DE69016396T2

DE69016396T2 - Verfahren und Gerät zum Drucken mit in der Grösse veränderbaren Tintentropfen unter Verwendung eines auf Anforderung reagierenden Tintenstrahl-Druckkopfes.

Info

Publication number: DE69016396T2
Application number: DE69016396T
Authority: DE
Inventors: Joy Roy; Susan C Schoening
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1990-01-08
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2010-12-28
Also published as: JPH04250045A; DE69016396D1; EP0437106A2; EP0437106B1; US5124716A; EP0437106A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Drucken mit einem Tintenstrahlkopf mit Tropfenabruf (drop-on-demand), bei dem Tintentropfen verschiedener Größe erzeugt werden. Zusätzlich zu anderen Anwendungen ist die vorliegende Erfindung insbesondere nützlich zum Grauwert- oder Halbtondrucken, bei dem die Tintentropfengröße während des Druckens selektiv verändert wird.
Tintenstrahldrucker und insbesondere Tintenstrahldrucker mit Tropfenabruf, die Druckköpfe mit akustischen Treibern zur Bildung eines Tintentropfens enthalten, sind im Stand der Technik bekannt. Das Prinzip dieser Art eines Impulstintenstrahls ist die Erzeugung einer Druckwelle in einer Tintenkammer und der nachfolgende Ausstoß von Tintentropfen aus der Tintenkammer durch eine Düsenöffnung als Resultat der Druckwelle. Eine große Zahl akustischer Treiber wird in Tintenstrahldruckköpfen dieser Art verwendet. Z. B. können die Treiber als Übertrager durch ein piezo-keramischen Material gebildet sein, das mit einer dünnen Membran verbunden ist. Aufgrund einer aufgebrachten Spannung deformiert sich die piezo-elektrische Keramik, die durch die Membran eine Verdrängung von Tinte in der Tintenkammer bewirkt und damit eine Druckwelle und den Fluß von Tinte durch eine oder mehrere Düsen. Piezo-elektrische Treiber können in geeigneter Form ausgebildet sein, wie z. B. kreisförmig, polygonal, zylindrisch, ring-zylindrisch usw. Zusätzlich können piezo-elektrische Treiber in verschiedenen Arten der Auslenkung betrieben werden, wie z. B. im Biegemodus, im Schermodus, und im longitudinalen Modus. Andere Arten akustischer Treiber zur Erzeugung von Druckwellen in Tinte enthalten Hitzeblasentreiber (sogenannte bubble- oder thermische Tintenstrahler) und elektromagnetisch betätigte Treiber. Allgemein ist es bei Tintenstrahldruckköpfen gewünscht, eine Geometrie zu verwenden, die es erlaubt, eine Vielzahl von Düsen in dichter Anordnung vorzusehen, wobei jede Düse durch einen zugehörigen akustischen Treiber angetrieben wird.
Im Stand der Technik wurde auch anerkannt, daß es vorteilhaft ist, mit Tintentropfen selektiv veränderbaren Volumens zu drucken. Z. B. kann ein Tropfenvolumen ausgewählt werden, um eine optimale Punktgröße zu erzielen, um ein effektives hochauflösendes Drucken zu bewirken. Auch kann allein durch Verwendung größerer Tropfen eine Druckqualität im Entwurfsmodus gewählt werden. Solche Drucker sind auch nützlich in Anwendungen, die Halbtonbilder erfordern, wie bei der Steuerung der Farbsättigung, der Farbigkeit und der Helligkeit.
Das US-Patent Nr. 4 513 299 für Lee et. al. beschreibt einen Ansatz, um Variationen in der Tintentropfengröße zu erreichen. Bei diesem Ansatz wird ein elektromechanischer Übertrager an eine Tintenkammer gekoppelt und durch einen oder mehrere elektrische Treibersignale der gleichen Polarität angetrieben, die jeweils durch eine feste Zeitverzögerung voneinander getrennt sind. Diese Zeitverzögerung ist kurz im Hinblick auf die Tropfenerzeugungsrate des Tropfenabrufs. Jedes elektrische Treibersignal spritzt eine vorbestimmte Menge Tinte aus, wobei die ausgespritzten Volumina Tinte sich zu einem einzigen Tropfen vereinigen. Eine Erhöhung der Zahl elektrischer Treibersignale zwischen der Bildung und dem Ausstoß eines Tropfens führt zu einem Vergrößern des Tropfenvolumens. Dieses Patent weist darauf hin, daß die verschieden großen Tropfen mit konstanter Geschwindigkeit zum Druckmedium wandern. Dieses Patent erkennt auch an, daß jede Variation in der Tropfengeschwindigkeit einen Versatz der Tropfen auf dem Printmedium von ihrer gewünschten Position verursacht und damit die Druckqualität verringert, da der Druckknopf sich mit konstanter Geschwindigkeit während des Druckens bewegt. Da jedoch die gesamte Energie zur Tropfenbildung und zum Ausstoß aus den Treiberimpulsen stammt, die an den Übertrager geliefert wird, ist die Variation der Tropfengröße etwas begrenzt, die Geschwindigkeit der individuellen Tropfen ist begrenzt, und es entsteht eine gewisse Variation in der Übertragungszeit zum Papier. Zusätzlich begrenzt die Kapazität des Tintenstrahls, um große Tintentropfen unter Verwendung einer großen Zahl aufeinanderfolgender Impulse zu erzeugen, die maximale Ausstoßrate. Das US-Patent Nr. 4 491 851 für Mizuno et. al. illustriert einen anderen Ansatz, bei dem aufeinanderfolgende Impulse verwendet werden, um Tintentropfen verschiedener Größe zu erzeugen.
