DE69117825T2

DE69117825T2 - Verfahren zum Betrieb eines auf Abruf arbeitenden Tintenstrahldruckkopfes

Info

Publication number: DE69117825T2
Application number: DE69117825T
Authority: DE
Inventors: Ronald L Adams; Jeffrey J Anderson; James D Buehler; Joy Roy; Susan C Schoening; Douglas M Stanley
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1990-07-16
Filing date: 1991-07-16
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2011-07-17
Also published as: EP0467656A3; EP0467656A2; US5381162A; DE69117825D1; US5155498A; EP0467656B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Betrieb von Tintenstrahldruckköpfen und insbesondere auf ein Verfahren zur Erzeugung eines Treibersignals zur Steuerung des Betriebs von Tintenstrahldruckköpfen.
Die vorliegende Erfndung bezieht sich auf das Drucken mit einem Tintenstrahldruckkopf der Art Tropfen-Auf-Abruf ("DOD"), bei dem Tintentropfen dadurch erzeugt werden, daß ein Treibersignal verwendet,wird, das den Betrieb des Tintenstrahldruckkopfes steuert, um die bereinigte oder gerichtete Diffusion (rectified diffusion) zu reduzieren. Die gerichtete Diffusion bedeutet das Wachstum von Luftblasen, die in der Tinte gelöst sind, aufgrund wiederholter Anwendung von Druckimpulsen bei Drücken unterhalb des Umgebungsdrucks, auf die Tinte, die in der Tintendruckkammer des Tintenstrahldruckkopfes verbleibt. Die gerichtete Diffusion führt über die Zeit zur Verringerung der Druckqualität. Durch Steuerung des Betriebs des Tintenstrahldruckkopfes kann das Treibersignal gleichzeitig die gerichtete Diffusion reduzieren und die Konsistenz der Tropfenfiugzeit vom Tintenstrahldruckkopf zum Printmedium über einen weiten Bereich des Tropfenausstoß- oder der Tropfenwiederholrate zu verbessern.
Tintenstrahldrucker, und insbesondere DOD-Tintenstrahldrucker mit Tintenstrahldruckköpfen mit akustischen Treibern zur Bildung von Tintentropfen, sind im Stand der Technik bekannt. Das Prinzip, das hinter einem Tintenstrahldruckkopf dieser Art steht, ist die Erzeugung einer Druckwelle und die darauf folgende Emission von Tintentröpfchen aus einer Tintendruckkammer durch eine Düsenöffnung oder eine Tintentropfenausstoßöffnung. Eine große Zahl von akustischen Treibern wird bei Tintenstrahldruckköpfen dieser Art verwendet. Z. B. können die Treiber aus einem Druckübertrager aus piezoelektrischem keramischen Material bestehen, das an einer dünnen Membran befestigt ist. Aufgrund einer aufgebrachten Spannung deformiert das piezoelektrische keramische Material die Membran und führt dazu, daß die Membran Tinte aus der Druckkammer verdrängt, wobei dies zu einer Druckwelle und einem Tintenfluß durch eine oder mehrere Düsen führt.
Piezoelektrische keramische Treiber können jede geeignete Form aufweisen, wie z. B. zirkular, polygonal, zylindrisch und ringförmig-zylindrisch. Darüber hinaus können piezoelektrische keramische Treiber auf verschiedene Arten der Ablenkung betrieben werden, wie z. B. im Biegemodus, im Schermodus und im Longitudinalmodus. Andere Typen akustischer Treiber zur Erzeugung von Druckwellen in der Tinte schließen Hitzeblasenquelltreiber (sogenannte Blasen- oder thermische Tintenstrahldruckköpfe) und elektromagnetisch betriebene Treiber ein. Allgemein ist es bei einem Tintenstrahldmckkopf erwünscht, eine Geometrie zu verwenden, die es erlaubt eine Vielzabl von Düsen in einer dichtgepackten Anordnung zu positionieren, wobei jede Düse durch einen zugeordneten akustischen Treiber betrieben wird.
Das US-Patent 4 523 200 für Howkins beschreibt einen Ansatz zum Betrieb eines Tintenstrahldruckkopfes für den Zweck, eine hohe Geschwindigkeit von Tintentropfen frei von Nebentropfen und Düsenstreuungen und einen stabilen Tintenstrahldruckkopfbetrieb zu erreichen. Bei diesem Ansatz wird eine elektromagnetischer Übertrager mit einer Tintenkammer verbunden und durch ein zusammengesetztes Signal angetrieben, das unabhängige erste und zweite elektrische aufeinanderfolgende Impulse gegensätzlicher Polarität in einem Fall enthält und in einigen Fällen durch eine Zeitverzögerung getrennt ist. Der erste elektrische Impuls ist ein Ausstoßimpuls mit einer Impulsbreite, die wesentlich größer als die des zweiten Impulses ist. Der angegebene zweite Impuls weist in dem Fall, in dem die Impulse gegensätzliche Polarität aufweisen, eine exponentiell abfallende Rückflanke auf. Das Aufbringen des ersten Impulses führt zu einer schnellen Kontraktion der Tintenkammer des Tintenstrahldruckkopfes und intiiert den Ausstoß eines Tintentropfens aus der zugehörigen Öffnung. Die Anwendung des zweiten Impulses führt zur raschen Expansion der Tintenkammer und erzeugt ein frühzeitiges Abbrechen eines Tintentropfens aus der Öffnung. Es gibt keinen Vorschlag in dieser Referenz zur Steuerung der Stellung des Tintenmeniskus vor dem Tropfenausstoß; daher sind Probleme beim gleichmäßigen Drucken bei hoher Tintenwiederholrate zu erwarten.
Das US-Patent 4 563 689 für Murakami u.a. beschreibt einen Ansatz zum Betrieb eines Tintenstrahldruckkopfes für den Zweck, unterschiedliche Tropfengrößen auf Printmedien zu erzielen. Bei diesem Ansatz wird ein Vorufimpuls auf einen elektromagnetischen Übertrager vor einem Hauptimpuls aufgebracht. Der Vorlaufimpuls wird beschrieben als Spannungsimpuls, der an einen piezoelektrischen Übertrager angelegt wird, um Tinte in der Düse schwingen zu lassen. Die in dem Spannungsimpuls enthaltene Energie liegt unter der Grenze, die notwendig ist, um einen Tropfen auszustoßen Der Vorlaufimpuls steuert die Position des Tintenmeniskus in der Düse und daher die Tintentropfengröße. In den Figuren 4 und 8 von Murakami u.a. weisen Vorlaufund Hauptimpulse die gleiche Polarität auf, jedoch sind in den Figuren 9 und 11 diese Impulse gegensätzlicher Polarität. Murakami u.a. weisen auch darauf hin, daß die typische Zeitverzögerung zwischen dem Start des Vorlaufimpulses bis zum Start des Hauptimpulses in der Größenordnung von 500µsek liegt. Daher würde bei diesem Ansatz der Tropfenausstoß auf relativ geringere Wiederholraten beschränkt sein.
Diese bekannten Verfahren zum Betrieb von Tintenstrahldruckkopfen zeigen Schwierigkeiten, um eine gleichmäßig hohe Druckqualität bei hohen Druckgeschwindigkeiten zu erzielen. Ein anderes mögliches Problem in Verbindung mit Tintenstrahldruckköpfen ist die Verschlechterung der Druckqualität aufgrund gerichteter Diffusion. Die gerichtete Diffusion tritt auf, wenn Luftblasen, die in der Tinte gelöst sind, aufgrund der wiederholten Anwendung von Druckimpulsen oder Druckwellen auf Tinte, die in der Tintendruckkammer des Tintenstrahldruckkopfes verbleibt, bei Drücken unterhalb Umgebungsdruck wachsen. Nach einer bestimmten Zeitdauer, der sogenannten "Setzzeit", verschlechtert sich auf diese Weise die Druckqualität aufgrund kontinuierlichem Betrieb des Tintenstrahldruckkopfes. Die Setzzeit hängt von der Tropfenwiederholrate und vor dem Beginn eines kontinuierlichen Tintenstrahldruckkopfbetriebs von der Menge Luft ab, die in der Tinte gelöst ist, der Tintenviskosität, der Tintendichte, der Diffusion von Luft in der Tinte und den Radien der Luftblasen, die in der Tinte gelöst sind, ab. Es besteht daher ein Bedürfnis für ein Betriebsverfahren eines Tintenstrahldruckkopfes, das die Setzzeit ausdehnt oder eliminiert. Es besteht auch ein Bedarf für ein Verfahren, das die Setzzeit hinausschiebt oder eliminiert, während gleichzeitig eine hohe Druckqualität bei hoher Druckgeschwindigkeit erreicht wird.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines DOD-Tintenstrahldruckkopfes anzugeben, so daß dieser das Drucken für eine unbestimmte oder verlängerte Zeitdauer fortsetzen kann, wobei eine geringe oder keine Druckqualitätsverschlechterung aus gerichteter Diffusion resultiert.
Ein anderer Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein solches Verfahren anzugeben, das der Betrieb eines DOD-Tintenstrahldruckkopfes so gesteuert wird, daß er in einem weiten Bereich von Tropfenwiederholraten einschließlich hoher Tropfenwiederholraten drucken kann.
Es ist ein Tinten-auf-Abruf-Tintenstrahl einer Art beschrieben, bei der eine Tintenkammer verwendet ist, die mit einer Quelle von Tinte verbunden ist und eine Tintentropfen bildende Öffnung mit einem Auslaß vorgesehen ist, wobei die Tintentropfenöffnung mit der Tintenkammer verbunden ist. Es ist ein akustischer Treiber verwendet, um eine Druckwelle in der Tinte zu erzeugen, um diese nach Außen durch die Tintentropfenöffnung und den Auslaß zu führen. Der Treiber wird so betätigt, daß er die Tintenkammer ausdehnt und zusammenzieht, um einen Tropfen Tinte aus dem Auslaß der Tintentropfenausstoßöffnung auszustoßen, wobei das Volumen der Tintenkammer zunächst expandiert wird, um die Kammer mit Tinte aus einer Tintenquelle wieder zu füllen. Während dieser Ausdehnung wird Tinte auch innerhalb der Öffnung zur Tintenkammer hin und weg von dem Auslaß der Tintenausstoßöffnung zurückgezogen. Es wird eine Warteperiode eingesetzt, während der die Tintenkammer zu ihrem ursprünglichen Volumen zurückkehrt und die Tinte in der Öffnung innerhalb der Öffnung von der Tintenkammer weg zum Auslaß der Tintentropfenstrahlöffnung zurückkehrt. Der Treiber wird darüber hinaus dann so betrieben, daß er das Volumen der Tintenkammer zusammenzieht, um einen Tintentropfen auszustoßen. Als Konsequenz der Ausdehnung der Tintenkammer, einer Warteperiode und der Zusammenziehung der Tintenkammer folgt dann das Ausstoßen von Tintentropfen.
In der Praxis werden diese Tropfenausstoßschritte natürlich wiederholt, z.B. mit hoher Geschwindigkeit, um ein rasches Drucken zu erzielen. Zusätzlich kann jeder dieser Warteschritte den Schritt aufweisen, daß gewartet wird, bis die Tinte in der Öffnung im wesentlichen an die gleiche Position innerhalb der Öffnung vorgerückt ist, zu der die Tinte während der anderen Warteschritte vorgerückt ist, bevor die Tintenkammer zusammengezogen wird, um einen Tintentropfen auszustoßen.
Der Warteschritt kann den Schritt enthalten, daß gewartet wird, bis die Tinte auf einen Position vorgerückt ist, die im wesentlichen dem Auslaß der Tintentropfenausstoßöffnung entspricht, jedoch nicht über den Auslaß dieser Öffnung hinaus, bevor das Volumen der Tintenkammer zusammengezogen wird, um einen Tintentropfen auszustoßen.
Der Schritt des Zusammenziehens kann vorzugsweise zu einer Zeit auftreten, zu der sich die Tinte vorwärtsbewegt, d.h. eine Vorwärtskomponente der Bewegung zum Auslaß der Tintentropfenausstoßöffnung hin aufweist.
