kapazität der Druckkammer 101b geändert wird, die an dem Randabschnitt innerhalb des Druckbereichs positioniert ist, ändert die Dummy-Druckkammer 102b ähnlich ihre Kapazität simultan mit dem Ausstoßen des Tintentropfens. Ferner, wenn ein Tintentropfen ausgestoßen wird, indem die Kapazität der Druckkammer 101c geändert wird, die an dem Randabschnitt innerhalb des Druckbereichs positioniert ist, ändert die Dummy- Druckkammer 102c ähnlich ihre Kapazität simultan mit dem Ausstoßen des Tintentropfens.
Auf diese Weise kann der Einfluss des Crosstalks von den anderen Druckkammern (effektive Druckkammer und Dummy-Druckkammer), die an beiden Seiten an den Druckkammern 101a, 101b und 101c positioniert sind, die an den Randabschnitten innerhalb des Druckbereichs angeordnet sind, ähnlich wie von den anderen Druckkammern ausgeübt werden, die an der Innenseite dieser Druckkammern 101a, 101b und 101c vorgesehen sind.
Jedoch umfasst der in 13 dargestellte Tintenstrahlkopf mehrere Dummy-Düsen 104, die mit einer Dummy-Druckkammer 102 kommunizieren, so dass kein Tintentropfen von den Dummy-Düsen 104 ausgestoßen wird, wenn die Kapazität in der Dummy-Druckkammer 102 verändert wird.
Somit verringert sich ein an der Dummy-Düse 104 erzeugter Strömungswiderstand der Dummy-Düse 104 für die Dummy-Druckkammer 102, d. h. ein Viskositätswiderstand, ein Trägheitswiderstand oder dergleichen der Tinte, umgekehrt proportional zu der Anzahl der Dummy-Düsen 104. Entsprechend unterscheidet sich eine akustische Hauptresonanzfrequenz der Tinte in der Dummy-Druckkammer 102 von derjenigen der Tinte in der Druckkammer 101.
Die akustische Hauptresonanzfrequenz ist eine Frequenz, bei der, wenn die Druckkammer durch Anlegen einer Spannung mit Hilfe des Druckmittels angetrieben wird, eine Druckwelle, die in der Tinte in der Druckkammer erzeugt wird, durch die Tinte in der Druckkammer übertragen und überlagert wird, so dass sie die größte Druckvibration wird. Diese Frequenz wird als eine Helmholtz-Resonanzfrequenz bezeichnet.
Wenn ein Steuersignal mit einer Wellenform, die mit der akustischen Resonanzfrequenz der Tinte in der effektiven Druckkammer 101 übereinstimmt, auf die Tinte in der Dummy-Druckkammer 102 angewendet wird, tritt eine übermäßige Druckschwankung in der Dummy-Druckkammer 102 auf, so dass der Crosstalk, der durch die übermäßige Druckschwankung erzeugt wird, die in der Dummy-Druckkammer 102 auftritt, auf die entsprechenden drei effektiven Druckkammern 101 ausgeübt wird, die an beiden Endabschnit ten innerhalb des Druckbereichs positioniert sind, was ein Problem dahingehend nach sich zieht, dass in Abhängigkeit von der Situation eine Bildqualität mit ungleichmäßiger Dichte oder eine verschlechterte Bildqualität erzeugt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Tintenstrahlkopf und einen Tintenstrahldrucker zu schaffen, die dazu geeignet sind, eine Änderung eines Volumens eines Tintentropfens, der von jeder Ausstoßdüse ausgestoßen wird, aufgrund eines Crosstalks zu verhindern, um auf diese Weise das Auftreten einer Bildqualität mit ungleichmäßiger Dichte oder das Auftreten einer verschlechterten Bildqualität zu verhindern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann durch einen neuen Tintenstrahlkopf und einen neuen Tintenstrahldrucker gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst werden.
Gemäß einem neuen Tintenstrahlkopf der vorliegenden Erfindung ist ein Tintenstrahlkopf, der eine Kapazität in mehreren Druckkammern variiert, die parallel zueinander angeordnet sind, die jeweils mit einem Tintenzuführweg kommunizieren und jeweils durch Seitenwände definiert sind, wobei die Mehrzahl von Druckkammern einen Druckbereich und einen Nicht-Druckbereich aufweist, so dass ein Tintentropfen von einer Ausstoßdüse ausgestoßen wird, die an einem Ende dieser Druckkammer befestigt ist, mit einer Dummy-Düse versehen, die an einem Ende der Druckkammer befestigt ist und die in dem Nicht-Druckbereich vorgesehen und derart ausgebildet ist, dass sie einen Öffnungsdurchmesser an der Tintenausstoßseite aufweist, der größer als ein Öffnungsdurchmesser der Ausstoßdüse ist, und dass sie einen Strömungswiderstand aufweist, der etwa demjenigen der Ausstoßdüse entspricht. Wenn der Tintentropfen von der Ausstoßdüse ausgestoßen wird, die mit der Druckkammer kommuniziert, die an einem Ende des Druckbereichs angeordnet ist, wird die Kapazität in der Druckkammer in dem Nicht-Druckbereich simultan variiert.