Das US-Patent Nr. 4 561 035 für Tsuzuki beschreibt einen anderen Drucker zum Drucken von Halbtonbildern mit Tintentropfen oder -punkten variierender Größe. Der Durchmesser jedes Punktes wird durch Steuerung des Energiegehalts des Treiberimpulses, der den Punkt erzeugt, bestimmt, z. B. durch Veränderung der Amplitude oder der Pulsweite des Treibimpulses.
Das US-Patent Nr. 4 563 689 für Murakimi et.al. offenbart noch einen anderen Ansatz für ein Halbton-Drucken. Bei diesem Ansatz wird ein Vorlaufimpuls auf einen elektromechanischen Übertrager vor einem Hauptimpuls aufgebracht. Der Vorlaufimpuls wird als Spannungspuls beschrieben, der auf dem piezoelektrischen Übertrager geführt wird, um Tinte in der Düse zu oszillieren. Der Vorlaufimpuls steuert die Position des Tintenmenuskus in der Düse und daher die Tintentropfengröße. In den Figuren 4 und 8 dieses Patents weisen die Vorläufer- und Hauptimpulse die gleiche Polarität auf. In den Figuren 9 und 11 dieses Patents zeigen diese Impulse gegensätzliche Polarität. Das Patent weist auch auf die Steuerung der Tintentropfengröße durch Änderung der Spannung und/oder der Pulsdauer des Vorlaufimpulses und des Zeitintervalls zwischen dem Einsatz des Vorlaufimpulses und des Hauptimpulses hin.
Das US-Patent Nr. 4 403 223 für Tsuzuki et.al. beschreibt einen Tintenstrahldrucker für Tropfenabruf, bei dem ein Antriebsimpuls auf einen piezoelektrischen Übertrager gegeben wird, um den Ausstoß eines Tintentropfens aus einer Düse zu bewirken. Die Tropfengröße wird durch Steuerung des Energiegehalts des aufgebrachten Antriebsimpulses variiert, um Halbtondrucken zu erreichen Die ausgestoßenen Tintentropfen passieren geladene Elektroden und werden durch eine Spannung geladen, die aufgebracht wird, wenn die Tropfen aus der Düse ausgestoßen werden. Diese Ladespannung variiert als Funktion des Energiegehalts der Antriebsimpulse. In der Ausführungsform der Figur 10 dieses Patents passieren die geladenen Tintentropfen Ablenkplatten, die ein Feld erzeugen, das quer zur Wanderrichtung der Tropfen gerichtet ist, um die Flugbahn der Tropfen zu ändern. In Figur 1 der Einrichtung passieren die geladenen Tropfen ein Paar von Platten 40 und ein Paar von Platten 60, wobei die Ablenkplatten zwischen den Platten 60 und den Platten 40 positioniert sind. Die Platten 40 und 60 erzeugen ein elektrisches Feld, das in Wanderrichtung der Tintentropfen zur Beschleunigung der Tropfen orientiert ist.
Das Tsuzuki et.al.-Patent erfordert relativ komplexe Antriebsschaltungen, da die Ladespannung bei Änderungen der Antriebsimpulse variiert. Zusätzlich erhöht die Verwendung von Ablenkspannungen die Komplexität dieser Einrichtung.
Obgleich diese früheren Einrichtungen bekannt sind, besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Tintendrucker, der in der Lage ist, ein effektives Halbton- oder Grauskaladrucken mit einem Bereich von Tintentropfegrößen zu erreichen, ohne daß eine komplexe Feldschalt- oder Zeitverzögerungsschaltung erforderlich ist.
Ein Tintenstrahl mit Tropfenabruf wird als eine Art beschrieben, die eine Tintenkammer aufweist, die mit einem Tintenvorrat verbunden ist, wobei eine einen Tintentropfen bildende Düse mit einem Auslaß vorgesehen ist, und wobei die Tintentropfendüse mit der Tintenkammer verbunden ist. Es wird ein akustischer Treiber verwendet, um eine Druckwelle in der Tinte zu erzeugen, um die Tinte nach Außen durch die Tintentropfendüse und den Auslaß zu führen. Das Treibersignal, das dem akustischen Treiber zugeführt ist, ist selektiv veränderbar, um das Tintenvolumen in den Tintentropfen, die durch den Tintenstrahl erzeugt werden, zu variieren.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann den akustischen Treibern des Tintenstrahldruckers wenigstens ein bipolarer elektrischer Impuls zugeführt werden, der Wiederfüll- und Ausstoß- oder Ausstoßimpulskomponenten von Spannungen gegensätzlicher Polarität aufweist, die durch eine Warteperiode voneinander getrennt sind. Das Tintenvolumen in den Tintentropfen wird durch selektive Veränderung der Dauer der Warteperiode oder der Dauer oder Pulsweite der Ausstoßimpulskomponente, der Amplitude der Ausstoßimpulskomponente, des Verhältnisses der Pulsweite der Ausstoßimpulskomponente zur Pulsweite der Wiederfüllimpulskomponente, des Verhältnisses der Amplitude der Ausstoßimpulskomponente zur Amplitude der Wiederfüllimpulskomponente und durch Kombination dieser Techniken variiert.