Der Treiber kann einen piezoelektrischen Treiber enthalten, der durch einen Treiberimpuls mit ersten und zweiten Impulskomponenten, die durch eine Warteperiode voneinander getrennt sind, angetrieben wird, wobei die ersten und zweiten Impulskomponenten gegensätzlicher Polarität sind. Diese Impulskomponenten oder elektrischen Antriebsimpulse können eine Rechteckwellen - oder eine Trapezwellenform aufweisen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die vorherrschende akustische Resonanzfrequenz des Tintenstrahls auf bekannte Weise bestimmt werden. Der bedeutendste Faktor, der die Resonanzfrequenz des Tintenstrahls beeinflußt, ist die Länge des Tintendurchlasses vom Auslaß der Tintenkammer zur Auslaßöffnung des Tintenstrahls. Der Energiegehalt des vollständigen elektrischen Treiberimpulses bei verschiedenen Frequenzen wird ebenfalls bestimmt. Der vollständige elektrische Antriebsimpuls enthält in diesem Fall die Wiederfüllimpulskomponenten, die Antriebsimpulskomponenten und die Warteperioden, zur Verwendung beim Ausstoßen eines Tintentropfens. Ein Standardspektrumanalysator kann verwendet werden, um den Energiegehalt des Treiberimpues bei verschiedenen Frequenzen zu bestimmen. Der Treiberimpuls wird dann eingestellt, vorzugsweise durch Einstellung der Dauer der Warteperiode und der ersten oder Wiederfüllimpulskomponente in der Weise, daß bei der vorherrschenden akustischen Resonanzfrequenz des Tintenstrahls ein minimaler Energiegehalt des Treiberimpulses existiert. Wenn ein Tintenstrahl dieser Art einen Nebenkanal zwischen der Tintenkammer und dem Auslaß der Tintenstrahlausstoßöffnung enthält, entspricht die vorherrschende akustische Resonanzfrequenz der Resonanzfrequenz der stehenden Welle in der Flüssigtinte in dem Nebenkanal des Tintenstrahls. Mit diesem Ansatz wird das Treibersignal auf die Charakterristika des Tintenstrahls eingestellt, um hohe Energiekomponenten bei der vorherrschenden Resonanzfrequenz des Tintenstrahls zu vermeiden.
Der Treiberimpuls kann, wenn notwendig, so eingestellt werden, daß der minimale Energiegehalt auf dem Treiberimpuls bei einer Frequenz, die im wesentlichen der vorherrschenden akustischen Frequenz des Tintenstrahls entspricht wenigstens etwa 20 db unterhalb des maximalen Energiegehalts des Treibenmpulses bei anderen Frequenzen als der Frequenz liegt, die im wesentlichen der vorherrschenden akustischen Resonanzfrequenz entspricht. Darüber hinaus kann der Treiberimpuls so eingestellt werden, daß der maximale Energiegehalt des Treiberimpulses nicht bei einer Frequenz auftritt, die sehr nahe (z. B. weniger als 10 KHz) zu jeder der größeren Resonanzfrequenzen des Tintenstrahldruckkopfes liegt. Die größeren Resonanzfrequenzen enthalten die Meniskusresonanzfrequenz, die Helmholzresonanzfrequenz, die piezoelektrische Treiberresonanzfrequenz und verschiedene akustische Resonanzfrequenzen der verschiedenen Kanäle und Durchlässe, die den Tintenstrahldruckkopf bilden.
Der Treiberimpuls kann Wiederfüll- und Ausstoßkomponenten einer Trapezform enthalten, bei denen die Impulskomponenten einen unterschiedlichen Anstieg auf ihre Maximalamplitude als einen Abfall von der Maximalamplitude aufweisen. insbesondere können der erste elektrische Antriebsimpuls oder die Wiederfüllimpulskomponente eine Anstiegszeit von etwa 1 - 4 µsek, eine Maximalamplitude für etwa 2 - 7 µsek, sowie eine Abstiegszeit von etwa 1 - 7 µ sek aufweisen. Ferner kann die Wartezeit größer als etwa 8 µsek betragen. Weiter kann der zweite elektrische Impuls oder die Ausstoßimpulskomponente innerhalb desselben Bereichs der Anstiegszeit der Zeit der maximalen Amplitude und der Abstiegszeit, wie der erste elektrische Antriebsimpuls, jedoch bei gegensätzliche Polarität, liegen. Insbesondere können die Anstiegszeit der ersten und zweiten elektrischen Treiberimpulskomponenten vorzugsweise zwischen 1 und 2 µsek liegen, wobei die ersten und zweiten elektrischen Antriebsimpulskomponenten die maximale Amplitude bei 4 - 5 µsek aufweisen und die ersten und zweiten elektrischen Antriebsimpulse eine Abstiegszeit von etwa 2 - 4 µsek aufweisen, wobei die Warteperiode zwischen 15 und 22 µsek liegt.
Die vorliegende Erfindung wird durch ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines DOD-Tintenstrahldwckkopfes gebildet, um die Verschlechterung der Druckqualität aufgrund gerichteter Diffusion zu reduzieren. Die Erfindung modifiziert das oben beschriebene Verfahren zum Betrieb eines Tintenstrahldruckkopfes.
Das oben beschriebene Verfahren, das zusammengefaßt, ein Verfahren zum Betrieb eines DOD-Tintenstrahldruckkopfes ist (Tinenstrahldruckkopf") weist eine Tintendruckkammer auf, die mit einer Tintenquelie verbunden ist und eine Tintentropfenausstoßöffnung ("Öffnung") mit einem Auslaß einer Tintenstrahlöffnung ("Auslaßöffnung") enthält. Die Öffnung des Tintenstrahldruckkopfes ist mit einer Tintendruckkammer verbunden. Ein akustischer Treiber expandiert und kontraktiert das Volumen der Tintendruckkammer, um einen Tintentropfen aus dem Mündungsauslaß auszustoßen. Der akustische Treiber bringt eine Druckwelle auf die Tinte auf, die innerhalb der Tintendruckkammer verbleibt, um die Tinte nach Außen durch die Öffnung und durch die Auslaßmündung zu führen. Der akustische Treiber kann ein piezoelektrisches keramisches Material enthalten, das durch Spannungssignalimpulse angetrieben wird. Bei Aufbringung eines ersten Spannungsimpulses, genannt "Wiederfüllimpulskomponente" bewirkt der akustische Treiber das Anwachsen des Volumens der Druckkammer durch Expansion der Kammer, um die Kammer mit Tinte aus der Tintenquelle wieder zu füllen. Während der Expansion der Tintendruckkammer wird Tinte auch innerhalb der Öffnung zur Tintendruckkammer hin und weg von dem Auslaß der Öffnung zurückgezogen. Wenn die Wiederfüllimpulskomponente nicht mehr länger aufgebracht wird, wird eine Warteperiode ausgebildet, während der die Druckkammer zu ihrem ursprünglichen Volumen zurückkehrt und die Tinte in der Öffnung innerhalb der Öffnung von der Tintendruckkammer weg sich vorwärts zur Auslaßöffnung hin bewegt. Nach Aufbringen eines zweiten Spannungsimpulses gegensätzlicher relativer Polarität, genannt "Ausstoßimpulskomponente", arbeitet der akustische Treiber dann so, daß das Volumen der Tintendruckkammer durch Kammerkontraktion verringert wird, um einen Tintentropfen auszustoßen. Daher wird durch Aufbringen dieser Spannungsimpulse an den akustischen Treiber eine Folge mit einer Tintendruckkammerexpansion, eine Warteperiode und einer Tintenkammerkontraktion bewirkt, die das Ausstoßen von Tintentropfen ermöglicht.
Diese Schritte werden mit hoher Wiederholrate ausgeführt, um ein schnelles Drucken zu erreichen. Die Wiederfüllimpulskomponente, gefolgt durch die Wartezeit und die Ausstoßimpulskomponente bilden das Treibersignal. Die Wiederfüllimpulskomponente und die Ausstoßsignalkomponente können rechteckig- oder trapezförmige Wellenform aufweisen.
Eine bevorzugte Ausfiihrungsform des Treibersignals des vorhergehenden Verfahrens enthält eine bipolares elektrisches Signal mit Wiederfüll- und Ausstoßimpulskomponenten, die von einer Nullamplitudenreferenzspannung abweichen, welche während der Wartezeit erhalten wird. Dem Fachmann dürfte jedoch klar sein, daß die Referenzspanung nicht eine Nullspannungsamplitude aufweisen muß. Das Treibersignal kann Impulskomponenten gegensätzlicher relativer Polarität aufweisen, die sich um eine positive oder negative Referenzspannungamplitude ändern, die während der Wartezeitperiode gehalten wird. Das Treibersignal wird, wie bereits früher erwähnt. so auf die Charakteristika des Tintenstrahldruckkopfes eingestellt, daß das Auftreten von hohen Energiekomponenten bei der vorherrschenden akustischen Resonanzfrequenz des Tintenstrahldruckkopfes vermieden wird, welches auf bekannte Art und Weise bestimmt werden kann. Typischerweise ist der bedeutenste Faktor, der die vorherrschende Resonanzfrequenz des Tintenstrahldruckkopfes berührt, die Resonanzfrequenz des Tintenmeniskus. Ein signifikanter Faktor, der die vorherrschende akustische Resonanzfrequenz des Tintenstrahldruckkopfes auch berührt, ist die Länge des Durchlasses vom Auslaß der Tintendruckkammer zum Auslaß der Mündung des Tintenstrahldruckkopfes. Dieser Durchlaß ist "Nebenkanal" (offset channel) genannt.
Das Treibersignal wird auf die Charakteristika des Tintenstrahldruckkopfes eingestellt, insbesondere durch Einstellung der Zeitdauer des Wartezeitzustandes und der Zeitdauer des ersten oder Wiederfüllimpulskomponente, einschließlich der Anstiegszeit und der Abfallzeit der Wiederfüllimpulskomponente. Die Anstiegszeit und die Abfallzeit der Wiederfüllimpulskomponente ist die Übergangszeit von der Nullspannung auf die Spannungsamplitude der Wiederfüllimpulskomponente und von der Spannungsamplitude der Wiederfüllimpulskomponente auf die Nullspannung. Ein Standardspektrumanalysator kann verwendet werden, um den Energiegehalt des Treibersignals bei verschiedenen Frequenzen zu bestimmen. Nach einer Einstellung entspricht ein minimaler Energiegehalt des Treibersignals der dominanten akustischen Resonanzfrequenz des Tintenstrahldruckkopfes.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Betrieb eines Tintenstrahldruckkopfes zur Reduzierung der Verschlechterung der Druckqualität aufgrund gerichteter Diffusion wird durchgeführt durch Modifizierung der Impulskomponenten des Treibersignals in der Weise, daß der Druck. der auf die Tinte, die in der Tintendruckkammer des Tintenstrahldruckkopfes verbleibt, wobei der Druck unterhalb Umgebungsdruck liegt, derart reduziert wird, daß er unter der Grenze des Drucks liegt, der zu gerichteter Diffusion führt. Ein Ansatz, um dies zu erreichen, liegt in der Erzeugung eines Treibersignals für eine hohe Druckqualität und große Druckgeschwindigkeiten gemäß der zuvor genannten Beschreibung des ersten Aspektes der Erfindung. Wenn diesem Ansatz gefolgt wird, werden die Impuiskomponenten des Treibersignals damit modifiziert, um die Verschlechterung der Druckqualität aufgrund gerichteter Diffusion zu reduzieren. Um das neue Treibersignal aus dem ursprünglichen Treibersignal abzuleiten, werden die Spannungsamplituden und Zeitdauern, einschließlich Anstiegs- und Abfallzeiten der Wiederfüll- und der Ausstoßkomponenten entsprechend reduziert und angehoben. Obgleich der oben genannte Ansatz mit einem Treibersignal beginnt, um eine hohe Druckqualität und hohe Druckgeschwindigkeit gemäß der Beschreibung des ersten Aspekts der Erfindung zu erzielen, kann jedes Treibersignal so modifiziert werden, kann jedes Treibersignal so modifiziert werden, daß der Druck unterhalb des Umgebungsdrucks, der auf die Tinte aufgebracht wird, die in dem Tintenstrahldruckkopf verbleibt, geringer als der Grenzdruck ist, der zur gerichteten Diffusion führt. Während das ursprüngliche Treibersignal eine hohe Druckqualität und hohe Druckgeschwindigkeit gemäß einem solchen Aspekt erreicht, wird zur Steuerung des Betriebs des Tintenstrahldruckkopfes zur Reduzierung der Verschlechterung der Druckqualität aufgrund gerichteter Diffusion die Spannungsgröße der Wiederfüllimpulskomponente um 50% und die Spannungsgröße der Ausstoßimpulskomponente wird bezüglich der neu festgelegten Größe der Spannung der Wiederfüllimpulskomponente reduziert. in einer bevorzugten Form des resultierenden Treibersignals beträgt die Spannungsgröße der Wiederfüllimpulskomponente weniger als 1,3 und mehr als 1,15 der Spannungsgröße der Ausstoßimpulskomponente. Ferner können die relativen Polaritäten der Wiederfüllimpulskomponente und der Ausstoßimpulskomponente umgekehrt werden, abhängig von der Polarität des Druckübertragers.