Gemäß einem neuen Tintenstrahldrucker der vorliegenden Erfindung werden ferner der Tintenstrahlkopf und ein Aufzeichnungsmedium derart relativ zueinander bewegt, dass das Aufzeichnungsmedium eine Druckposition gegenüber der Ausstoßdüse in dem Tin tenstrahlkopf durchläuft, und Druckmittel und Kopfantriebsmittel an dem Tintenstrahlkopf werden basierend auf einem Steuersignal entsprechend der Abbildungsdaten angetrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegenden Erfindung und viele der mit dieser einhergehende Vorteile werden anhand der nachfolgenden genaue Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlicher, wobei:
1 eine Längsseitenansicht ist, die einen Tintenstrahlkopf einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A i 1 ist;
3 eine erläuternde Ansicht ist, die einen Zustand einer Kapazitätsänderung in einer Druckkammer aufgrund einer Scherverformung zeigt;
4 eine Schnittansicht ist, die Formeln einer Ausstoßdüse und einer Dummy-Düse zeigt;
5 eine erläuternde Ansicht zum Erläutern eines Prozesses zum Ausbilden der Ausstoßdüse und der Dummy-Düse ist;
6 eine erläuternde Ansicht ist, die ein Berechnungsmodell eines Strömungswiderstands der Ausstoßdüse und der Dummy-Düse zeigt;
7 ein Ablaufdiagramm einer Steuerwellenform ist, die von einer Elektrode ausgegeben wird;
8 eine erläuternde Ansicht ist, die ein Detail der Steuerwellenform zeigt;
9 eine Schnittansicht ist, die ein modifiziertes Beispiel de Ausstoßdüse und der Dummydüse zeigt;
10 eine perspektivische Ansicht ist, die einen Teil eines Tintenstrahldruckers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 eine erläuternde Ansicht ist, die einen Haltezustand eines Tintenstrahlkopfes an einem Kopfhalteelement zeigt, der an dem Tintenstrahldrucker einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
12 ein Blockdiagramm ist, das verschiedene elektrische Schaltungen zeigt, die an dem Tintenstrahldrucker einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, sowie eine Beziehung zwischen diesen elektrischen Schaltungen; und
13 eine Vorderansicht ist, die einen herkömmlichen Tintenstrahlkopf zeigt (Stand der Technik).
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben. 1 ist eine Längsseitenansicht, die einen Tintenstrahlkopf zeigt, während 2 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1 ist.
Der Tintenstrahlkopf 1 der vorliegenden Ausführungsform umfasst zwei piezoelektrische Elemente (unteres piezoelektrisches Element 2 und oberes piezoelektrisches Element 3), die in einer Richtung einer Plattendicke polarisiert sind, wie es in den 1 und 2 dargestellt ist. Zwei piezoelektrische Elemente 2 und 3 sind mit der gleichen Polarität einander gegenüber laminiert. Die laminierten piezoelektrischen Elemente 2 und 3 sind an einem Substrat 4 aus einem nicht-polarisierten, piezoelektrischen Element mit geringer Dielektrizitätskonstante befestigt.
Das Substrat und die piezoelektrischen Elemente 2 und 3, die an diesem Substrat 4 befestigt sind, haben mehrere Kanäle 5, die parallel im gleichen Abstand angeordnet sind. Die Mehrzahl von Kanälen 5 wird unter Verwendung eines Diamantschneiders oder dergleichen erzeugt.
Ein oberer Plattenrahmen 6 ist an die obere Fläche des Substrats 4 geklebt. Dieser obere Plattenrahmen 6 dichtet einen Teil der oberen Fläche des Kanals 5 ab, wodurch Druckkammern 7 (7a, 7b, 7c, ...) ausgebildet werden.
Der Raum zwischen den benachbarten Druckkammern 7 ist aus dem unteren piezoelektrischen Element 2 und dem oberen piezoelektrischen Element 3 gebildet und durch Seitenwände 8 (8a, 8b, 8c, ...) unterteilt, die Druckmittel zum Variieren der Kapazität in der Druckkammer 7 entsprechend einem Steuersignal bilden.
Der obere Plattenrahmen 6 ist mit einem Tintenzuführweg 9 versehen, der mit sämtlichen Druckkammern 7 kommuniziert.
Ein oberer Plattenrahmen 10 ist auf die obere Fläche des oberen Plattenrahmens 6 geklebt. Diese obere Platte 10 ist mit einer Tintenzuführöffnung 11 versehen, die mit dem Tintenzuführweg 9 kommuniziert. Mit der Tintenzuführöffnung 11 ist eine Tintenzuführleitung (nicht dargestellt) verbunden, um dem Tintenstrahlkopf 1 Tinte zuzuführen.