Bei einem anderen Ansatz zur Veränderung des Volumens von Tinte in den Tintentropfen wird eine Vielzahl von bipolaren Impulsen verwendet, um die Tropfen zu bilden, wobei die Zahl der Impulse zur Formung eines individuellen Tropfens das Volumen der Tinte in dem Tropfen steuert. Alle bipolaren elektrischen Impulse sind voneinander durch eine Zeitdauer getrennt, die nicht ausreicht, um ein Abreißen eines Tintentropfens an der Düsenöffnung zu bewirken, bis eine bestimmte Zahl von bipolaren Antriebsimpulsen aufgebracht ist. In einem besonderen Ansatz werden diese bipolaren elektrischen Impulse voneinander durch eine Zeitdauer getrennt, die wenigstens etwa der doppelten Zeitdauer eines individuellen bipolaren elektrischen Impulses beträgt. Insbesondere können die bipolaren elektrischen Impulse, die zur Bildung eines einzelnen Tropfens aufgebracht werden, voneinander durch eine Zeitdauer von etwa 40 Mikrosekunden bis etwa 100 Mikrosekunden getrennt sein.
Im weitesten Sinne ist die Erfindung gekennzeichnet durch
a) eine Tintenstrahlkopfanordnung mit Tropfenabruf zur Abgabe eines Tintentropfens mit einem Volumen, um ein Printmedium, das von der Tintenstrahlanordnung entfernt ist, zu bedrucken, wobei die Tinte einen Menikus mit einer Resonanzfrequenz mit einer Zeitperiode aufweist, und die Tintenstrahlkopfanordnung eine Kammer für Tinte enthält, wobei die Kammer mit einer Tintentropfenmündung mit einem Auslaß verbunden ist; mit einer Treibersignalschaltung, die ein Treibersignal erzeugt, das einen bipolaren elektrischen Impuls mit Füll- und Ausstoßimpulskomponenten von Spannungen entgegengesetzter relativer Polarität enthält, die durch eine Warteperiode voneinander getrennt sind, wobei die Ausstoßimpulskomponente eine Amplitude und eine Dauer aufweist, und die Warteperiode eine Dauer aufweist, wobei die Ausstoßimpulskomponente der Warteperiode und der Füllimpulskomponente folgt; und mit einem akustischen Treiber zum Empfangen des Treibersignals zur Erzeugung einer Druckwelle in der Tinte als Antwort auf das Treibersignal, um einen Teil der Tinte nach Außen durch die Tintentropfenöffnung und den Auslaß passieren zu lassen und den Tintentropfen zu formen, wobei der Tintentropfen von dem Auslaß zum Printmedium wandert, und die Treibersignalschaltung derart konstruiert und angeordnet ist, daß sie in der Lage ist, akustische Treibersignale unterschiedlicher Parameter zur Veränderung des Tintentropfenvolumens zu übertragen, wobei das Tintentropfenvolumen dieser Variation folgt, so daß die Anordnung ein Printmedium mit Tintentropfen unterschiedlichen Volumens ansprechen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibersignalschaltung derart konstruiert und angeordnet ist, daß sie einen bipolaren elektrischen Impuls übermittelt, dessen Füllkomponente eine feste Amplitude und eine feste Dauer aufweist, die kleiner als etwa 1/5 der Zeitdauer der Resonanzfrequenz des Meniskus ist.
b) ein Verfahren zum Betrieb eines Tintenstrahlers mit Tropfenabruf, um ein Printmedium zu bedrucken, wobei der Tintenstrahler in der Weise ausgebildet ist, daß er eine Tintenkammer aufweist, die mit einer Tintenquelle und mit einer Tintentropfenöffnung mit einem Auslaß verbunden ist, mit einem akustischen Treiber zum Erzeugen einer Druckwelle in der Tinte als Reaktion auf ein Treibersignal, um einen Teil der Tinte nach Außen durch die Tintentropfenmündung und den Auslaß passieren zu lassen, wobei die Tinte einen Meniskus mit einer Resonanzfrequenz mit einer Zeitdauer aufweist, und wobei die Tintentropfen, die jeweils ein Tintentropfenvolumen aufweisen, entlang eines Weges von dem Auslaß zum Printmedium, das von dem Auslaß entfernt ist, wandern, wobei das Verfahren enthält: Aufbringen wenigstens eines Treibersignals mit wenigstens einem bipolaren elektrischen Impuls mit einer Füll- und Ausstoßimpulskomponente von Spannungen entgegengesetzter relativer Polarität, die durch eine Warteperiode mit einer Zeitdauer voneinander getrennt sind, wobei die Ausstoßimpulskomponente eine Amplitude und Dauer aufweist und der Warteperiode und der Füllimpulskomponente folgt Variieren eines Parameters des Treibersignals, auf das das Tintentropfenvolumen anspricht, um das Tintenvolumen in den Tintentropfen zu verändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllimpulskomponente des Treibersignals eine feste Amplitude und eine feste Dauer aufweist, die kleiner als etwa 1/5 der Zeitdauer der Resonanzfrequenz des Meniskus ist.