Für das ursprüngliche Treibersignal, das gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erzeugt wird, werden dann die Zeitdauern der Wiederfüllimpuls- und der Ausstoßimpulskomponenten ohne Anstiegs- und Abfallzeiten dann erhöht. Zusätzlich werden die Anstiegszeiten und die Abfallzeiten für jede der Wiederfüllund Ausstoßimpulskomponenten ausgedehnt. Die Anstiegszeit und die Abfallzeit jeder Impulskomponente sind die Übergangszeiten von der Nulispannung zur Spannungsamplitude der impulskomponente und von der Spannungsamplitude auf die Nulispannung. in einer bevorzugten Form des resultierenden Treibersignals werden die Anstiegs- und Abfallzeiten für jede der Wiederfüllimpulskomponenten verdoppelt.
Die oben beschriebenen Einstellungen der Spannungsamplituden., der Zeitdauern, ohne Anstiegs- und Abfallzeiten und der Anstiegs- und Abfallzeiten für jede Impulskomponente werden so durchgeführt, daß das Frequenzspektrum der bevorzugten Ausführungsform des Treibersignals einen minimalen Energiegehalt bei der vorherrschenden akustischen Resonanzfrequenz des Tintenstrahldruckkopfes aufweist.
Die nachfolgende Beschreibung dient der Illustration der Erfindung an einem Beispiel, wobei Bezug genommen wird auf die begleitenden Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer Form eines Tintenstrahldruckkopfes mit einem Printmedium, das sich im Abstand von dem Tintenstrahldruckkopf befindet.
Fig. 2 erläutert eine Form eines Treibersignals eines akustischen Treibers eines Tintenstrahldruckkopfes.
Fig. 3 ist eine schematische Illustration im Querschnitt eines Typs eines Tintenstrahlkopfes, der in der Lage ist gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung betrieben zu werden.
Fig. 4a,b,c zeigen für verschiedene Warteperioden eine Simulation der Änderung der Form einer ausgestoßenen Tintensäule an einem Punkt nahe dem Abbruch eines Tintentropfens von der Säule, wenn ein Tintenstrahldruckkopf der in Fig. 3 gezeigten Art durch ein Treibersignal gemäß Fig. 2 betätigt wird.
Fig. 5 ist eine Darstellung der Tintenflugzeit gegenüber der Tintenausstoßrate für kontinuierlichen Betrieb eines Tintenstrahldruckkopfes nach Fig. 3, wenn er durch ein Treibersignal nach Fig. 2 angetrieben wird, wobei die Zeitdauer der Ausstoßimpulskomponente einschließlich Anstiegs- und Abfallzeiten so eingestellt ist, daß der minimale Energiegehalt des Treibersignals mit der dominanten akustischen Resonanzfrequenz des Tintenstrahldruckkopfes übereinstimmt.
Fig. 6 beschreibt eine andere Form eines Treibersignals für einen akustischen Treiber eines Tintenstrahldruckkopfes nach Fig. 3 mit Werten für die Zeitdauern der Wiederfüll- und Ausstoßimpulskomponenten einschließlich Anstiegs- und Abfallzeiten der Zeitdauer der Warteperiode und der Spannungsamplituden der Wiederfülil- und Ausstoßimpulskomponenten.
Fig. 7 zeigt ein Treibersignal zur Reduzierung gerichteter Diffusion gemäß der vorliegenden Erfindung für einen akustischen Treiber eines Tintenstrahldruckkopfes nach Fig. 3
Fig. 8 erläutert das Frequenzspektrum des Treibersignals nach Fig. 6 und des Treibersignals nach Fig. 7 mit minimaler Energie für beide Treibersignale, die bei etwa 85 KHz, der vorherrschenden akustischen Resoanzfrequenz des Tintenstrahldruckkopfes, auftreten.
Fig. 9 ist eine auf der Zeit basierende Darstellung für ein theoretisches Modell eines Tintenstrahldruckkopfes der Art nach Fig. 3, des Druckes, der auf die Tinte in der Tintenkammer eines Tintenstrahldruckkopfes aufgebracht wird, der mit einem Treibersignal nach Fig. 6 betrieben wird.
Fig. 10 ist eine Darstellung auf Zeitbasis für ein theoretisches Modell eines Tintenstrahldruckkopfes der Art nach Fig. 3, des Druckes, der auf die Tinte ausgeübt wird, die in der Tintenkammer des Tintenstrahldruckkopfes verbleibt, der mit dem Treibersignal nach Fig. 7 betrieben wird.
Fig. 11 ist eine Darstellung für ein theoretisches Modell gerichteter Diffusion der Grenzkonzentration von Luft, die in Tinte gelöst ist, für die Setzzeit des Luftblasenwachstums aufgrund gerichtete Diffusion gegenüber dem Luftblasenradius, wobei die Grenzkonzentration von Luft als Prozentwert der Sättigungskonzentration der Tinte ausgedrückt ist.
Fig. 12 ist eine Darstellung der Tropfengeschwindigkeit als Funktion der Tropfenausstoßrate für den kontinuierlichen Betrieb eines Tintenstrahls nach Fig. 3, der durch ein Treibersignal betrieben wird, das nur eine Ausstoßimpulskomponente "C" der Wellenform von Fig. 2 enthält.
Fig. 13 ist eine Darstellung der Tintenflugzeit als Funktion der Tintenausstoßrate für den kontinuierlichen Betrieb eines Tintenstrahls nach Fig. 3, der durch ein Treibersignal betätigt wird, das nur eine Ausstoßimpulskomponente "C" der Wellenform von Fig. 2 enthält, und bei der der Ausstoßimpuls für einen speziellen Tintenstrahldruckkopf optimiert ist.
Unter Bezug auf Fig. 1 wird ein DOD-Tintenstrahldruckkopf 9 mit einer internen Tintendruckkammer, die in dieser Figur nicht dargestellt ist, gezeigt, die mit einer Tintenquelle 11 verbunden ist. Der Tintenstrahldruckkopf 9 weist eine oder mehrere Auslässe von Tintenstrahlausstoßöffnungen ("Mündungsauslässe") 14 auf, von denen die Auslässe 14a, 14b und 14c dargestellt sind, die mit der Tintendruckkammer über eine Tintentropfenausstoßöffnung ("Mündung") verbunden sind. Die Tinte fließt durch die Auslaßöffnung 14 während der Tintentropfenbildung. Die Tintentropfen wandern in einer Richtung entlang eines Weges von den Mündungsauslässen 14 in Richtung auf das Printmedium 13, welches sich im Abstand von den Mündungsauslässen befindet. Ein typischer Tintenstrahldrucker enthält eine Vielzahl von Tintendruckkammern, die jeweils mit einer oder mehrere entsprechende Öffnungen und Auslaßmündungen in Verbindung stehen.
Ein akustischer Treibermechanismus 36 wird zur Erzeugung einer Druckwelle oder eines Druckimpulses verwendet, der auf die Tinte aufgebracht wird, die sich in der Tintendruckkammer befindet, um die Tinte dahin zu bringen, daß sie nach Außen durch die Mündung und den zugehörigen Mündungsauslaß 14 führt. Der akustische Treiber 36 reagiert auf Signale von einer Signalquelle 37, um Druckwellen auf die Tinte auszuüben.
Die Erfindung ist anwendbar und weist Vorteile auf, wenn sie bei piezoelektrischen keramischen Treiber für die Tintentropfenbildung verwendet wird. Eine bevorzugte Form eines Tintenstrahldruckkopfes, der dieser Art von akustischen Treibern verwendet. ist im Detail in der US-Patenanmeldung 07/430,213 entsprechend der 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 elektromagnetische Solenoid-Treiber sowie andere Formen piezoelektrischer keramischer Treiber (z. B. zirkular, polygonal, zylindrisch und ringförmig-zylindrisch) verwendt werden. Zusätzlich können verschiedene Arten von Ablenkungen von piezoelektrischen keramischen Treibern verwendet werden, wie z. B. Biegemodus, Schermodus und Longitudinalmodus.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 weist eine Form eines Tintenstrahldruckkopfes 9 gemäß der Beschreibung der o.g. Patentanmeldung einen Körper 10 auf, der einen Tinteneinlaß 12 bestimmt, durch den Tinte zum Tintenstrahldruckkopf überführt wird. Der Körper 10 weist auch einen Miindungsauslaß oder eine Duse 14 zusammen mit einem Tintenfließweg 28 vom Tinteneinlaß 12 zur Düse 14 auf. Allgemein würde ein Tintenstrahldruckkopf dieser Art vorzugsweise ein Array von Düsen 14 enthalten, die nahe einander, d.h. eng benachbart zueinander, angeordnet sind, um Tintentropfen auf ein Printmedium zu drucken.
Die Tinte, die in den Tinteneinlaß 12 gelangt, z. B. von einer Tintenquelle 11, wie in Fig. 1 gezeigt, passiert einen Tintenzufuhrverteiler 16. Ein typischer Farbtintenstrahldruckkopf weist wenigstens vier solche Verteiler zur Aufnahme von schwarzer, cyan, magenta und gelber Farbe zum Drucken in Schwarz sowie Drei-Farb-Substrations-Druck auf. Jedoch kann die Zahl solcher Tintenzufuhrverteiler abhängig davon variiert werden, ob ein Drucker allein zum Drucken in schwarzer Farbe vorgesehen ist oder mit weniger als dem vollen Farbbereich. Vom Tintenzufuhrverteiler 16 fließt die Tinte durch einen Tinteneinlaßkanal 18 durch einen Tinteneinlaß 20 in eine Tintendruckkammer 22. Die Tinte verläßt die Tintendruckkammer 22 durch einen Tintendruckkammerauslaß 24 und fließt durch einen Tintendurchlaß 26 zur Düse 14, aus der Tintentropfen ausgestoßen werden. Die Pfeile 28 zeigen den Tintenflußweg.
Die Tintendruckkammer 22 ist an einer Seite durch eine flexible Membran 34 begrenzt. Der Druckübertrager, in diesem Fall eine piezoelektrische keramische Scheibe 36, die an der Membran 34, z. B. durch Epoxyd, befestigt ist, überlappt die Tintendruckkammer 22. in konventioneller Weise weist die piezoelektrische keramische Scheibe 36 Metallfilmschichten 38 auf, mit der ein elektronischer Schaltungstreiber, der in Fig. 3 nicht dargestellt ist, jedoch durch 37 in Fig. 1 angedeutet ist, elektrisch verbunden ist. Auch wenn andere Formen von Druckübertragern verwendet werden können, arbeitet der dargestellte Übertrager in seinem Biegemodus D.h., wenn eine Spannung an die piezoelektrische keramische Scheibe angelegt wird, versucht die Scheibe ihre Dimensionen zu ändern. Da sie fest und sicher mit der Membran 34 verbunden ist, tritt Biegung auf. Diese Biegung verdrängt Tinte in der Druckkammer 22, welches zum Vorwärtsfluß von Tinte durch den Tintendurchlaß 26 zu der Düse 14 führt. Das Wiederbefüllen der Tintendruckkammer 22 nach dem Ausstoß eines Tintentropfens kann durch umgekehrtes Biegen des Druckübertragers 36 erreicht werden.
Zusätzlich zum angegebenen Tintenflußweg 28 ist ein optionaler Tintenauslaß oder Reinigungskanal 42 in dem Körper 10 des Tintenstrahldruckkopfes 9 festgelegt. Der Kanal 42 ist mit dem Tintendurchlaß 26 an einer Stelle nahe aber im Inneren der Düse 14 angeordnet. Der Kanal 42 verbindet den Tintendurchgang 26 mit einem Auslaß oder einem Sammelverteiler 44, der mit einem Sammelauslaß 46 zu einem Ausgang 48 führt. Der Verteiler 44 ist typischerweise durch einen ähnlichen Sammelkanal 42 mit einem ähnlichen Tintendurchlaß 26 verbunden, der mit den Mehrfachdüsen 14 gekoppelt ist. Während einer Reinigung fließt Tinte in einer Richtung, die durch die Pfeile 50 angedeutet ist, durch den Reinigungskanal 42, den Reinigungsverteiler 44, den Reinigungsauslaß 46 und den Reinigungsausgang 48.