An der Innenfläche jedes Kanals 5 sind Elektroden 12 (12a, 12b, 12c, ...) elektrisch unabhängig voneinander vorgesehen. Die Elektrode 12 ist bei dieser Ausführungsform aus einer Nicht-Elektrolyse-Nickelplattierung hergestellt. Jede Elektrode 12 ist über ein flexibles Kabel 13, das mit dem hinteren Endabschnitt des Substrats 4 verbunden ist, mit einem Treiber-IC (nicht gezeigt) als Steuermittel verbunden.
Eine Düsenplatte 14 aus Polyimid ist auf die Vorderseite der Druckkammer 7 geklebt. An diese Düsenplatte 14 sind Ausstoßdüsen 15 (15e, 15f, 15g, ...) und Dummy-Düsen 16 (16a, 16b, 16, 16d) befestigt. Die Ausstoßdüsen 15 und die Dummy-Düsen 16 sind bei dieser Ausführungsform mit Hilfe einer Laserverarbeitung hergestellt. Die Laserverarbeitung der Ausstoßdüsen 15 und der Dummy-Düsen 16 an der Düsenplatte 14 wird durchgeführt, nachdem die Düsenplatte 14 auf die Vorderseite der Druckkammer 7 geklebt wurde.
Die Ausstoßdüsen 15 sind an den Positionen gegenüber den Druckkammern 7 (7e, 7f, 7g, ...) ausgebildet, die innerhalb des Druckbereichs positioniert sind. Die Dummy- Düsen 16 sind an den Positionen gegenüber den Druckkammern 7 (7a, 7b, 7c, 7d) ausgebildet, die außerhalb des Druckbereichs positioniert sind.
Es sollte klar sein, dass 2 lediglich einen Endabschnitt des Tintenstrahlkopfes 1 zeigt, und dass an dem anderen Endabschnitt des Tintenstrahlkopfes 1 ebenso vier Druckkammern 7 ausgebildet sind, die an der Außenseite des Druckbereichs positioniert sind, und vier Dummy-Düsen 16, die derart positioniert sind, dass sie diesen Druckkammern 7 gegenüber angeordnet sind.
Durch die Tintenzuführleitung wird Tinte in den Tintenstrahlkopf 1 von der Tintenzuführöffnung 11 eingespritzt und dann in den Tintenzuführweg 9, in die Druckkammern 7, in die Ausstoßdüsen 15 und in die Dummy-Düsen 16 gefüllt.
Wenn bei dem Tintenstrahlkopf 1 mit der zuvor beschriebenen Konstruktion beispielsweise ein negatives Steuersignal von dem Treiber-IC in der Elektrode 12e angelegt wird, wird ein elektrisches Feld senkrecht zu der Polarisationsrichtung an den Seitenwänden 8d und 8e erzeugt. Die Seitenwände 8d und 8e biegen sich entsprechend in die entgegen gesetzte Richtung, um die Kapazität in der Druckkammer 7e zu erhöhen, wie es in 3 gezeigt ist, und zwar aufgrund eines umgekehrten piezoelektrischen Effektes, der durch das elektrische Feld senkrecht zur Polarisationsrichtung erzeugt wird, wodurch eine Scherverformung hervorgerufen wird. Auf diese Weise wird die Kapazität in der Druckkammer 7e erhöht (3(a)). Wenn ferner ein positives Steuersignal an die Elektrode 12e von dem Treiber-IC angelegt wird, nimmt die Kapazität in der Druckkammer 7e hingegen ab (3(b)). Wie es zuvor beschrieben wurde, ermöglicht das Anlegen des Steuersignals an die Elektrode 12e ein wahlweises Variieren der Kapazität in der Druckkammer 7e. Wenn die Kapazität in der Druckkammer 7e ansteigt, wird der Druck der Tinte in der Druckkammer 7e verringert, wodurch eine Druckschwankung beginnend mit einer negativen Polarität in der Tinte in der Druckkammer erzeugt wird. Wenn die Kapazität in der Druckkammer 7e abnimmt, nimmt ferner der Druck der Tinte in der Druckkammer 7e zu, wodurch eine Druckschwankung beginnend mit einer positiven Polarität in der Tinte in der Druckkammer 7e erzeugt wird. Die Tinte in der Druckkammer 7e wird aus der Ausstoßdüse 15e als Tintentropfen ausgestoßen, wenn die Druckschwankung einander überlappt, wodurch der Druck der Tinte in der Druckkammer 7e ansteigt.
Nachfolgend werden die Dummy-Düse 16 und die Ausstoßdüse 15 erläutert. 4 ist eine Schnittansicht, die Formeln der Dummy-Düse 16 und der Ausstoßdüse 15 zeigt. Die Dummy-Düse 16 hat eine Form, bei welcher der Durchmesser der Düse in Richtung der Tintenausstoßrichtung verbreitert ist. Die Ausstoßdüse 15 hat im Gegensatz zur Dummy-Düse 16 eine Form, bei der sich der Durchmesser der Düse in Richtung der Tintenausstoßrichtung verjüngt.