Ein Tintenstrahldrucker mit Tropfenabruf kann ein Array einer Vielzahl von Tintenstrahlern enthalten, die jeweils eine Öffnung oder einen Düsenauslaß enthalten.
Aus dem Nachfolgenden mit Bezug auf die Zeichnungen wird deutlich, daß die vorliegende Erfindung einen Tintenstrahldruckkopf angibt, der in der Lage ist, einen zuverlässigen und effizienten Betrieb für Graustufen- oder Halbtondrucken zu gewährleisten.
In ähnlicher Weise ist anzuerkennen, daß die vorliegende Erfindung einen verbesserten Tintenstrahldruckkopf angibt, der in der Lage ist, selektiv Tintentropfen unterschiedlicher Größe zu erzeugen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die begleitenden Zeichnungen genommen ist, in denen in
Fig. 1 eine schematische Ansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausbildungsform eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Printmedium dargestellt ist, das von dem Tintenstrahlkopf entfernt ist, und
Fig. 2 ein Treibersignal für einen akustischen Treiber eines Tintenstrahldruckers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Mit Bezug auf Fig. 1 ist ein Tintenstrahler 10 mit Tropfenabruf mit einer Tintenkammer 12 gezeigt, die mit einer Tintenquelle 14 verbunden ist. Der Tintenstrahler 10 weist eine Öffnung 16 auf, die an die Tintenkammer 12 gekoppelt ist oder mit ihr in Verbindung steht. Die Öffnung 16 hat einen Auslaß 18, durch den die Tinte während der Tintentropfenformung hindurchtritt. Die Tintentropfen wandern in einer ersten Richtung entlang eines Weges vom Auslaß hin zum Druckmedium 19, das von dem Auslaß 18 beabstandet ist. Ein typischer Tintenstrahldrucker enthält eine Vielzahl von Tintenkammern, die jeweils mit einer oder mehreren entsprechenden Öffnungen und Öffnungsauslässen gekoppelt sind. In Fig. 1 sind zweite, dritte und vierte Öffnungen 20, 22, 24 dargestellt, die durch die Öffnungsplatte 25 hindurchführen.
Ein akustischer Treibermechanismus 30 wird verwendet, um eine Druckwelle in der Tinte zu erzeugen, um Tinte nach Außen durch die Tintentropfenmündung und den Auslaß hindurchzuführen. Der dargestellte akustische Treibermechanismus enthält ein piezo-keramischen Material 32, das mit einer dünnen Membran 34 verbunden ist, das eine Seite der Tintenkammer 12 abdeckt und schließt. Der Treiber 30 biegt sich in Abhängigkeit von Signalen von einer Signalquelle 36 und bewirkt Druckwellen in der Tinte.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung besonders anwendbar und vorteilhaft ist, wenn piezoelektrische Treiber zur Tintentropfenformation verwendet werden. Eine bevorzugte Ausbildung eines Tintenstrahldruckkopfes, der einen derartigen Treiber verwendet, ist im Detail in der eigenen europäischen Patentanmeldung Nr. 90311977.4 beschrieben.
Es ist jedoch auch möglich, andere Formen von Tintenstrahldruckern und akustischen Treibern in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung zu verwenden. Z. B. können elektromagnetisch betätigte Treiber, sowie andere Formen von piezoelektrischen Treibern (z. B. kreisförmige, polygonale, zylindrische, ringförmig-zylindrische usw.) verwendet werden. Zusätzlich können verschiedene Ablenkarten von piezoelektrischen Treibern verwendet werden, wie z. B. Biegemodus, Schermodus und Longitudinal-Modus.
Obgleich diese anderen Vorteile existieren, bezieht sich einer der prinzipiellen Vorteile der vorliegenden Erfindung auf die Effizienz, mit der Halbton- oder Grauskaladrucken bei einem Tintenstrahldrucker mit Tropfenabruf erreicht wird. Der Ausdruck Grauskaladrucken entspricht der Tropfenvolumenmodulation oder -variation.