Um die Herstellüng des Tintenstrahldruckkopfes nach Fig. 3 zu erleichtern, ist der Körper 10 vorzugsweise aus einer mehrschichtigen Platten oder Folien, wie z.B; Edelstahl,gebildet. Diese Folien werden übereinander angeordnet. In der dargestellten Fig. 3 eines Tintentstrahldruckkopfes enthalten diese Folien oder Blätter eine Membranplatte 60, die die Membran bildet und auch den Tinteneinlaß 12 und den Reinigungsauslaß 48 enthält; die Tintendruckkammerplatte 62, die die Tintendruckkammer 22, einen Teil des Tintenzufuhrverteilers und einen Teil der Reinigungspassage 48 bildet; eine Trennplatte 64, die einen Teil des Tintendurchlasses 26 bildet, eine Seite der Tintendruckkammer 22 begrenzt, einen Einlaß 20 und einen Auslaß 24 der Tintendruckkammer, einen Teil des Tintenzufuhrverteilers 16 und auch einen Teil des Reinigungsdurchlasses 46 definiert; eine Tinteneinlaßplatte 66, die einen Teil der Passage 26, den Einlaßkanal 18 und einen Teil des Reinigungsdurchlasses 46 bildet; ein andere separate Platte 68, die Teile der Passagen 26 und 46 definiert; eine Nebenkanalpiatte 20, die einen größeren offset-Teil 71 der Passage 26 und einen Teil des Reinigungsverteilers 44 bildet; eine Separator-Platte 72, die Teile der Passage 26 und des Reinigungsverteilers 44 bestimmt; eine Auslaßplatte 74, die den Reinigungskanal 42 und einen Teil des Reinigungsverteilers bildet, eine Düsenplatte 76, die die Düsen 14 des Arrays bestimmt; und eine optionale Führungsplatte 78, die die Düsenplatte verstärkt und die Möglichkeit des Verkratzens oder andere Beschädigungen der Düsenplatte verhindert.
Es können mehr oder weniger Platten als dargestellt verwendet werden, um die verschiedenen Tintenfließwege, Verteiler und Druckkammern zu bilden. Z. B. können Mehrfachplatten verwendet werden, um eine Tintendruckkammer anstatt mit einer einzelnen Platte gemäß Fig. 3 zu bilden. Es brauchen auch nicht alle verschiedene Elemente in getrennten Folien oder Schichten aus Metall ausgebildet sein.
In der unten stehenden Tabelle sind exemplarische Ausmaße von Elementen des Tintenstrahldruckkopfes von Fig. 3 dargestellt. Tabelle 1 Repräsentative Abmasse und Resonanzcharakteristika für Tintenstrahldruckköpfe nach Fig. 3 Merkmal Querschnitt Länge Resonanzfrequenz Tintenzufuhrkanal Membranplatte Körperkammer Trennplatte Offsetkanal Reinigungskanal Mündungsauslaß
Die verschiedenen Schichten, die den Tintenstrahldruckkopf bilden, können in jeder geeigneten Weise ausgerichtet und miteinander verbunden werden, einschließlich der Verwendung geeigneter mechanischer Verbinder. Jedoch ist ein Ansatz zur Verbindung der Metalischichten in dem US-Patent 4 883 219 für Anderson u.a. angegeben mit dem Titel "Manufacture of Ink Jet Print Heads by Diffusion Bonding and Brazing".
Eine Form des Treibersignals zur Steuerung des Betriebs von Tintenstrahldruckköpfen unter Verwendung akustischer Treiber, um eine hohe Druckqualität und eine hohe Druckgeschwindigkeit zu erzielen, ist in Fig. 2 dargestellt. Das besondere Treibersignal ist ein bipolarer elektrischer Impuls mit einer Wiederfüllimpulskomponente 102 und einer Ausstoßimpulskomponente 104. Die Komponenten 102 und 104 sind Spannungen entgegengesetzter relativer Polarität von eventuell unterschiedlicher Spannungsamplituden. Diese elektrischen Impulse oder Impulskomponenten 102, 104 sind außerdem durch eine Warteperiode, die als 106 angegeben ist, voneinander getrennt. Die Zeitdauer der Warteperiode 106 ist als "B" in Fig. 2 angegeben. Die relativen Polaritäten dieser Impulskomponenten 102, 104 können gegenüber der in Fig. 2 dargestellten umgekehrt sein, abhängig von der Polarisation der piezoelektrischen keramischen Treiberanordnung 36 (Fig. 1). Fig. 2 demonstriert die entsprechende Form des Treibersignals, gibt jedoch keine repräsentativen Werte für die verschiedenen Attribute des Signals oder ihrer Impulskomponenten, wie Spannungsamplituden, Zeitdauer oder Anstiegs- oder Abfalizeiten an. Auch wenn die Impulskomponenten des Treibersignals in Fig. 2 Trapezform oder Rechteckform aufweisen, können diese Impulse im tatsächlichen Betrieb exponentiell ansteigende Anstiegsflanken und exponentiell abfallende Rückflanken enthalten.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Treibersignals enthält ein bipolares elektrisches Signal mit Wiederbefüll- und Ausstoßimpulskomponenten, die gegenüber einer Nuipannungsamplitude wechseln, die während der Warteperiode 106 erhalten wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese speziellen Ausführungsform beschränkt. Das Treibersignal kann Impulskomponenten gegensätzlicher relativer Polarität enthalten, die um eine positive oder negative Referenzspannungsamplitude wechseln, die während der Wartezeitperiode erhalten wird.
Beim Betrieb eines Tintenstrahldruckkopfes unter Verwendung des beschriebenen Treibersignals expandiert die Tintendruckkammer 22 bei Aufbringung der Wiederbefüllimpulskomponente 102 und zieht die Tinte in die Tintendruckkammer 22 aus der Tintenquelle 11, um die Tintendruckkammer 22 nach dem Ausstoß eines Tropfens wiederzubefüllen. Da die Spannung am Ende der Wiederfüllimpulskomponente 102 gegen Null fällt, beginnt die Tintendruckkammer 22 sich zusammenzuziehen und bewegt den Tintenmeniskus vorwärts in der Tintenöffnung 103 (Fig. 3) gegen den Mündungsauslaß 14. Während der Warteperiode "B" bewegt sich der Tintenmeniskus weiter zum Mündungsauslaß 14. Bei Aufbringung der Ausstoßimpulskomponente 104 wird die Druckkammer 22 schnell zusammengezogen, so daß dies zum Ausstoß eines Tintentropfens führt. Nach dem Ausstoß des Tintenstropfens wird der Tintenmeniskus wieder zurück in die Tintenöffnung 103 von dem Mündungsauslaß 14 aufgrund der Aufbringung der Wiederbefüllimpulskomponente 102 zurückgezogen. Die Zeitdauer der Wiederbefüllimpulskomponente einschließlich Anstiegs- und Abfallzeiten ist geringer als die Zeit, die erforderlich ist, um den Tintenmeniskus auf eine Position nahe dem Mündungsauslaß 14 zum Ausstoß eines Tropfens von Tinte zurückzuführen.
Typischerweise ist die Zeitdauer der Wiederfüllimpulskomponente 102 einschließhch Anstiegs- und Abfaleit geringer als die Hälfte der Zeitdauer, die mit der Resonanzfrequenz des Tintenmeniskus in Verbindung steht. Insbesondere ist diese Zeitdauer geringer als etwa 1/5 der Zeitdauer entsprechend der Resonanzfrequenz des Tintenmeniskus. Die Resonanzfrequenz des Tintenmeniskus in einer Mündung eines Tintenstrahldruckkopfes kann leicht aus den Eigenschaften der Tinte einschließlich des Volumens der Tinte in dem Tintenstrahldruckkopf und den Dimensionen der Öffnung auf bekannter Weise errechnet werden.
Wenn die Zeitdauer der Warteperiode "B" anwächst, bewegt sich der Tintenmeniskus näher zum Mündungsauslaß 14 zu einem Zeitpunkt, zu dem die Ausstoßimpulskomponente 104 aufgebracht wird. Allgemein ist die Zeitdauer der Warteperiode 106 und der Ausstoßimpulskomponente 104 einschließlich der Anstiegs- und Abfallzeit der Ausstoßimpulskomponente geringer als etwa die Hälfte der Zeitdauer entsprechend der Resonanzfrequenz des Tintenmeniskus. Zur Steuerung des Betriebs eines Tintenstrahldruckkopfes, um eine hohe Druckqualtität und eine hohe Druckgeschwindigkeit durch das beschriebene Treibersignal zu erzielen, betragen die typischen Zeitdauern entsprechend der Resonanzfrequenz des Tintenmeniskus im Bereich zwischen etwa 50 µsek bis etwa 160 µsek abhängig von der Konfiguration des spezifischen Tintenstrahldruckkopfes und der speziellen Tinte.
Die Impulskomponenten 102 und 104 des Treibersignals, die den Betrieb des Tintenstrahldruckkopfes steuern, um eine hohe Druckqualität und hohe Druckgeschwindigkeit zu erzielen, sind in Fig. 2 als im wesentlichen trapezförmig und mit gegensätzlicher Polarität dargestellt. Rechteckförmige Impulskomponenten können ebenfalls verwendet werden. Eine konventionelle Signalquelle 37 kann verwendet werden, um Impulse in dieser Form zu erzeugen. Andere Impulsformen können ebenfalls verwendet werden. Im allgemeinen ist eine geeignete Wiederfüllimpulskomponente 102 eine solche, die zu einer Erhöhung des Volumens der Tintendruckkammer 22 durch Expansion der Kammer führt, um die Kammer mit Tinte aus einer Tintenquelle 11 wiederzubefüllen, während Tinte in der Mündungsöffnung 103 zurück zur Tintendruckkammer 22 zurückgezogen und weg von dem Mündungsauslaß 14 bewegt wird. Die Warteperiode 106 ist eine Periode, während der im wesentlichen eine Nullspannung auf den akustischen Treiber gegeben wird. Sie enthält einen Periode, während der die Tintendruckkammer 22 auf das ursprüngliche Volumen aufgrund Kontraktion der Tintendruckkammer zurückgeführt wird, um es dem Tintenmeniskus in der Tintenöffnung 103 zu erlauben, sich innerhalb der Mündung weg von der Tintendruckkammer 22 zum Mündungsauslaß vorzubewegen. Die Ausstoßimpulskomponente 104 ist von einer Art, die eine schnelle Kontraktion der Tintendruckkammer 22 nach der Warteperiode 106 bewirkt. um das Volumen der Kammer zu reduzieren und einen Tintentropfen auszustoßen
Ein Treibersignal, das aus Impulsen der Form in Fig. 2 zusammengesetzt ist, wird wiederholt aufgebracht, um den Ausstoß von Tintentropfen zu bewirken. Ein oder mehrere Impulse können aufgebracht werden, um die Bildung jedes Tropfens zu bewirken, es wird jedoch bevorzugt, ein solches zusammengesetztes Treibersignal zur Formung jedes der Tropfen zu verwenden. Zusätzlich ist die Zeitdauer der Wartezeit 106 typischerweise so gesetzt, daß der Tintenmeniskus sich in der Tintenöffnung 103 im wesentlichen zur gleichen Position innerhalb der Öffnung während jeder Wartedauer vor der Kontraktion der Tintendruckkammer 22 zum Ausstoß eines Tropfens bewegt. Vorzugsweise weist der Tintenmeniskus in der Tintenöffnung 103 noch eine Restgeschwindigkeit in Richtung auf den Mündungsauslaß 14 zur Zeit der Ankunft des Druckimpulses aufgrund der Ausstoßimpulskomponente 104 von Fig. 2 auf. Unter diesen Umständen weist die Flüssigkeitssäule, die aus dem Tintenstrahldruckkopf ausgestoßen wird, eine geeignete Koaleszenz zu einem Tropfen auf, um hierdurch die Bildung von Nebentropfen zu verringern. Der Tintenmeniskus sollte nicht bis in eine Position vor dem Mündungsauslaß 14 kommen. Wenn die Tinte vor den Mündungsauslaß 14 für eine beträchtliche Zeitdauer vor der Aufbringung des Ausstoßimpulses 104 gelangt, kann die Oberfläche um den Mündungsauslaß feucht werden. Dieses Befeuchten kann eine asymmetrische Ablenkung der Tintentropfen und eine ungleichmäßige Tropfenbildung verursachen, während die verschiedenen Tropfen geformt und ausgestoßen werden. Durch Positionierung des Tintenmeniskus im wesentlichen an der gleichen Stelle, bevor der Druckimpuls auftritt, wird die Gleichmäßigkeit der Tintenflugzeit zum Printmedium über einen weiten Bereich von Tintenausstoßgeschwindigkeiten verbessert.