Ein Öffnungsdurchmesser Dod der Dummy-Düse 16 an der Auslassseite ist derart eingestellt, dass er in etwa einem Öffnungsdurchmesser Dir der Ausstoßdüse 15 an der Einlassseite entspricht. Ein Öffnungsdurchmesser Did der Dummy-Düse 16 an der Einlassseite ist derart eingestellt, dass er im Wesentlichen einem Öffnungsdurchmesser Dor der Ausstoßdüse 15 an der Auslassseite entspricht. Die Ausstoßdüse 15 und die Dummy-Düse 16 sind derart ausgebildet, dass sie eine symmetrische geneigte Form in Bezug auf die Richtung aufweisen, in der die Tintentropfen ausgestoßen werden.
Ein bevorzugtes Beispiel von Abmessungen der Dummy-Düse 16 und der Ausstoßdüse 15 ist wie folgt:
Öffnungsdurchmesser Dod an der Auslassseite der Dummy-Düse 16: 54 Mikrometer
Öffnungsdurchmesser Did an der Einlassseite der Dummy-Düse 16: 27 Mikrometer
Öffnungsmesser Dor an der Auslassseite der Ausstoßdüse 15: 27 Mikrometer
Öffnungsdurchmesser Dir an der Einlassseite der Ausstoßdüse 15: 54 Mikrometer
Länge der Düse (Dummy-Düse 16, Ausstoßdüse 15) Ln: 50 Mikrometer
In diesem Fall ist das Verhältnis der Schnittfläche der Dummy-Düse 16 an der Auslassseite zu der Schnittfläche der Ausstoßdüse 15 an der Auslassseite 4:1, da es proportional zum Quadrat jedes Durchmessers ist. Genauer gesagt, beträgt die Strömungsgeschwindigkeit der Tinte in der Dummy-Düse ein Viertel der Strömungsgeschwindigkeit der Tinte in der Ausstoßdüse 15 an der Position eines Tintenwulstrandes m. Entsprechend werden selbst dann keine Tintentropfen von der Dummy-Düse 16 ausgestoßen, wenn der Druck der Tinte in den Druckkammern 7a bis 7d ansteigt.
Wenn der Durchmesser an der Auslassseite der Dummy-Düse 16 zunimmt, wird ferner diejenige Kraft verringert, die den Tintenwulstrand m durch eine Oberflächenspannung der Tinte in seiner Position hält, wobei seine statische negative Druckgrenze Ps jedoch –2222 Pa wird, wenn sie unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung (1) verwendet wird,
wobei die Oberflächenspannung (σ) der Tinte 30 mN/m beträgt.
Ein hydrostatischer Tintendruck an der Düsenfläche muss in einem Bereich von 0 bis –2222 Pa gehalten werden, wobei jedoch ein Tintenzuführdruck normalerweise auf einen hydrostatischen Tintendruck an der Düsenfläche von –1000 Pa eingestellt wird, so dass dies kein Problem darstellt.
Selbst wenn der hydrostatische Tintendruck plötzlich geringer als die negative Druckgrenze Ps wird, wird der Düsendurchmesser klein, wenn sich der Tintenfarbwulst m in die Dummy-Düse 16 zurückzieht, wodurch die negative Druckgrenze erhöht wird, so dass die Kraft zum Zurückbringen des Tintenwulstrandes m in seiner Ursprungsposition erhöht wird.
Entsprechend zieht sich der Tintenfarbwulst m ins Innere der Druckkammer 7 zurück, und eine Luftblase wird in der Druckkammer 7 gefangen, so dass die negative Druckgrenze, die eine Fehlfunktion des Tintenstrahlkopfes 1 verursacht, derjenigen der Ausstoßdüse 15 entspricht.
Die zuvor beschriebene Dummy-Düse 16 und die Ausstoßdüse 15 werden einfach durch Bearbeitung unter Verwendung eines Laserstrahls L hergestellt. Insbesondere wird eine Laserstrahlvorrichtung mit einem optischen Abbildungssystem verwendet, wobei eine relative Position einer Laserprojektionslinse und der Düsenplatte 14 in Abhängigkeit von der xyz-Stufe variiert wird, und im Falle der Ausbildung der Dummy-Düse 16 wird eine Lasersammelfläche mit der Bodenfläche der Düsenplatte 14 durch Einstellung der z-Stufe abgestimmt, wie es in 5(a) gezeigt ist, während die Lasersammelfläche auf die obere Fläche der Düsenplatte 14 durch Einstellen der z-Stufe abgestimmt wird, wie es in 5(b) gezeigt ist, wenn die Ausstoßdüse 15 ausgebildet wird.