Im allgemeinen wird das Volume der Tinte, die in einem individuellen Tintentropfen enthalten ist, durch den Durchmesser der Tintenstrahlöffnung und der Wellenform, die zum Antrieb des akustischen Treibers verwendet wird, gesteuert. Durch Einstellung der Wellenform können größere Tropfen erreicht werden, um das Tintenvolumen zu vergrößern. Umgekehrt können zur Reduzierung des Tintenvolumens durch Einstellung der Wellenform kleinere Tintentropfen erzielt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein vorteilhaftes Treibersignal zum Grauskaladrucken in Fig. 2 dargestellt. Dieses besondere Treibersignal ist ein bipolarer elektrischer Impuls 60 mit einer Füllimpulskomponente 62 und einer Ausstoßimpulskomponente 64. Die Komponenten 62 und 64 sind Spannungen gegensätzlicher Polarität. Die Impulskomponenten 62, 64 sind außerdem durch eine Wartezeitperiode X voneinander getrennt. Die Polaritäten der Komponenten 62, 64 können gegenüber denen in Fig. 2 dargestellt umgekehrt werden, abhängig von der Polarisation der piezoelektrischen Treibereinrichtung 30. Im Betrieb expandiert die Tintenkammer 12 nach Aufbringung der Füllimpulskomponente 62 und zieht Tinte in die Kammer zum Auffüllen der Kammer nach Ausstoß eines Tropfens. Da die Spannung gegen Ende des Füllimpulses gegen Null fällt, beginnt die Tintenkammer sich zusammenzuziehen und bewegt den Tintenmeniskus nach vorn in die Öffnung 16 gegen den Öffnungsauslaß 18. Nach Aufbringen der Ausstoßimpulskomponente 64 wird die Tintenkammer schnell zusammengezogen, um den Ausstoß eines Tintentropfens zu bewirken. Bei diesem Ansatz zur Formung eines Tropfens ist die Dauer der Füllimpulskomponente kleiner als die Zeitdauer, die erforderlich ist zur Bildung des Meniskus, der in die Öffnung 16 aufgrund des Füllimpulses zurückgezogen wurde, um in eine anfängliche Position nahe dem Öffnungsauslaß 18 zurückzukehren. Die Dauer der Füllimpulskomponente ist kleiner als etwa 1/5 der Zeitdauer der natürlichen Resonsanzfrequenz des Meniskus. Die Resonanzfrequenz eines Tintenmeniskus in einer Öffnung eines Tintenstrahlers kann leicht aus den Eigenschaften der Tinte und den Abmessungen der Tintenöffnung auf bekannte Weise errechnet werden. Wenn die Dauer der Warteperiode erhöht wird, bewegt sich der Tintenmeniskus näher zum Öffnungsauslaß 18 hin zu der Zeit, an der die Ausstoßimpulskomponente 64 aufgebracht wird. Durch Ausbildung einer Wartedauer, die klein genug ist, daß die Ausstoßimpulskomponente zu einer Zeit aufgebracht wird, bei der der Meniskus innerhalb der Öffnung vorwärtsbewegt wird, und früher als zu der Zeit, als der Meniskus den Öffnungsauslaß erreicht, können kleinere Tropfenvolumina der ausgestossenen Tropfen erreicht werden. Umgekehrt können größere Volumen ausgestoßener Tropfen erreicht werden, indem die Zeitdauer der Warteperiode genügend ausgedehnt wird, daß die Tinte den Öffnungsauslaß erreicht, bevor die Ausstoßimpulskomponente aufgebracht wird. Zu dieser späteren Zeit ist die Öffnung komplett mit Tinte gefüllt. Die Dauer der gewünschten Warteperiode und die Ausstoßimpulsweite für ein gegebenes Tropfenvolumen hängt von den Charakteristika des speziellen Tintenstrahlers ab, der verwendt wird, und kann durch Beobachtung der Eigenschaften des Tintenstrahls festgestellt werden. Im allgemeinen ist die Warteperiode und die Ausstoßimpulskomponentenperiode kleiner als etwa die Hälfte der Zeitdauer der natürlichen oder Resonanzfrequenz des Meniskus. Eine typische Zeitdauer der Meniskusresonanz liegt zwischen 50 Mikrosekunden und 160 Mikrosekunden, abhängig von der Tintenstrahlerausbildung und der verwendeten Tinte. Zusätzlich kann das Volumen der Tintentropfen erhöht werden durch Erhöhen der Dauer der Ausstoßimpulskomponente 64 oder durch Erhöhung der Amplitude der Ausstoßimpulskomponente.
Als typisches Beispiel sei angenommen, daß der Tintenstrahldruckkopf der Art ist, die in der o.g. europäischen Patentanmeldung Nr. 90311977.4 dargestellt ist, der bei 4 KHz Tropfen-Wiederholrate betrieben wird. In diesem Fall würden unterschiedliche Tintenvolumina in individuellen Tintentropfen durch Veränderung der Treiberwellenform von Fig. 2 erreicht werden. Die Punkte oder Spots, sofern sie mit heißschmelzender Tinte auf einem Mylar-Printmedium vor ihrer Verbindung gedruckt würden, sollten in der Größe zwischen 2,2 und etwa 3,9 mils (5,5 - 10u) liegen. Sofern die Tinte Heißschmelztinte ist, ist diese Variation durch Aufbringen von Druck im Anschluß an das Aufschmelzen der Tintenspritzer auf dem Printmedium in der Spotgröße noch größer, z. B. von etwa 2,6 - 5,5 mils (6,5 - 13,8u). Um die kleinste Punktgröße z. B. zu erreichen, würde die Warteperiode X auf 9 Mikrosekunden und die Dauer Y der Ausstoßimpulskomponente 64 auf 3 Mikrosekunden gesetzt. Um die nächste Punktgröße zu erreichen, würde z. B. X auf 11 Mikrosekunden und Y auf 5 Mikrosekunden gesetzt. Um noch höhere oder größere Punktgrößenwerte zu erreichen, würde z. B. X auf 11 Mikrosekunden und Y auf 9 Mikrosekunden