Zusätzlich wird bevorzugt, daß der Tintenmeniskus eine Restgeschwindigkeit nach vorne innerhalb der Mündung 103 gegen den Auslaß 14 zur Zeit der Ankunft des Druckimpulses in Antwort auf die Ausstoßimpulskomponente 104 von Fig. 2 enthält. Unter diesen Umständen koalesciert die Flüssigkeitssäule, die aus dem Tintenstrahldruckkopf ausgestoßen wird, geeignet zu einem Tropfen, bei dem die Bildung von Nebentropfen minimiert ist. Die Ausstoßimpulskomponente 104 führt dazu, daß die Membran 34 des Druckübertragers sich schnell nach Innen zur Tintenkammer 22 hin bewegt und eine plötzliche Druckwelle erzeugt. Diese Druckwelle stößt den Tintentropfen, der an dem Mündungsauslaß am Ende der Warteperiode vorhanden ist, aus. Nach Ende der Ausstoßimpulskomponente 104 kehrt die Membran in ihre Originalposition zurück und initiiert dabei eine negative Druckwelle, die das Abbrechen des Tintentropfes unterstützt.
Exemplarische Dauern der verschiedenen Impulskomponenten zur Erreichung einer hohen Druckqualität und einer hohen Druckgeschwindigkeit sind 5µsek für den "A"-Anteil der Wiederfüllimpulskomponente 102 mit Anstiegs- und Abfallzeiten von 1 und 3 µ sek, eine Warteperiode "B" von 15 µsek, und eine Ausstoßimpulskomponente 104 mit einem "C"-Anteil von 5 µsek und mit Anstiegs- und Abfallzeiten entsprechend denen der Wiederbefüllimpulskomponente 102. Wie zuvor angegeben, zeigt Fig. 2 die entsprechende Form des Treibersignals, zeigt jedoch keine repräsentativen Werte für die verschiedenen Attribute. Um eine hohe Druckqualität und hohe Druckgeschwindigkeiten zu erzielen., kann es manchmal vorteilhaft sein, die Dauer dieser Zeitperioden zu reduzieren, so daß das Fluid-System so schnell wie möglich reinitialisiert werden kann, wodurch schnellere Druckraten möglich werden. Dies ignoriert jedoch die Verschlechterung der Druckqualität aufgrund gerichteter Diffusion, die die Dauer dieser Zeitperioden reduziert und zu weiterer Verschlechterung führen kann. Eine alternative Methode, um die Tropfenwiederholrate für das Treibersignal anzuheben, besteht in der Reduzierung der Zeitdauer von der Rückflanke der Ausstoßimpulskomponente zur Anstiegsflanke der Wiederfüllimpulskomponente. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß es die Zeitdauern der Impulskomponenten einschließlich Anstiegsund Abfallzeiten nicht berührt.
Fig. 4 zeigt eine Simulation der Änderung in der Form einer ausgestoßenen Tintensäule, wenn ein Tintenstrahldruckkopf der Art von Fig. 3 durch ein Treibersignal getätigt wird, daß die o.g. exemplarischen Dauern aufweist. Die Figuren 4a, 4b und 4c zeigen den Effekt der Veränderung der Warteperiode 106. Wie in Fig. 4a gezeigt, bildet das Hauptvolumen der Tinte 120 bei einer Zeitdauer der Warteperiöde "B" von 18µsek einen sphärischen Kopf, der mit einem langen sich verjüngenden Schweif 122 verbunden ist, wobei der Tintenabbruch an der Stelle 124 zwischen" dem Schweif dieses Fadens und der Auslaßöffnung 14 auftritt. Nach dem Tintenabbruch beginnt der Schweif 122 ereut in den Kopf 120 zu koalescieren und bildet keinen sphärischen Tropfen zu der Zeit, wenn er das Druckmedium erreicht. Jedoch ist aufgrund der hohen Geschwindigkeit der Tintensäule im Hinblick auf das Druckmedium der resultierende Fleck auf dem Printmedium nahezu sphärisch.
Wie in Fig. 4b gezeigt, liegt bei einer Warteperiode 106 von 8 µsek der Tropfenabbruchpunkt 124 nahe dem Hauptvolumen der Tinte 120 und fuhrt zu einem sauber geformten Tropfen. in diesem Fall bricht der Schweif 122 des Tropfens nach dem Mündungsauslaß 14 ab und bildet einen Satellitentropfen, der sich gegenüber dem Haupttropfen mit relativ kleinerer Geschwindigkeit bewegt. Entsprechend bilden der Haupttropfen 120 und der Satellitentropfen 122 zwei separate Flecke auf dem Druckmedium.
In Bezug auf Fig. 4c bei einer Warteperiode 106 von 0 µsek erscheint der Tropfenabbruchpunkt 124 bei dem Haupttintenvolumen 120. Die verbleibende Tintenanordnung 122 weist jedoch schwache Punkte auf, angezeigt bei 126 und 128 entsprechend möglicher Stellen, an denen der Faden abreißen kann und Nebentropfen bilden kann.
Die in Fig. 4 gezeigten Illustrationen sind das Resultat eines theoretischen Modells des Betriebs eines Tintenstrahldruckkopfes nach Fig. 3 unter Verwendung einer Treibersignalform gemäß Fig. 2. Die Fig. 4 illustriert nur die obere Hälfte des geformten Tropfens oberhalb der Mittellinie der Tintenöffnung 103 in jeder dieser Figuren.
Weder ein Zurückzieh- oder Wiederfüllimpuls, wie die Impulskomponente 102 allein noch ein Ausstoßimpuls, wie die Komponente 104 allein, führt zu ausreichender Druckleistung, auch wenn der Tropfenausstoß durch entweder die Impulskomponente 104 oder 106 allein durchgeführt wird. Die Verwendung lediglich der Wiederbefüllimpulskomponente 104 allein würde in der Praxis dazu tendieren, daß die Tropfenausstoßgeschwindigkeit beträchtlich beschränkt wird, wie z. B. auf 3.5 m/sek oder weniger. Die Erhöhung der Größe oder Dauer der Wiederbefüllimpulskomponente 104 in einem Versuch, die Tropfengeschwindigkeit zu erhöhen, würde zusätzlich im Einziehen des Meniskus in die Vorderkante der Tintenöffnung 103 dazu führen, daß der Einzug von Luftblasen auftritt. Hohe Tropfengeschwindigkeiten sind wünschenswert, wie z. B. eine Größenordnung von 6 m/sek oder mehr, um die Kapazität des Tintenstrahldruckers zu erhöhen, bei hoher Tropfenausstoßrate zu arbeiten.
Wie in Fig. 12 gezeigt, resultiert die Verwendung eines Ausstoßimpulskomponente 106 allein, ohne die Wiederfüllimpuls- und die Wartezeitkomponenten in einer rhythmischen Variation der Tropfengeschwindigkeit bei Änderung der Tropfenausstroßraten. Die Frequenz der rhythmischen Variationen kann aus der Information in Tabelle 1 entnommen werden und ist die gleiche wie die der Hall-Resonanz in der Kanalsektion, die den Tintenflußweg zwischen der Tintenkammer 22 und der Tintenausflußöffnung 14 definiert. Wie in Fig. 13 gezeigt, kann ein Treibersignal mit lediglich einer Ausstoßimpulskomponente erzeugt werden, daß die Geschwindigkeit oder die Fluchtzeitveränderungen dadurch vergleichmäßigt, daß ein Treibersignal mit einem Frequenzspektrum verwendet wird, bei dem bewußt Energie aus dem Hall entfernt wird. in diesem Fall verringert sich jedoch das Tintenvolumen pro Tropfen, während die Ausstoßrate anwächst. Mit anderen Worten, die Tintenkammer füllt sich nicht ausreichend zwischen dem Ausstoß der Tropfen bei allen Tropfenausstoßraten. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß die kleineren Tropfen dazu tendieren, mit größeren Geschwindigkeiten zu fliegen, da das piezoelektrische Element jedem auszustoßenden Tropfen unabhängig von der Widerbefüllung den gleichen Energiegehalt aufprägt. Wie in Fig. 13 gezeigt, erhöht sich daher die Tropfengeschwindigkeit allgemein (entsprechend einem Abfall in der Tropfenflugzeit), wenn die Tropfenausstoßrate anwächst, obwohl die rhythmischen Tropfengeschwindigkeitsänderungen gemäß Fig. 12 fehlen. Die Nachteile des Ansatzes der ausschließlichen Verwendung der Ausstoßimpulskomponente werden vermieden durch erstes Einleiten einer Wiederfüllimpulskomponente 104, um die Tintenkammer 22 aktiv zu füllen. Zusätzlich wird der Nebenkanal 71 gemäß Fig. 3 ebenfalls gefüllt, wenn der Tintenstrahldruckkopf von der Art ist, die einen solchen Kanal enthält. Die Tintenkammer kann passiv vollständig gefüllt werden durch Vergrößerung der Tinteneinlässe 18, 20 aus dem Tintenzufuhrreservoir (11 in Fig. 1) ohne Verwendung einer aktiven Wiederfüllimpulskomponente 104. In diesem Fall wird jedoch bei Bewegung der Membran nach Innen, um die Ausgabe eines Tropfens aus der Tropfenausstoßmündung 14 zu erreichen, der Druckimpuls, der in der Tintenkammer 22 ausgebildet ist, sowohl in den Kanal, der zur Mündung 26 führt als auch in den Tinteneinlaß 18, 20 selbst fließen. Der Teil der Druckwelle, der in den Tinteneinlaß wandert, würde denn der Energie entsprechen, die nicht zur Tintentropfenbildung zur Verfügung steht. Die Verwendung einer aktiven Wiederfüllimpulskomponente erlaubt eine kleinere Einlaßöffnung 20, die den potentiellen Verlust von Energie zur Tropfenbildung verringert und außerdem die Körperkammer 20 und den Durchlaß 26 vor Druckimpulsstörungen aus dem Tintenreservoir oder dem Verteiler 16 schützt, wenn der Strahl als Teil eines Arrays ausgebildet ist. Diese Isolation wird progressiv reduziert, wenn die Einlaßöffnung 20 vergrößert wird. Ein Ausgleich ist daher zu finden in der Größe des Tinteneinlasses 20, der Stärke der Wiederfüllimpulskomponente 102 (Fig. 2) und der Stärke der Auslaßimpulskomponente 104. Eine starke Wiederfüllimpulskomponente 102 zieht Tinte durch die Einlaßöffnung 20 in die Druckkammer 22. Eine zu große Stärke der Wiedefüllimpulskomponente erzeugt den Einzug einer Blase durch die Auslaßöffnung. Entsprechend stößt eine zu starke Ausstoßimpulskomponente 104 mehr Tinte in einem einzelnen Tropfen aus als die Wiederfüllimpulskomponente in der Lage ist, durch die Einlaßöffnung 20 einzuziehen. Eine bevorzugte Beziehung dieser Parameter ist in Tabelle 1 angegeben und in den exemplarisch Impulskomponentendauern, die oben angegeben sind.
Der Einschluß einer Wiederfüllimpulskomponente 102 in das Treibersignal tendiert dazu, Tinte von der äußeren Oberfläche um die Auslaßöffnung 14 herum zurückzuziehen. Dieser Vorgang minimiert die Möglichkeit der Tintenbenetzung der Oberfläche um den Auslaß und die Störung der Wanderung oder des Abbruchs der Tintentropfen an der Auslaßöffnung. Die bevorzugte Zeitdauer der Warteperiode "B" ist eine kombinierte Funktion der Zeit, in der der zurückgezogene Tintenmeniskus in der Tintenöffnung 103 die Auslaßöffnung 14 erreicht und die Tintengeschwindigkeit der Tinte im Augenblick der Ankunft des Druckimpulses, der durch die Ausstoßimpulskomponente 104 bewirkt wird. Es ist erwünscht, daß der zurückgezogene Tintenmeniskus die Auslaßöffnung 14 mit nachlassender Geschwindigkeit erreicht, gerade bevor der Druckimpuls der Ausstoßimpulskomponenten 104 aufgebracht wird.