Die akustischen Eigenschaften der Dummy-Düse 16 und der Ausstoßdüse 15 sind wie folgt, wenn die nachfolgenden Definitionen für die in 6 dargestellte Ausstoßdüse 15 gelten:

p(t):: Tintendruck am Einlass der Düse
q(t):: Tintendurchflussrate am Einlass der Düse
M:: Trägheitswiderstand der Tinte in der Düse
R:: Viskositätswiderstand der Tinte in der Düse
(ρ):: Dichte der Tinte
y(x):: Radius der Düse an der Position x
r(y):: Druckgradient aufgrund der Viskosität pro Durchflussrateneinheit der Tinten, die durch einen Zylinder mit einem Radius y fließt
Ln:: Länge der Düse

7

Betrachtet man vorliegend einen Trägheitswiderstand M' und einen Viskositätswiderstand R' der Dummy-Düse 16 in einer Richtung entgegengesetzt zu der Ausstoßdüse 15, wie es in 6 gezeigt ist, wird die nachfolgende Gleichung (4) erzielt. R = ∫Ln0 r(y(x))dx (4)
Aus den zuvor genannten Formeln (5) und (6) sollte klar sein, dass der Trägheitswiderstand M, M' und die Viskositätswiderstände R, R' der Ausstoßdüse 15 und der Dummy-Düse 16, die jeweils eine entgegengesetzte Form in Richtung aufeinander aufweisen, die gleichen sind, was bedeutet, dass die Strömungswiderstände beider Düsen die gleichen sind.
Wenn der Auslassdurchmesser Dod der Dummy-Düse 16 in etwa dem Einlassdurchmesser Dir der Ausstoßdüse 15 und der Einlassdurchmesser Did der Dummy-Düse 16 in etwa dem Auslassdurchmesser Dor der Ausstoßdüse 15 entspricht, wie es in Bezug auf die vorliegende Ausführungsform beschrieben wurde, weisen die Dummy-Düse 16 und die Ausstoßdüse 15 entsprechend in etwa den gleichen Strömungswiderstand auf.
Auf diese Weise kann die Druckvibrationseigenschaft der Druckkammern 7b bis 7d in dem Nicht-Druckbereich in etwa an die Druckvibrationseigenschaft der Druckkammern 7e, 7f, ... angeglichen werden, die innerhalb des Druckbereichs positioniert sind, und ferner kann die akustische Hauptresonanzfrequenz der Tinte in den Druckkammern 7b, 7c, ... in etwa daran angepasst werden.
Wenn eine Ansaugoperation der Tinte von der Ausstoßdüse 15 der Dummy-Düse 16 nach einer Wartung des Tintenstrahlkopfes 1 durchgeführt wird, so strömt mehr Tinte als erforderlich von der Dummy-Druckkammer in den herkömmlichen Tintenstrahlkopf, der mit mehreren Dummy-Düsen in der Dummy-Druckkammer versehen ist.
Hingegen strömt nicht mehr Tinte als erforderlich aus der Dummy-Druckkammer der vorliegenden Erfindung, da die Dummy-Düse 16 und die Ausstoßdüse 15 den gleichen Viskositätswiderstand aufweisen. Auf diese Weise kann eine Verschwendung von Tinte nach der Wartung verringert werden.
7 ist ein Ablaufdiagramm eines Steuersignals WW, das von dem Treiber-IC an die Elektrode 12 beim Schwarz-Volldruck ausgegeben wird. Das Steuersignal wird nicht der Elektrode 12a zugeführt, die entsprechend ein konstantes Potential aufweist. An der Elektrode 12b wird stets das gleiche Potential wie an die Elektrode 12e angelegt. An der Elektrode 12c wird stets das gleiche Potential wie an die Elektrode 12f angelegt. An der Elektrode 12d wird stets das gleiche Potential wie an die Elektrode 12g angelegt. Obwohl 7 nur einen Endabschnitt des Tintenstrahlkopfes 1 zeigt, gilt das gleiche für den anderen Endabschnitt des Tintenstrahlkopfes 1.
Das Steuersignal wird zeitlich in drei Phasen unterteilt. Wenn die Tinte aus einer Düse 15 ausgestoßen wird, wird keine Tinte von den benachbarten Düsen an beiden Seiten der Tinte ausstoßenden Düse ausgestoßen, und es wird ferner keine Tinte von den benachbarten Düsen der direkt benachbarten Düsen ausgestoßen.
Das Steuersignal WW ist aus sieben kontinuierlich angeordneten Tropfensignalen W erzeugt. Wenn dieses Steuersignal WW an die Druckkammer 7 angelegt wird, so wird ein Tintentropfen aus der Ausstoßdüse 15 pro Tropfensignal ausgestoßen. Wenn beispielsweise die Anzahl der Tropfensignale W in dem Steuersignal WW sieben ist, so werden sieben Tintentropfen kontinuierlich von der Ausstoßdüse 15 bei einem einzelnen Steuersignal WW ausgestoßen. Wenn die Menge der Tintentropfen, die an einem Pixel anhaftet, geändert werden soll, so kann entsprechend die Anzahl der Tropfensignale W in dem Steuersignal WW geändert werden. Diese Konstruktion kann ein Drucken von acht Farbtönen durchführen, einschließlich den Fall, in dem keine Tinte ausgestoßen wird.