gesetzt. Um eine vierte Punktgröße zu erreichen, würde X z. B. auf 12 Mikrosekunden und Y auf 11 Mikrosekunden gesetzt. Für einen Punktwert 5 würde z. B. X auf 12 Mikrosekunden und Y auf 15 Mikrosekunden gesetzt. Schließlich würde zur Erreichung des größten Punktes z. B. X auf 12 Mikrosekunden und Y auf 20 Mikrosekunden festgelegt. In jedem dieser Fälle würde die Amplitude und die Pulsweite der Füllimpulskomponente z. B. entsprechend 40 V und 5 Mikrosekunden betragen. Auch würde die Amplitude der Ausstoßimpulskomponente z. B. 40 V betragen. Durch Einstellung dieser Komponentenwerte der bipolaren Treiberimpulse würden die Tintentropfenvolumen und Tintenpunktgrößen entsprechend eingestellt. Entsprechend könnte eine Veränderung im Tintentropfenvolumen durch Erhöhung der Amplitude der Ausstoßimpulskomponente entweder allein oder in Kombination mit einer Einstellung der Wartezeitdauer und der Pulsweite der Ausstoßimpulskomponente erreicht werden. Wenn die Amplitude der Ausstoßimpulskomponente 64 erhöht wird, erhöht sich das Verhältnis der Amplitude der Ausstoßimpulskomponente zur Füllimpulskomponente und damit des Tintenvolumens der Tropfen. Ähnlich würde das Verhältnis der Pulsweite der Ausstoßimpulskomponente zur Pulsweite der Füllimpulskomponente sowie des Tintentropfvolumens anwachsen, wenn die Impulsweite der Ausstoßimpulskomponente anwächst.
Zusätzlich können mehrfache bipolare Impulse gemäß Fig. 2 zur Erzeugung eines einzelnen Tintentropfens verwendet werden. Allgemein wird durch Erhöhung der Zahl solcher bipolarer Impulse zur Formung eines Tintentropfens das Tintenvolumen in dem Tintentropfen erhöht. Im Ergebnis erzeugt jeder bipolare Impuls einen zusätzlichen Tintenbetrag, der dem Tintentropfen hinzugefügt wird und erhöht daher das Tintenvolumen, das in einem Tintentropfen enthalten ist, bevor der Tintentropfen von dem Düsenauslaß getrennt wird. Um die Abtrennung eines individuellen Tintentropfens zu bewirken, der auf diese Weise geformt ist, wird die Zeitperiode zwischen den bipolaren Impulsen erhöht. Alternativ ist auch zu erwarten, daß das Ablösen eines Tropfens auch durch Aufbringen eines Impulses höherer Energie erreicht werden kann, nachdem die gewünschte Zahl von bipolaren Impulsen verwendt worden ist, um einen Tropfen gewünschter Größe zu erzeugen.
Als spezielles Beispiel kann ein typischer bipolarer Impuls einer Reihe solcher Impulse einschließlich der Füllkomponente, der Warteperiodenkomponente und der Ausstoßkomponente eine Dauer von etwa 20 Mikrosekunden bis 40 Mikrosekunden aufweisen. Zusätzlich kann die typische Zeitdauer zwischen individuellen bipolaren Impulsen zwischen 30 und 100 Mikrosekunden liegen. Für einen Tintenstrahlkopf der in Fig. 1 dargestellten Art werden individuelle Tropfen abgelöst, wenn die Zeitverzögerung zwischen individuellen Impulsen größer als etwa 100 Mikrosekunden wird. Bei Annahme eines bipolaren Impulses mit 20 Mikrosekunden Dauer ist eine exemplarische Trennung zwischen den bipolaren Impulsen etwa 40 Mikrosekunden. In diesem Fall ist die Trennung etwa zweimal der Zeitdauer eines individuellen bipolaren Impulses. Wenn die Zeitdauer zwischen dem bipolaren Impulsen kleiner als etwa 100 Mikrosekunden ist oder eine solche andere Zeit, bei der ein Tropfenabreißen erfolgt, würde ein folgender bipolarer Impuls Tinte zu dem Volumen eines individuellen Tintentropfens hinzufügen statt einen separaten Tropfen zu erzeugen.
Die Verbindung einer oder mehrerer bipolarer Impulse zur Erzeugung eines individuellen Tropfens reduziert die maximale Tropfenwiederholrate, mit der der Tintenstrahldrucker betrieben werden kann. Jedoch sind gleichwohl hohe Tropfenwiederholraten möglich. Im o.g. Fall, in dem bis zu drei bipolare Impulse kombiniert werden, um die größten Tropfengrößen zu erzielen, kann z. B. eine Wiederholrate von bis zu 8 KHz errreicht werden.
Es ist schließlich darauf hinzuweisen, daß die vorliegende Erfindung auf Tintenstrahldrucker anwendbar ist, die eine große Variation von Tinte verwenden. Tinte, die bei Raumtemperatur flüssig ist, sowie Tinte des Phasenwechseltyps, die fest sind bei Raumtemperatur, können verwendet werden. Eine geeingte Phasenwechseltinte ist in der europäischen Patentanmeldung Nr. 353 979 (entsprechend der US-Patentanmeldung 227 846, angemeldet am 03.08.1988 mit dem Titel "Phase Change Ink Carrier Composition and Phase Ink Produced Therefrom") beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf besondere Arten von Tinte beschränkt.