Fig. 5 zeigt die Situation, in der der Tintenstrahldruckkopf auf diese Weise betrieben wird, um hohe Druckqualität und hohe Druckgeschwindigkeiten zu erreichen. Fig. 5 ist eine Darstellung der Tintenflugzeit für einen Tintenstrahldruckkopf der Art gemäß Fig. 3 gegenüber der Tropfenausstoßgeschwindigkeit und ist im wesentlichen konstant über einen Bereich von Tintenausstoßgeschwindigkeiten bis einschließlich 10.000 Tropfen/sek. Im Beispiel der Fig. 5 war das Medium 1 mm von der Auslaßöffnung 14 des Tintenstrahldruckkopfes entfernt und es wurden Tropfengeschwindigkeiten über 6 m/sek erreicht. Wie auch in Fig. 5 gezeigt ist, wurde eine maximale Abweichung von 30 sek über einen Bereich von Tintentropfenausstoßgeschwindigkeiten von 1,000 Tropfen/sek zu 10,000 Tropfen/sek beobachtet. Ferner war diese Abweichung bei unter 8,500 Tropfen/sek weit weniger ausgeprägt. Daher können bei geeigneter Auswahl eines Treibersignals mit einer Wiederfüllimpulskomponente 102, eine Warteperiode 106 und einer Ausstoßimpulskomponente 104 im wesentlichen gleiche Tropfenflugzeiten über einen weiten Bereich von Tropfenausstoßgeschwindigkeiten erreicht werden. Im wesentlichen konstante Tropfenflugzeiten resultieren in hoher Druckqualität
Ferner sind die Tropfengeschwindigkeiten relativ schnell, wenn gleichmäßige Tropfengrößen vorhanden sind. Die Tropfenflugbahnen verlaufen im wesentlichen rechtwinklig zur Mündungsvorderpatte für alle Tropfenausstoßgeschwindigkeiten, soweit die Wiederfüllimpulskomponente 102 des Treibersignals die Reduzierung der Befeuchtung der externen Oberfläche um die Auslaßöffnung 14 herum unterstützt, die eine Ablenkung der ausgestoßenen Tropfen von der gewünschten Flugbahn verursachen könnte. Darüber hinaus wird die Bildung von Nebentropfen minimiert, da dieses Treibersignal es ermöglicht, daß hochviskose Tinte, wie heiß schmelzende Tinte, sich innerhalb des Kanals der Tintenmündung 103 als akustischer Innenraumabsorber von Druckimpulsen verhalten kann, die in dem Nebenkanal 71 des Tintenstrahldruckkopfes der Art von Fig. 3 hallen können. Das relativ einfache Treibersignal gemäß Fig. 2 kann mittels konventioneller üblicher digitaler elektrischer Treibersignaquellen erzielt werden.
Eine bevorzugte Beziehung zwischen den Treiberimpulskomponenten 102, 104 und 106 wurde experimentell für eine hohe Druckqualität und hohe Druckgeschwindigkeiten bestimmt. Diese bevorzugten Beziehungen ignorieren jedoch, obwohl sie eine hohe Druckqualität und hohe Druckgeschwindigkeiten erreichen, den potentiellen Effekt der Verschlechterung der Druckqualität aufgrund gerichteter Diffusion. Für einen Tintenstrahldruckkopf, wie z. B. gemäß Fig. 3, wurde eine gleichförmige und gleichmäßige Tintentropfenbildung erreicht durch Ausbildung einer Warteperiode 106 von wenigstens oder größer als 8µ sek. Es wurde beobachtet, daß kürzere Warteperioden in einigen Fällen die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Nebentropfen erhöhen. Vorzugsweise beträgt die Zeitdauer der Wiederbefüll- und der Expansionsimpulskomponente 102 einschließlich der Anstiegs- und Abfallzeit nicht mehr als 16 - 20/Usek. Eine größere Zeitdauer der Wiederfüllimpulskomponente erhöht die Möglichkeit des Einziehens von Blasen in die Auslaßöffnung 14. Um eine hohe Druckqualität und hohe Druckgeschwindigkeiten zu erreichen, sollte die Zeitdauer der Wiederfüllimpulskomponente einschließlich Anstiegs- und Abfallzeit nicht länger als notwendig sein, um die ausgestoßene Tinte während der Tropfenformation zu ersetzen. Kürzere Zeitdauern der Wiederfüllimpulskomponente erhöhen die Tropfenwiederholgeschwindigkeit, die erreicht werden kann. Wie jedoch angegeben, ignoriert dies den Effekt, den diese kürzeren Zeitdauern der Wiederfüllimpulskomponenten auf die Verschlechterung der Druckqualität, die durch gerichtete Diffusion entsteht, ausüben können. Im allgemeinen hat die Wiederfüllimpulskomponente 102 einschließlich Anstiegs- und Abfallzeit, um eine hohe Druckqualität und hohe Druckgeschwindigkeit zu erreichen, eine Dauer von nicht weniger als etwa 7µsek auf. Die Zeitdauer der Ausstoßimpulskomponente 104 einschließlich Anstiegs- und Abfallzeit, um eine hohe Druckqualität und hohe Druckgeschwindigkeiten zu erreichen, ist typisch nicht größer als etwa 16 - 20µ sek und nicht geringer als etwa 6µsek.
Mit diesen Treibersignalparametern, die den Betrieb eines Tintenstrahldruckkopfes steuern, um eine hohe Druckqualität und hohe Druckgeschwindigkeiten zu erreichen, wurden Tintenstrahldruckköpfe der Art gemäß Fig. 3 bei Tintenausstoßgeschwindigkeiten bis einschließlich 10.000 Tropfen/sek und höher betrieben bei Tropfenausstoßgeschwindigkeiten über 6 m/sek. Eine Ungleichmäßigkeit der Tropfengeschwindigkeit wurde beobachtet bei weniger als 15% über dauernde und unterbrochene Tintenausstoßbedingungen. Als Ergebnis ist der Tropfenpositionsfehler weniger als 1/3 eines Pixel bei 11.81 Tropfen/mm mit einer maximalen Druckgeschwindigkeit von 8 KHz. Ferner wurde ein gemessenes Tropfenvolumen von 170 Picolitern Tinte pro Tropfen + 15 Picoliter (über den gesamten Betriebsbereich von 1,000 - 10,000 Tropfen/sek) beobachtet und ist geeignet zum Drucken bei 11,81 Tropfen/mm Ansprechbarkeit, wenn heißschmelzende Tinte verwendet wird. Unter diesen Bedingungen entstehen zusätzlich nur minimale oder keine Nebentröpfchen.
Wie in Fig. 2 dargestellt, erreicht die erste Impulskomponente, die Wiederfüllimpulskomponente 102 eine Spannungsamplitude und wird auf dieser Amplitude gehalten für eine Zeitdauer vor Beendigung der ersten oder Wiederbefüllimpulskomponente. Zusätzlich erreicht die zweite oder Ausstoßkomponente 104 eine negative Spannungsamplitude und wird auf dieser Amplitude für eine Zeitdauer bis zur Beendigung des zweiten Impulses gehalten. Auch wenn dies variiert werden kann, sind diese Treiberimpulskomponenten in der dargestellten Form zur Erreichung einer hohen Druckqualität und hoher Druckgeschwindigkeit trapezförmig und weisen Anstiegszeiten auf ihre entsprechenden Spannungsamplituden auf, die verschieden sind von den Abstiegszeiten von den entsprechenden Spannungsamplituden. Bei einem Treibersignal zur Erreichung einer hohen Druckqualität und hoher Druckgeschwindigkeit weisen die zwei Impulskomponenten 102, 104 Anstiegszeiten von etwa 1 µsek - 4 µsek auf, wobei sie ihre entsprechenden Spannungsamplituden für 2 µsek - 7 µsek halten, mit einer Warteperiode 106, die größer als 8 µsek beträgt. Bei einem alternativen Treibersignal, um eine hohe Druckqualität und Druckgeschwindigkeit zu erreichen, beträgt die Anstiegszeit des ersten Impulses etwa 2 µsek, wobei der erste Impuls seine Spannungsamplitude von etwa 3 µsek - etwa 7 µsek erreicht. Der erste Impuls hat eine Abfallzeit von etwa 2 µsek - etwa 4 µsek und die Warteperiode 106 beträgt etwa 15 µsek - 22 µsek. In diesem Fall beträgt zusätzlich die Ausstoßimpulskomponente 104 der Wiederfüllimpulskomponente 102 außer der entgegengesetzten relativen Polarität.
Es ist darauf hinzuweisen, daß diese Zeitdauern fiir unterschiedliche Tintenstrahlköpfe und unterschiedliche Tinten variiert werden können, um eine hohe Druckqualität bei hohen Druckgeschwindigkeiten zu erreichen. Noch einmal, es ist gewünscht, daß der Tintenmeniskus sich vorwärtsbewegt und an der gleichen Stelle befindet bei Auftreten jedes Druckimpulses aus dem Aufbringen der Ausstoßimpulskomponente 104. Die Parameter des Treibersignals können variiert werden, um diese Bedingungen einzuhalten.
Es wurde auch festgestellt daß eine optimale Druckqualität und Druckgeschwindigkeit erreicht werden kann, wenn das Treibersignal so geformt ist, daß es einen minimale Energiegehalt bei der hauptsächlichen akustischen Resonanzfrequenz des Tintenstrahldruckkopfes enthält. D.h., die vorherrschende akustische Resonanzfrequenz des Tintenstrahldruckkopfes kann auf bekannte Weise bestimmt werden. Die vorherrschende Resonanzfrequenz des Tintenstrahldruckkopfes entspricht typischerweise der Resonanzfrequenz des Tintenmeniskus. Wenn ein Tintenstrahldruckkopf der Art von Fig. 3 mit einem Nebenkanal 71 verwendet wird, entspricht die vorherrschende akustische Resonanzfrequenz im allgemeinen der Resonanzfrequenz der stehenden Welle durch die flüssige Tinte in dem Nebenkanal. Durch Verwendung eines Treibersignals mit einem Energiegehalt, welcher bei der vorherrschenden akustischen Resonanzfrequenz des Tintenstrahldruckkopfes ein Minimum aufweist, werden Reflektionen bei dieser vorherrschenden akustischen Resonanzfrequenz minimiert. Solche Reflektionen interterieren sonst möglicherweise mit der Gleichmäßigkeit der Flugzeit der Tropfen aus dem Tintenstrahldruckkopf zum Printmedium.
Um allgemein die Einstellung des Treibersignals zur Erreichung einer hohen Druckqualität und hohen Druckgeschwindigkeiten zu unterstützen, wird eine Fourier-Transformation oder eine Spektralanalyse des kompletten Treibersignals durchgeführt. Das vollständige Treibersignal ist ein gesamter Satz von Impulsen, die zur Bildung eines einzelnen Tintentropfens verwendet werden. Im Fall eines Treibersignals der Art gemäß Fig. 2 enthält das vollständige Signal die Wiederfüllimpulskomponente 102, die Warteperiode 106 und die Ausstoßimpulskomponente 104. Ein üblicher Spektralanalysator kann verwendet werden, um den Energiegehalt des Treibersignals bei verschiedenen Frequenzen zu bestimmen. Der Energiegehalt ändert sich mit der Frequenz von den Höhen oder Spitzen zu den Tälern oder unteren Punkten. Ein minimaler Energiegehalt des Treibersignals bei bestimmten Frequenzen liegt wesentlich unter dem Spitzenenergiegehalt bei anderen Frequenzen. Z. B. kann ein minimaler Energiegehalt wenigstens 20 db unterhalb des maximalen Energiegehalts des Treibersignals bei anderen Frequenzen liegen.
Das Treibersignal kann eingestellt werden, um die Frequenz des minimalen Energiegehalts so zu verschieben, daß sie im wesentlichen gleich der vorherrschenden akustischen Resonanzfrequenz des Tintenstrahldruckkopfes beträgt. Mit dem auf diese Weise eingestellten Treibersignal wird die Energie des Treibersignals bei der vorherrschenden akustischen Resonanzfrequenz minimiert. Als Resultat wird der Effekt der Resonanzfrequenzen des Tintenstrahldruckkopfes auf die Tintentropfenbildung minimiert. Obgleich nicht auf einen spezifischen Einsatz begrenzt, enthält ein bevorzugtes Verfahren der Einstellung des Treibersignals, um eine hohe Druckqualität und hohe Druckgeschwindigkeiten zu erreichen, den Schritt der Einstellung der Zeitdauer des ersten Impulses oder der Wiederfüllimpulskomponente 102, einschließlich Anstiegs- und Abfallzeit und der Warteperiode 106. Diese Impulskomponenten werden in der Dauer eingestellt, bis sich bei der Frequenz, die im wesentlichen gleich der vorherrschenden akustischen Resonanzfrequenz des Tintenstrahldruckkopfes beträgt, ein minimaler Energiegehalt des Treibersignals einstellt.
Ein Dauerbetrieb eines Tintenstrahldruckkopfes für eine lange Zeitdauer kann zur Verschlechterung der Druckqualität aufgrund gerichteter Diffusion führen, insbesondere, wenn ein solcher Betrieb bei hoher Druckwiederholrate durchgeführt wird. Die gerichtete Diffusion ist das Wachstum von Luftblasen, die in der Tinte gelöst sind aufgrund wiederholter Aufbringung von Druckimpulsen bei Drücken unterhalb des Umgebungsdrucks auf die Tinte, die in der Tintendruckkammer des Tintenstrahldruckkopfes verbleibt. Wenn der Tintenstrahldruckkopf in der offenen Atmosphäre betrieben wird, entspricht der Umgebungsdruck allgemein dem atmosphärischen Druck. Luftblasenwachstum resultiert aus der Aufbringung von Drücken unterhalb des atmosphärischen Druckes auf Tinte, die innerhalb der Tintenkammer des Tintenstrahldruckkopfes, wie beschrieben, verbleibt. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung reduziert die Verschlechterung der Druckqualität aufgrund gerichteter Diffusion. Eine bevorzugte Ausführungsform kann gleichzeitig eine gleichmäßig hohe Druckqualität bei hohen Druckgeschwindigkeiten erzielen.