Das Tropfensignal W ist aus einem expandierenden Impuls P1 gebildet, um die Kapazität der Druckkammer 7 zu expandieren, aus einem Kontrahierungsimpuls P2 zum Kontrahieren der Kapazität der Druckkammer 7 und aus einer Ruheperiode zwischen beiden Pulsen. Die Breite des Expansionsimpulses P1, der Ruheperiode und der Breite des Kontraktionsimpulses P2 ist jeweils 1AL. Mit AL wird vorliegend eine Zeitdauer bezeichnet, die der Hälfte der akustischen Hauptresonanzperiode der Tinte in der Druckkammer 7 entspricht, d. h. eine Zeitdauer zum Invertieren des Durchschnittsdrucks der Tinte in der Druckkammer 7 von einem positiven Wert zu einem negativen Wert oder von einem negativen Wert zu einem positiven Wert. Die akustische Hauptresonanzfrequenz, wel che die Inverse der akustischen Hauptresonanzperiode der Tinte in der Druckkammer 7 ist, wird als Helmholtz-Resonanzfrequenz bezeichnet. Der Expansionsimpuls P1 stößt Tinte aus der Ausstoßdüse 15 aus, während der Kontraktionsimpuls P2 einen Effekt des Tötens der Druckvibration aufweist, die durch den Expansionsimpuls P1 erzeugt wird.
Wie es zuvor beschrieben wurde, kann die vorliegende Erfindung die akustische Hauptresonanzperiode der Tinte in der Druckkammer 7, mit der die Dummy-Düse 16 kommuniziert, etwa mit der akustischen Hauptresonanzperiode der Tinte in der Druckkammer 7 abstimmen, mit der die Ausstoßdüse 15 kommuniziert. Genauer genommen besteht eine Möglichkeit, dass beide akustische Hauptresonanzperiode leicht voneinander abweichen, da die Form in der Nähe der Düse (Dummy-Düse 16, Ausstoßdüse 15) zwischen der Druckkammer 7, mit der die Dummy-Düse 16 kommuniziert, und der Druckkammer 7, mit der die Ausstoßdüse 15 kommuniziert, verschieden ist. Dieser Unterschied kommt jedoch im Falle des Ausstoßes eines Tropfens kaum zum Tragen. Wenn jedoch mehrere Tintentropfen kontinuierlich wie bei der vorliegenden Ausführungsform ausgestoßen werden, kann der Takt des Steuersignals W mit der akustischen Hauptresonanzperiode der Tinte in der Druckkammer 4, mit der die Ausstoßdüse 15 kommuniziert, abgestimmt werden.
Bei dieser Konfiguration sind die Potentiale der Elektrode 12b und der Elektrode 12e, die Potentiale der Elektrode 12c und der Elektrode 12f, die Potentiale der Elektrode 12d und der Elektrode 12g entsprechend die gleichen, so dass, wenn eine Scherverformung an den Trennwänden 8d und 8e der Druckkammer 7e auftritt, die Scherverformung simultan an den Seitenwänden 8a und 8b der Druckkammer 7b auftritt. Wenn die Scherverformung an den Trennwänden 8e und 8f der Druckkammer 7f auftritt, tritt ferner die Scherverformung simultan an den Seitenwänden 8b oder 8c der Druckkammer 7c auf. Wenn die Scherverformung an den Seitenwänden 8f und 8g der Druckkammer 7g auftritt, so tritt zudem die Scherverformung simultan an den Seitenwänden 8c und 8d der Druckkammer 7d auf. Selbst wenn die Druckkammern 7b, 7c und 7d die Scherverformung aufweisen, wird keine Tinte ausgestoßen, da die Dummy-Düsen 16b, 16c und 16d mit den Druckkammern 7b, 7c und 7d kommunizieren. Jedoch sind die Strömungswiderstände der Dummy-Düse 16 und der Ausstoßdüse 16 etwa die gleichen, so dass die Druckvibration, die etwa derjenigen in den Druckkammern 7c, 7f, 7g, ... entspricht, in den Druckkammern 7b, 7c und 7d erzeugt wird. Entsprechend wird auch die Amplitude des Crosstalks, der aus den Druckkammern 7b, 7c und 7d entweicht, die gleiche wie die Amplitude des Crosstalks, die aus den Druckkammern 7e, 7f, 7g, ... entweicht. Nach dem Schwarzvolldruck empfangen die Druckkammern 7e, 7f und 7g, die an dem Ende des Druckbereichs positioniert sind, entsprechend den Crosstalk mit der gleichen Amplitude von beiden Seiten wie die anderen Druckkammern 7h, 7i, 7j, ..., die an der Innenseite des Druckbereichs positioniert sind. Somit kann das Volumen des Tintentropfens, der von den Ausstoßdüsen 15e, 15f und 15g ausgestoßen wird, in etwa an das Volumen des Tintentropfens angepasst werden, der von den Ausstoßdüsen 15h, 15i, 15j, ... ausgestoßen wird. Somit können eine ungleichmäßige Dichte an dem Ende des Druckbereichs und eine Verschlechterung der Bildqualität verhindert werden.