Claims

1.Tintenstrahlkopfanordnung mit Tropfenabruf zur Abgabe eines Tintentropfens mit einem Volumen, um ein Printmedium (19), das von der Tintenstrahlanordnung (10) entfernt ist, zu bedrucken, wobei die Tinte einen Meniskus mit einer Resonanzfrequenz mit einer Zeitperiode aufweist, und die Tintenstrahlkopfanordnung (10) eine Kammer (12) für Tinte enthält, wobei die Kammer (12) mit einer Tintentropfenmündung (16) mit einem Auslaß (18) verbunden ist; mit einer Treibersignalschaltung (36), die ein Treibersignal erzeugt, das einen bipolaren elektrischen Impuls mit Füll- und Ausstoßimpulskomponenten von Spannungen entgegengesetzter relativer Polarität enthält, die durch eine Warteperiode voneinander getrennt sind, wobei die Ausstoßimpulskomponente eine Amplitude und eine Dauer aufweist und die Warteperiode eine Dauer aufweist, wobei die Ausstoßimpulskomponente der Warteperiode und der Füllimpulskomponente folgt; und mit einem akustischen Treiber (30) zum Empfangen des Treibersignals zur Erzeugung einer Druckwelle in der Tinte in Antwort auf das Treibersignal, um einen Teil der Tinte nach außen durch die Tintentropfenöffnung (16) und den Auslaß (18) passieren zu lassen und Tintentropfen zu formen, wobei der Tintentropfen von dem Auslaß (18) zum Printmedium (19) wandert, und die Treibersignalschaltung derart konstruiert und angeordnet ist, daß sie in der Lage ist, akustische Treibersignale unterschiedlicher Parameter zur Veränderung des Tintentropfenvolumens zu übertragen, wobei das Tintentropfenvolumen dieser Variation folgt, so daß die Anordnung ein Printmedium (19) mit Tintentropfen unterschiedlichen Volumens ansprechen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibersignalschaltung (36) derart konstruiert und angeordnet ist, daß sie einen bipolaren elektrischen Impuls übermittelt, dessen Füllkomponente eine feste Amplitude und eine feste Dauer aufweist, die kleiner als etwa 1/5 der Zeitdauer der Resonanzfrequenz des Meniskus ist.