Die Zeitdauer, die notwendig ist, daß die Verschlechterung der Druckqualität einsetzt, genannt die "Setzzeit" hängt ab von der Tropfenwiederholgeschwindigkeit und vor dem Beginn des kontinuierlichen Betriebs des Tintenstrahldruckers, dem Wert der Luft, der in der Tinte gelöst ist, der Tintenviskosität, der Tintendichte, der Diffusionsfähigkeit der Luft in der Tinte und den Radien der Luftblasen, die in der Tinte gelöst sind. Ein Luftblasenwachstum entsteht, wenn für Drücke unterhalb des Umgebungsdruckes Druckimpulsgrößen oberhalb einer Grenze bei Tropfenwiederholgeschwindigkeiten oberhalb einer Grenze auftreten. Bei Tinte, die einen bestimmten Wert ungelöster Luft weiter unter dem Sättigungsniveau von Tinte für ungelöste Luft enhält, dauert es etwa 10 Minuten kontinuierlichen Betriebs des Tintenstrahldruckkopfes bei Tintenwiederholgeschwindigkeiten von 8 KHz, bevor die Verschlechterung des Tintentropfenausstoßes und die zugehörige Druckqualitätverschlechterung eintritt. Für Tinte, die mit ungelöster Luft gesättigt ist, dauert es lediglich typischerweise etwa 30 Sekunden bei gleicher Tropfenwiederholrate, bis eine Verschlechterung der Druckqualität auftritt.
Die vorliegende Erfindung verhindert das Wachstum von Luftblasen in DOD-Tintenstrahldruckköpfen durch Steuerung des Betriebs des Tintenstrahldruckkopfes mit einem Treibersignal, das für Drücke unterhalb des Umgebungsdrucks, Druck auf die Tinte in einer Größe aufbringt, die unterhalb des Grenzdrucks liegt, der zum Luftblasenwachstum führt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Treibersignal, das hohe Druckqualität bei hohen Druckgeschwindigkeiten erreicht, gemäß der vorliegenden Erfindung so modifiziert, daß das resultierende Treibersignal sowohl eine gleichförmig hohe Druckqualität über einen weiten Bereich von Tintentropfenausstoßgeschwindigkeiten einschließlich hoher Geschwindigkeiten erreicht.
Das resultierende Treibersignal bringt Druck unterhalb des Umgebungsdrucks auf die Tinte, die in der Druckkammer des Tintenstrahldruckkopfes bleibt in einer Größe, die unterhalb des Grenzdrucks liegt, der zu gerichteter Diffusion führt, während gleichzeitig eine hohe Druckqualität bei hohen Druckgeschwindigkeiten erhalten bleibt. Nichts desto weniger können andere Ausführungen der vorliegenden Erfindung die Verschlechterung der Druckqualität aus gerichteter Diffusion verringern, ohne daß eine hohe Druckqualität bei hohen Druckgeschwindigkeiten erreicht wird. Z.B. ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein bipolares Treibersignal beschränkt. Um die vorliegende Erfindung auszuführen, kann man aber ein Treibersignal erhalten, um den Betrieb eines Tintenstrahldruckkopfes nach, den zuvor beschriebenen Verfahren durchzuführen, und Modifikationen an diesem Treibersignal vorzunehmen, die in der Aufbringung geringerer Druckgrößen bei Drücken unterhalb Umgebungsdruck auf die Tinte resultieren, die in der Tintendruckkammer des Tintenstrahldruckkopfes verbleibt. Obgleich die bevorzugte Ausführungsform Änderungen sowohl der Wiederfüllimpulskomponente als auch der Ausstoßimpulskomponente vorsieht, kann in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung lediglich eine dieser Impulskomponenten geändert werden. In dem modifizierten Treibersignal weisen die Wiederfüllimpulskomponente und die Ausstoßimpulskomponente eine größere Zeitdauer auf, ohne Anstiegs- und Abfallzeiten, bei ihren Spannungsamplituden. Ferner werden die Anstiegs- und Abfallzeiten der Wiederfüllimpulskomponente und der Ausstoßimpulskomponente des modifizierten Treibersignals ausgedehnt. Dies vermeidet das Aufbringen von großen Druckimpulsen unterhalb Umgebungsdruck, welches in der Druckkammer bei raschen Änderungen der Spannungsamplitude auftritt, die an den akustischen Treiber des Tintenstrahldruckkopfes angelegt werden. In der bevorzugten Ausführungsform werden sowohl die Anstiegs- als auch die Abfallzeiten der Impulskomponenten ausgedehnt. Jedoch führt bereits das Ausdehnen wenigstens einer dieser Zeiten zur Reduzierung der Verschlechterung der Druckqualität aufgrund gerichteter Diffusion. Die Spannungen der Wiederfüllimpulskomponente und der Ausstoßimpulskomponente werden außerdem in ihrer Größe reduziert. Ferner wird der Größe der Spannung der Wiederfüllimpulskomponente im Hinblick auf die Größe der Spannung der Ausstoßimpulskomponente reduziert, um ein modifiziertes Treibersignal zu erhalten.
Die Reduzierung der Spannungsamplitude der Wiederfüllimpulskomponente relativ zu der der Ausstoßimpulskomponente reduziert die Größe der Drücke unterhalb Umgebungsdruck auf die Tinte, die in der Druckkammer des Tintenstrahldruckkopfes verbleibt. Wenn der Tintenstrahldruckkopf jedoch mit hoher Tropfenwiederholgeschwindigkeit betrieben wird, kann eine solche Spannungsamplitudenverringerung zu einem anderen Problem führen, das ebenfalls mit verlängerten Betrieb eines Tintenstrahldruckkopfes zusammenhängt.
Bei hohen Tropfenwiederholgeschwindigkeiten wird der Tintenstrahldruckkopf mit hoher Tintenfließgeschwindigkeit betrieben. Während eines solchen Betriebs dient die Wiederfüllimpulskomponente verschiedenen Zwecken einschließlich dem adäquaten Wiederbefüllen der Tintendruckkammer durch Überwindung der Fließwiderstände, die hauptsächlich durch den Einlaßkanal des Tintenstrahldruckkopfes bedingt sind. Die Wiederfüllimpulskomponente dient auch bei geringen Wiederholgeschwindigkeiten diesem Zweck. Die Tintenfließwiderstände werden jedoch bei hoher Tropfenwiederholgeschwindigkeit aufgrund der zugehörigen hohen Tintenflußgeschwindigkeit größer. Diese Fließwiderstände werden auch in einem Tintenstrahldruckkopfarray größer, in dem mehrere Tintenstrahldruckköpfe über eine gemeinsame Leitung versorgt werden. Sofern alle Tintenstrahldruckköpfe, die die gleiche Leitung teilen, gleichzeitig mit hoher Tropfenwiederholgeschwindigkeit betrieben werden, wird der zugehörige Fließwiderstand signifikant. In einer solchen Situation zeigt nach längerem Betrieb das Tintenstrahldruckkopfarray einen Abfall des Tintenflusses über die Zeit und die Tintendruckkammer wird nicht adäquat wiederbefüllt. Schließlich beenden eine oder mehrere Tintenstrahldruckköpfe das Ausstoßen von Tinte und erreichen ein Stadium, das "Hungerzustand" genannt wird.
Ein Weg, um diesen "Hungerzustand" zu vermeiden und ein adäquates Wiederbefüllen der Tintendruckkammer zu gewährleisten, liegt darin, die Spannungsamplitude der Wiederfüllimpulskomponente relativ zur Spannungsampitude der Ausstbßimpulskomponente zu erhöhen. Es besteht daher ein potentieller Konflikt zwischen 1) dem Absenken der relativen Spannungsamplitude der Wiederfüllimpulskomponente, um die gerichtete Diffusion durch Absenken der Drücke unterhalb Umgebungsdruck, die auf die Druckbehälter verbleibenen Tinte aufgebracht wird, zu reduzieren und 2) die relative Spannungsamplitude der Wiederfüllimpulskomponente zur Vermeidung des Hungerzustandes zu erhöhen. Der bevorzugte Betriebsbereich des Tintenstrahldruckkopfes bezüglich dieser relativen Spannungsamplituden kann mathematisch gekennzeichnet werden als Verhältnis der Größe der Spannung der Wiederfüllimpulskomponente zur Größe der Spannung der Ausstoßimpulskomponente. Dieser Wert wird bestimmt als "Verhältniswert". Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Sicherung eines verlängerten Betriebs eines Tintenstrahldruckkopfarrays bei hoher Tropfenwiederholgeschwindigkeit weist einen Verhältniswert zwischen 1.15 und 1.3 auf. Andere Ausführungsformen können einen verlängerten Betrieb für Verhältniswerte zwischen 1.0 und 1.4 vorsehen.
Die Betriebssteuerung eines Tintenstrahldruckkopfes durch das angegebene modifizierte Treibersignal führt zu hoher Druckqualität bei hoher Druckgeschwindigkeit wie bereits beschrieben, während gleichzeitig die Verschlechterung der Druckqualität aufgrund gerichteter Diffusion verringert wird. Z. B. erreicht das Treibersignal gemäß Fig. 6 eine hohe Druckqualität, während ein Tintenstrahldruckkopf der in Fig. 3 angegebenen Art bei 10 KHz betrieben wird. Das in Fig. 7 dargestellte Treibersignal erreicht eine hohe Druckqualität und verringert die Verschlechterung der Druckqualtiät aufgrund gerichteter Diffusionen durch Betrieb des Tintenstrahldruckkopfes gemäß Fig. 3 bei 8 KHz
Fig. 6 zeigt ein Treibersignal der in Fig. 2 angegebenen Art für einen akustischen Treiber eines spezifischen Tintenstrahldruckkopfes. Dieses ergibt Werte für die Zeitdauern bei den entsprechenden Spannungsamplituden der Wiederfüllimpulskomponente, der Anstoßimpulskomponente, der Dauer der Wartezeitperiode und für die entsprechende Spannungsamplituden der Wiederfüllimpulskomponente und der Anstoßimpulskomponente an. Es zeigt auch Anstiegs- und Abfallzeiten für die Impulskomponenten.
Fig. 7 zeigt ein modifiziertes Treibersignal gemäß der vorliegenden Erfindung für den akustischen Treiber desselben Tintenstrahldruckkopfes. Wie das Treibersignal von Fig. 6 besteht das modifizierte Treibersignal von Fig. 7 aus einer Wiederfüllimpulskomponente, gefolgt von einer Warteperiode und einer Ausstoßimpulskomponenten. In Fig. 7 ist die Größe der Spannung der Wiederfüllimpulskomponente etwa 1.4 x größer als die Spannung der Ausstoßimpulskomponente. Die Größe der Spannung der Wiederfüllimpulskomponente von Fig. 7 beträgt etwa 50% der Größe der Spannung der lmpulskomponente gemäß Fig. 6. Zusätzlich weist das modifizierte Treibersignal von Fig. 7 größere Zeitdauem der Ausstoß- und Wiederfüllimpulskomponente bei diesen Spannungsamplituden auf als dieselben des Treibersignals von Fig. 6. Ferner sind die Anstiegs- und Abfallzeiten der Wiederfüllimpulskomponente und der Ausstoßimpulskomponente für das modifizierte Treibersignal von Fig. 7 etwa doppelt so lang wie die entsprechenden Anstiegs- und Abfallzeiten von Fig. 6. Diese besonderen Modifikationen auf das anfängliche Treibersignal gelten, um die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erreichen, insbesondere, wenn das anfängliche Treibersignal eine hohe Qualität bei hohen Druckgeschwindigkeiten erreicht. Andere Änderungen gemäß der vorliegenden Erfindung gelten für andere Ausführungsformen.