Obwohl die zuvor beschriebene Ausführungsform beispielhaft die Ausstoßdüse 15 und die Dummy-Düse 16 beschreibt, die beide die linear geneigte Form an der Innenumfangsfläche aufweisen, kann die Innenumfangsfläche einer Ausstoßdüse 15A und einer Dummy-Düse 16A eine gebogene geneigte Form aufweisen, wie es in 9 gezeigt ist. Hierbei sind die Ausstoßdüse 15A und die Dummy-Düse 16A derart geformt, dass die geneigte Form symmetrisch in Bezug auf die Tintenausstoßrichtung ist, wodurch die Strömungswiderstände der Ausstoßdüse 15A und der Dummy-Düse 16A in etwa gleich sind, wie es zuvor beschrieben wurde.
Nachfolgend wird eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 10 bis 12 beschrieben. Es sollte klar sein, dass gleiche Teile wie in der ersten Ausführungsform mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, um eine erneute Beschreibung dieser Bauteile zu vermeiden.
10 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Tintenstrahldruckers einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Tintenstrahldrucker umfasst einen Linientintenstrahlkopf 20. Der Linientintenstrahlkopf 1 umfasst mehrere Tintenstrahlköpfe 1, die in einer Linie angeordnet sind, und ein Kopfhalteelement 21 zum Halten dieser Tintenstrahlköpfe 1. Die Mehrzahl von Tintenstrahlköpfen 1 ist entlang der Anordnungsrichtung der Ausstoßdüse und der Dummy-Düse an dem Kopfhalteelement 21 angeordnet, wie es in 11 gezeigt ist. Die Tintenstrahlköpfe 1 sind abwechselnd in Bezug auf beide Flächen des plattenartigen Kopfhalteelementes 21 angeordnet. Auf diese Weise kann der Druckbereich jedes Tintenstrahlkopfes 1 entlang der Anordnungsrichtung des Tintenstrahlkopfes 1 ohne Platzverlust vorgesehen werden.
Der Tintenstrahldrucker umfasst ein Blatttransportband 23 zum Transportieren eines Aufzeichnungsblattes 22, so dass das Blatt 23 die Position gegenüber dem Tintenstrahlkopf 1, der von dem Kopfhalteelement 21 gehalten wird, passiert. Das Blatttransportband 23 der vorliegenden Ausführungsform ist als Endlosband ausgebildet, das um ein Paar von Rollen 24 gewickelt ist. Ein nicht dargestellter Antriebsmechanismus, wie beispielsweise ein Motor und dergleichen, ist mit wenigstens einer der beiden Rollen 24 verbunden, und das Blatttransportband 23 wird durch drehendes Antreiben wenigstens einer der Rollen 24 durch den Antriebsmechanismus gedreht, um auf diese Weise das Aufzeichnungsblatt 22 zu transportieren. Nach dem Transport des Aufzeichnungsblattes 22 durch das Blatttransportband 23 wird das Aufzeichnungsblatt 22 mit Hilfe statischer Elektrizität oder eines Luftstroms an dem Blatttransportband 23 adsorbiert, oder der Kantenabschnitt des Aufzeichnungsblattes 22 wird durch ein nicht dargestelltes Halteelement gehalten, so dass das Aufzeichnungsblatt 22 in engen Kontakt mit dem Blatttransportband 23 kommt. Ein Verfahren zum Anordnen des Aufzeichnungsblattes 22 in engem Kontakt mit dem Blatttransportband 23 ist eine bekannte Technik, so dass auf eine weitere Erläuterung verzichtet wird.
12 ist ein Blockdiagramm, das verschiedene elektrische Schaltungen zeigt, die an dem Tintenstrahldrucker einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind, und das eine Beziehung zwischen diesen elektrischen Schaltungen zeigt. Der Tintenstrahldrucker umfasst einen Bildspeicher 25, der Bilddaten speichert, die auf das Aufzeichnungsblatt 22 gedruckt werden sollen. Eine Steuerschaltung 26 liest die Bilddaten, die in dem Bildspeicher 25 gespeichert sind, in einer vorbestimmten Reihenfolge, wenn das von dem Blatttransportband 23 transportierte Aufzeichnungsblatt 22 die Position gegenüber dem Tintenstrahlkopf 1 passiert, und überträgt ein Drucksignal gemäß den ausgelesenen Bilddaten an einen Treiber-IC 27. Der Treiber-IC 27 gibt das Steuersignal WW mit einer vorbestimmten Form an den entsprechenden Tintenstrahlkopf 1 aus. Auf diese Weise wird ein Drucken entsprechend der Anzahl der Tropfensignale W oder dergleichen in jedem Steuersignal WW ermöglicht, wie es zuvor beschrieben wurde.