2. Tintenstrahlkopfanordnung nach Anspruch 1, bei der der Parameter die Dauer der Ausstoßimpulskomponente oder die Dauer der Warteperiode ist.

3. Tintenstrahlkopfanordnung nach Anspruch 2, bei der der Parameter die Dauer der Ausstoßimpulskomponente ist und bei der das Volumen des Tintentropfens sich aus der Dauer der Warteperiode ergibt.

4. Tintenstrahlkopfanordnung nach Anspruch 1, bei der die akustische Treibersignalschaltung (36) derart konstruiert und angeordnet ist, daß sie akustische Antriebssignale numerisch unterschiedlicher bipolarer Impulsinhalte abgibt, wobei sich das Tintentropfenvolumen aus der Zahl der bipolaren elektrischen Impulse ergibt, die von dem Treiber (30) empfangen werden, so daß die Anordnung ein Printmedium (19) mit Tintentropfen unterschiedlichen Volumens ansprechen kann.

5. Tintenstrahlkopfanordnung nach Anspruch 4, bei der die bipolaren elektrischen Impulse voneinander durch eine Zeitdauer getrennt sind, die unzureichend ist, das Abreißen eines Tropfens von dem Mündungsauslaß (18) zu bewirken, bis eine gewählte Zahl von bipolaren Antriebsimpulsen erreicht ist.

6 Tintenstrahlkopfanordnung nach Anspruch 4 oder 5, bei der die bipolaren elektrischen Impulse voneinander durch nicht mehr als etwa 100 Mikrosekunden getrennt sind.

7. Tintenstrahlkopfanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der die bipolaren elektrischen Impulse voneinander durch eine Zeitdauer von wenigstens etwa zweimal der Dauer der individuellen bipolaren elektrischen Impulse getrennt sind.

8. Tintenstrahlkopfanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei der die bioplaren elektrischen Impulse voneinander durch eine Zeitdauer von etwa 30 bis zu 100 Mikrosekunden voneinander getrennt sind.

9. Tintenstrahlkopfanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Tinte eine Phasenwechseltinte ist.

10. Verfahren zum Betrieb eines Tintenstrahls für Tropfen auf Abruf, um ein Printmedium (19) zu bedrucken, wobei der Tintenstrahl eine Tintenkammer (12) aufweist, die mit einem Tintenvorrat (14) und mit einer Tintentropfenöffnung (16) mit einem Auslaß (18) verbunden ist, mit einem akustischen Treiber (30) zur Erzeugung einer Druckwelle in der Tinte als Reaktion auf ein Treibersignal, um einen Teil der Tinte nach außen durch die Tintentropfenmündung (16) und den Auslaß (18) passieren zu lassen, wobei die Tinte einen Meniskus mit einer Resonanzfrequenz mit einer Zeitdauer aufweist, und wobei die Tintentropfen, die jeweils ein Tintenvolumen aufweisen, entlang eines Weges von dem Auslaß (18) zum Printmedium (19), das von dem Auslaß entfernt ist, wandern, wobei das Verfahren enthält: Aufbringen wenigstens eines Treibersignals mit wenigstens einem bipolaren elektrischen Impuls mit einer Füll- und Ausstoßimpulskomponente von Spannungen entgegengesetzter relativer Polarität, die durch eine Warteperiode mit einer Zeitdauer voneinander getrennt sind, auf den akustischen Treiber (30), wobei die Ausstoßimpulskomponente eine Amplitude und Dauer aufweist und der Warteperiode und der Füllimpulskomponente folgt, Variieren eines Parameters des Treibersignals, auf das das Tintentropfenvolumen anspricht, um das Tintenvolumen in den Tintentropfen zu verändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllimpulskomponente des Treibersignals eine feste Amplitude und eine feste Dauer aufweist, die kleiner als etwa 1/5 der Zeitdauer der Resonanzfrequenz des Meniskus ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Parameter die Dauer der Warteperiode oder die Dauer der Ausstoßimpulskomponente ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, das den Schritt der Veränderung der Dauer der Warteperiode enthält, um das Tintenvolumen in den Tintentropfen zu variieren.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem die Füllimpulskomponente eine Dauer aufweist, die geringer als 1/5 der Zeitdauer der natürlichen Resonanzfrequenz des Tintenmeniskus ist.

14. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die akustischen Treibersignale, die dem akustischen Treiber (30) zugeführt werden, wenigstens zwei numerisch unterschiedliche bipolare Impulsinhalte aufweisen, wobei das Tropfenvolumen auf die Zahl der bipolaren elektrischen Impulse anspricht, die von dem Treiber (30) empfangen werden, so daß das Printmedium (19) mit Tintentropfen unterschiedlichen Volumens angesprochen wird.