Wie früher beschrieben, werden die Zeitdauer für die Wiederfüllimpulskomponente und die Warteperiode so gewählt, daß das Frequenzspektrum des Treibersignals von Fig. 6 einen minimalen Energiegehalt bei der vorherrschenden akustischen Resonanzfrequenz des Tintenstrahlsdruckkopfes aufweist, in diesem Fall die Resonanzfrequenz der stehenden Welle in der Flüssigkeitssäule in dem Nebenkanal des Tintenstrahldruckkopfes. Die gleiche Einstellung wurde für das modifizierte Treibersignal von Fig. 7 durchgeführt. Fig. 8 vergleicht die Frequenzspektren der Treibersignale von Fig. 6 und des modifizierten Treibersignals von Fig. 7. Beide erreichen einen minimalen Energiegehalt bei einer Frequenz von etwa 85 KHz, der Resonanzfrequenz der stehenden Welle für den spezifischen Tintenstrahldruckkopf und die im besonderen verwendeten Tinte. Für einen Tintenstrahldruckkopf, der mit Luft gesättigte Tinte enthält, und bei dem das modifizierte Treibersignal gemäß Fig. 7 8 KHz Tropfenwiederholrate enhält, tritt auch nach 1 Stunde und 10 Minuten Dauerbetrieb des Tintenstrahldruckkopfes keine Verschlechterung der Druckqualität auf. Im Kontrast dazu verschlechtert sich die Druckqualität innerhalb von 30 Sekunden Dauerbetrieb für den gleichen Tintenstrahldruckkopf und die gleiche luftgesättigte Tinte, die durch ein Treibersignal gemäß Fig. 6 betrieben wird.
Ein theoretisches Modell von Tintenstrahldruckköpfen prüft den Druck innerhalb der Druckkammer für einen DOD-Tintenstrahldruckkopf der Art gemäß Fig. 3. Dieses theoretische Modell nimmt eine kompressible Flüssigkeit an, die Flüssigkeitsdrücken unterhalb einer Atmosphäre unter Umgebungsdruck widersteht. Diese Drücke unter atmosphärischem oder Umgebungsdruck werden als negative Drücke definiert. Fig. 9 ist eine Ansicht des Drucks innerhalb der Tintendruckkammer für das Treibersignal von Fig. 6 aufgrund dieses theoretischen Modells. Fig. 10 ist eine Ansicht des Drucks in der Tintendruckkammer basierend auf dem gleichen Modell für das modifizierte Treibersignal von Fig. 7. Diese Resultate des theoretischen Modells sind in den Figuren 9 und 10 angegeben und zeigen das Auftreten von Drücken unterhalb Umgebungsdruck innerhalb der Tintendruckkammer aufgrund der Wiederfüllimpulskomponente und das Auftreten kurz nach Vervollständigung der Ausstoßimpulskomponente für beide Treibersignale. Diese Drücke unterhalb atmosphärischem oder Umgebungsdruck werden gerichteter Diffusionen zugeordnet. Die Drücke, die in der Tintendruckkammer oberhalb atmosphärischem oder Umgebungsdruck auftreten, führen nicht zu gerichteter Diffusion, da solche Drücke den Effekt der Kompression oder des Schrumpfens von Luftblasen, die in der Tinte gelöst sind, bewirken. Gemäß dem theoretischen Modell bringt die Wiederfüllimpulskomponente des modifizierten Treibersignals gemäß Fig. 7 Druck unterhalb Umgebungsdruck auf die in der Tintendruckkammer verbliebene Tinte von weniger als der Hälfte der Größe des Druckes unterhalb Umgebungsdruck, die durch die Wiederfüllimpulskomponente des Treibersignals von Fig. 6 erzeugt wird.
Ein theoretisches Modell gerichteter Diffusion untersucht das Luftblasenwachstum für eine einzelne Luftblase, die in einer Flüssigkeit eigetaucht ist. Dieses theoretische Modell bringt kontinuierlich Druckimpulse auf die Flüssigkeit. Fig. 11 zeigt die Resultate des theoretischen Modells für ein Treibersignal von Fig. 6 und ein modifiziertes Treibersignale von Fig. 7, wiederholt bei Tropfenwiederholraten von 8 KHz. Es zeigt die Grenzkonzentration von Luft, die in der Tinte gelöst ist als Prozentsatz der Tintesättigungskonzentration für die Setzzeit des Luftblasenwachstums aufgrund gerichteter Diffusion für eine Luftblase mit eine gegebenen Radius. Gemäß dem Modell führt das Treibersignal von Fig, 6, das mit 8 KHz Tintenwiederholrate angelegt wird, für Tinte, die eine Konzentration von ungelöster Luft über 7% der Luftsättigungskonzentration der Tinte aufweist, zu Luftblasenwachstum einer Blase mit 1µRadius. Für das modifizierte Treibersignal von Fig. 7 beträgt die Grenzkonzentration fur die Setzzeit eines Luftblasenwachstums für eine Blase mit 1µRadius etwa 140% der Tintensättigungskonzentration.
Das modifizierte Treibersignal von Fig. 7 reduziert den Druck unterhalb Umgebungsdruck, der auf die in der Tintendruckkammer verbliebene Tinte des Tintenstrahldruckkopfes ausgeübt wird und verhindert dadurch das Wachstum von Luftblasen, die in der Tinte nicht aufgelöst sind und die entsprechende Verschlechterung der Druckqualität. Besondere Ausführungsformen des modifizierten Treibersignals können aber zu einer Benetzung der Auslaßöffnung des Tintenstrahldruckkopfes führen. Die Leistungsprobleme eines Tintenstrahldruckkopfes bezüglich des Befeuchtens der Auslaßöffnung sind oben beschrieben. Emphirische Resultate zeigen, daß dieses Befeuchten der Auslaßöffnung auftritt, wenn die Größe der Spannung der Wiederfüllimpulskomponente kleiner als das 0,7-fache der Größe der Spannung der Ausstoßimpulskomponente beträgt.
Schließlich ist darauf hinzuweisen, daß die vorliegende Erfindung auf Tintenstrahldruckköpfe mit einer großen Variationsbreite von Tinten anwendbar ist. Tinten, die bei Raumtemperatur flüssig sind und Tinten des Phasenwechseltyps, die bei Raumtemperatur fest sind, können verwendet werden. Ein Beispiel einer geeigneten Phasenwechseltinte ist in dem US-Patent 4 889 560 angegeben, das am 26.12.1989 unter dem Titel "Phase Change lnk Carrier Composition and Phase Change Ink Produced Therefrom" ausgegeben wurde.
Obgleich die Prinzipien der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf bevorzugte Ausführungen dargestellt und beschrieben sind, ist es für den Fachmann offenbar, daß die Erfindung auch in der Ausfuhrung und im Detail ohne Abweichung von den Prinzipien verändert werden kann.

Claims

1.Tintenstrahldruckverfahren, bei dem das Drucken durch einen Tintenstrahlkopf (10) erfolgt, der eine Tintendruckkammer (22) aufweist, die mit einer Quelle heißer geschmolzener Tinte verbunden ist und der einen Treiber (36) aufweist, um das Volumen der Tintendruckkammer (22) unter Einfluß eines ersten elektrischen Pulses zu expandieren und das Volumen der Tintendruckkammer (22) unter Einfluß eines zweiten elektrischen Impules zusammenzuziehen, um einen Tropfen Tinte aus einer Tintentropfenausstoßöffnung (14) des Tintenstrahldruckkopfes (10) auszustoßen, wobei der Betrieb des Tintenstrahlkopfes (10) zur Reduzierung der Verschlechterung der Druckqualität aufgrund bereinigter Diffusion (rectified diffusion) durch ein Verfahren dadurch gesteuert wird, daß (i) das Aufbringen des ersten elektischen Impuls auf den Treiber (36) zur Entwicklung eines Drucks unter Umgebungsdruck in der Tintendruckkammer (22) und zum Ausdehnen des Volumens der Tintendruckkammer (22) gegeben wird, wobei der Druck eine ausreichende Größe aufweist, um das Wachsen von Luftblasen über die Zeit zu verhindern, die in der Tinte gelöst sind, die in der Tintendruckkammer (22) verbleibt, (ii) daß der erste elektrische Impuls beendet wird, und der Treiber in einem Wartezustand verbleiben kann, und (iii) daß der zweite elektrische Impuls auf den Treiber (36) nach der Warteperiode aufgebracht wird, um das Volumen der Tintendruckkammer (22) zusammenzuziehen und einen Tintentropfen aus dem Tintenstrahldruckkopf (10) auszustoßen, wodurch die Größe der gleichgerichteten Diffusion reduziert wird, die eine Druckqualtitätsverschlechterung bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Druck unterhalb des Umgebungsdrucks innerhalb der Tintendruckkammer (22) durch Einstellung der Amplitude des ersten elektrischen Impulses entwickelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Druck unterhalb des Umgebungsdrucks in der Tintendruckkammer (22) durch Einstellung der Zeitdauer des ersten elektrischen Impulses entwickelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Druck unterhalb des Umgebungsdrucks in der Tintendruckkammer (22) durch Einstellung der Dauer der Anstiegs- und der Abfallzeit des ersten elektrischen Impulses eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Frequenzspektrum des Treibersignals, das aus den ersten und zweiten elektrischen Impulsen gebildet ist, die durch den Wartezustand getrennt sind, einen Minimumenergiegehalt bei einer Frequenz aufweist, die im wesentlichen gleich der dominanten akustischen Resonanzfrequenz des Tintenstrahlkopfes (10) aufweist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der zweite elektrische Impuls eine Amplitude, eine Zeitdauer und Anstiegs- und Abfaleiten aufweist, die es erlauben, daß ein Druck unterhalb des Umgebungsdrucks in der Tintendruckkammer (22) in einer Größe entwickelt wird, der das Wachstum von Luftblasen, die in der Tinte gelöst sind, die in der Tintendruckkammer verbleibt, über die Zeit verhindert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Druck unterhalb des Umgebungsdrucks in der Tintendruckkammer (22) durch Einstellung der Zeitdauer des zweiten elektrischen Impulses entwickelt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Druck unterhalb des Umgebungsdrucks in der Tintendruckkammer (22) durch Einstellung der Anstiegs- und Abfallszeit des zweiten elektrischen Impulses entwickelt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wartezeitzustand eine Referenzsignalamplitude definiert und bei dem die Amplitude des zweiten elektrischen Impulses relativ zur Referenzsignalamplitude kleiner als oder gleich der des ersten elektrischen Impulses ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Amplitude des ersten elektrischen Impulses relativ zur Referenzsignalamplitude ausreichend groß ist, daß die Tintendruckkammer (22) des Tintenstrahldruckkopfes (10) während eines kontinuierlichen Betriebs adäquat mit Tinte aus der Tintenquelle des Tintenstrahldruckkopfes (10) aufgefüllt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektrischen Impulse trapez- oder rechteckförmige Wellenformen aufweisen, mit einer exponentiellen Anstiegsflanke und einer exponentiell abfallenden hinteren Flanke.

12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die trapezförmigen Impulse einen vom Anstieg zur Maximalamplitude verschiedenen Abfall von der Maximalamplitude aufweisen.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Folge der Schritte (i), (ii) und (iii) wiederholt wird, wobei jeder der Wartezustände beinhaltet, daß gewartet wird, bis die Tinte in der Öffnung (14) im wesentlichen zur gleichen Position innerhalb der Öffnung (14) gewandert ist, zu der die Tinte sich während der anderen Warteschritte bewegt hat, wonach das Volumen der Tintendruckkammer (22) kontraktiert wird, um einen Tintentropfen auszustoßen

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wartezeitzustand jeweils das Warten enthält, bis die Tinte zu einer Stelle, die im wesentlichen der Tintentropfenausstoßöffnung (14) entspricht, vorgerückt ist, jedoch nicht hinter die Auslaßöffnung, wonach das Volumen der Tintenkammer (22) kontraktiert wird, um einen Tintentropfen auszustoßen.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kontraktierungsschritt zu einer Zeit auftritt, an der die Tinte bis zur Tintentropfenauslaßöffnung (14) vorgerückt ist.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Treiber (36) ein piezoelektrischer Treiber ist.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Tintenstrahldruckkopf (10) einen Nebenkanal (70) zwischen der Tintenkammer (22) und der Tintentropfenausstoßöffnung (14) enhält, bei dem die vorherrschende akustische Resonanzfrequezenz des Tintenstrahldruckkopfes (10) der stehenden Welle der Resonanzfrequenz durch die Flüssigkeit im Nebenkanal des Tintenstrahldruckkopfes (10) entspricht.

18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorherrschende akustische Resonanzfrequenz des Tintenstrahldruckkopfes (10) bestimmt ist, bei der der Treiber (36) mit einem Antriebsimpuls angetrieben ist, der einen minimalen Energiemhalt bei einer Fequenz aufweist, die im wesentlichen der vorherrschenden akustischen Resonanzfrequenz entspricht.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem der Antriebsimpuls einen minimalen Energieinhalt aufweist, der wenigstens etwa 45 db unterhalb des maximalen Energiegehalts des Antriebsimpulses liegt, bei Frequenzen abseits einer Frequenz, die im wesentlichen der vorherrschenden akustischen Resonanzfrequenz entspricht.