Es können verschiedene Modifikationen und Änderungen in Bezug auf die vorliegende Erfindung im Lichte der obigen Lehre vorgenommen werden. Es sollte daher klar sein, dass die Erfindung anders als zuvor beschrieben ausgeführt werden kann, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, der durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Tintenstrahlkopf, umfassend: mehrere Druckkammern (7), die parallel zueinander angeordnet sind, wobei jede dieser Druckkammern (7) mit einem Tintenzuführweg (9) kommuniziert und durch Seitenwände (8) definiert ist, wobei die Mehrzahl von Druckkammern einen Druckbereich und einen Nicht-Druckbereich aufweist; eine Ausstoßdüse (15e, 15f, 15g, 15h, 15i, 15j, 15k, 15l), die an einem Ende der Druckkammer (7e, 7f, 7g, 7h, 7i, 7j, 7k, 7l) in dem Druckbereich vorgesehen ist; und Druckmittel zum Variieren einer Kapazität in der Druckkammer entsprechend einem Steuersignal, wobei die Kapazität in der Druckkammer, mit welcher die betreffende Ausstoßdüse kommuniziert, selektiv variiert wird, um auf diese Weise einen Tintentropfen auszustoßen, gekennzeichnet durch eine Dummy-Düse (16a, 16b, 16c, 16d), die an einem Ende der Druckkammer (7a, 7b, 7c, 7d) in dem Nicht-Druckbereich vorgesehen ist und eine derartige Form aufweist, dass eine Öffnungsfläche an der Tintenausstoßseite größer als eine Öffnungsfläche der Ausstoßdüse ist und dass ein Strömungswiderstand demjenigen der Ausstoßdüse entspricht; und ein Kopfantriebsmittel, das, wenn die Kapazität in der Druckkammer (7e) an einem Ende des Druckbereiches selektiv variiert wird, die Kapazität in der Druckkammer in dem Nicht-Druckbereich simultan variiert.
Tintenstrahlkopf nach Anspruch 1, wobei ein Öffnungsdurchmesser (Dir) der Ausstoßdüse an der Seite der Druckkammer größer als ein Öffnungsdurchmesser (Dor) an der äußeren Seite ist, wobei ein Öffnungsdurchmesser (Did) der Dummy- Düse an der Seite der Druckkammer kleiner als ein Öffnungsdurchmesser (Dod) an der Tintenausstoßseite eingestellt ist.
Tintenstrahlkopf nach Anspruch 2, wobei die Ausstoßdüse und die Dummy-Düse derart ausgebildet sind, dass sie eine symmetrische Form in Bezug auf die Ausstoßrichtung eines Tintentropfens aufweisen.
Tintenstrahldrucker, bei dem zum Leiten eines Aufzeichnungsmediums durch eine Druckposition gegenüber einem Tintenstrahlkopf mit mehreren parallel zueinander angeordneten Druckkammern, die jeweils mit einem Farbzuführweg kommunizieren, jede Kammer durch Seitenwände (8) definiert ist, wobei die Mehrzahl von Druckkammern einen Druckbereich und einen Nicht-Druckbereich; eine Ausstoßdüse, die an einem Ende der Druckkammer in dem Druckbereich vorgesehen ist, Mittel zum Variieren einer Kapazität in der Druckkammer gemäß einem Steuersignal und Kopfantriebsmittel zum Zuführen des Steuersignals zu dem Druckmittel aufweist, wobei die Kapazität in der Druckkammer, mit der die betroffene Ausstoßdüse kommuniziert, selektiv variiert wird, wobei der Tintenstrahlkopf und das Aufzeichnungsmedium relativ zueinander bewegt werden, so dass ein Tintentropfen ausgestoßen wird, gekennzeichnet durch eine Dummy-Düse, die an einem Ende der Druckkammer in dem Nicht-Druckbereich vorgesehen ist und eine derartige Form aufweist, dass eine Öffnungsfläche an der Tintenausstoßseite größer als eine Öffnungsfläche der Ausstoßdüse ist und ein Strömungswiderstand demjenigen der Ausstoßdüse entspricht; und Kopfantriebsmittel (26), die, wenn die Kapazität in der Druckkammer, die an einem Ende des Druckbereiches positioniert ist, selektiv variiert wird, die Kapazität in der Druckkammer in dem Nicht-Druckbereich simultan variieren.
Tintenstrahldrucker nach Anspruch 4, wobei der Öffnungsdurchmesser der Ausstoßdüse an der Seite der Druckkammer größer als ein Öffnungsdurchmesser an der Tintenausstoßseite ist, wobei ein Öffnungsdurchmesser der Dummy-Düse an der Seite der Druckkammer kleiner als ein Öffnungsdurchmesser an der Tintenausstoßseite eingestellt ist.
Tintenstrahldrucker nach Anspruch 5, wobei die Ausstoßdüse und die Dummy-Düse derart ausgebildet sind, dass sie eine symmetrische Form in Bezug auf die Ausstoßrichtung eines Tintentropfens aufweisen.