DE69218375T2 - Oberflächenwellenzerstreuung mittels nicht-rückstrahlender Öffnungskonfigurationen für akustische Farbdrucker - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft mit Löchern versehene Kappenstrukturen zum Steuern der freien Tintenoberflächenpegel akustischer Tintendrucker und insbesondere verbesserte, mit Öffnungen ausgebildete Ausgestaltungen für diese Kappenstrukturen.
• US-A-5,028,937 mit dem Titel "Perforated Membranes for Liquid Control in Acoustic Ink Printing" schlägt vor, mit Öffnungen versehene Kappenstrukturen zum Steuern der freien Tintenoberflächenpegel von akustischen Tintendruckern zu verwenden.
• Jedoch ist herausgefunden worden, daß die Steuerung des freien Tintenoberflächenpegels, die durch die mit Öffnungen versehenen Kappenstrukturen des '937 Patents geliefert wird, dazu neigt, bei dynamischen Betriebsbedingungen durch die Reflexion der Oberflächenwellen von den Seitenwänden der im wesentlichen runden Öffnungen dieser Kappenstrukturen verschlechtert zu werden. Diese Oberflächenwellen werden als ein ureigenes Nebenprodukt des Tröpfchenausstoßvorgangs erzeugt, so daß zu befürchten ist, daß die schwingenden, freien Tintenoberflächenpegelstörungen, die durch die Reflexion der Oberflächenwellen von den mit Öffnungen versehenen Seitenwänden hervorgerufen werden, unerwünschte Beschränkungen bei den Tröpfchenausstoßraten auferlegen, mit denen Drucker, die solche Kappenstrukturen verwenden, zuverlässig mit einem asynchronen Modus (d.h., einem Modus, bei dem der Ausstoßzeitpunkt von jedem Tröpfchen unabhängig von dem Ausstoßzeitpunkt jedes anderen Tröpfchens ist) betrieben werden können. Deshalb wird gemäß dieser Erfindung, die Zeit, die für die Amplitude dieser Störungen gefordert wird, damit sie sich auf einen vernachlässigbar niedrigen Wert zerstreuen, beträchtlich verringert, indem diese Öffnungen ausgebildet werden, die reflektierten Oberflächenwellen zu streuen.
• Wie es hier beschrieben ist, ist "akustisches Tintendrucken" ein unmittelbarer Markierungsvorgang, der durch Modulieren des Strahlungsdrucks ausgeführt wird, den ein oder mehrere fokussierte Schallbündel gegen eine freie Oberfläche einer Ansammlung flüssiger Tinte ausüben, wodurch einzelne Tintentröpfchen von der freien Tintenoberfläche auf Anforderung mit einer ausreichenden Geschwindigkeit ausgestoßen werden, damit sich diese Tröpfchen in einer Bildanordnung auf einem nahen Aufzeichnungsmedium abscheiden. Dieser Vorgang hängt nicht von der Verwendung von Düsen oder kleinen Ausstoßöffnungen zum Steuern der Bildung oder des Ausstoßens der einzelnen Tintentröpfchen ab, so daß er die mühsamen, mechanischen Einschränkungen vermeidet, die viele der Zuverlässigkeitsprobleme und Bildelement-("Pixel")-Anordnungsgenauigkeitsprobleme hervorgerufen haben, die herkömmliche Tintenstrahldrucker mit Tröpfchen-auf- Anforderung und kontinuierlichem Strom gezeigt haben.
• Es sind mehrere, unterschiedliche Tröpfchenausstoßmechanismen zum akustischen Tintendrucken vorgeschlagen worden. Beispielsweise (1) US-A-4,308,547 mit dem Titel "Liquid Drop Emitter" sieht piezoelektrische, meniskusförmige Wandler vor; (2) US-A- 4,697,195 mit dem Titel "Nozzleless Liquid Drop Emitters" sieht ebene piezoelektrische Wandler mit ineinander verschränkten Elektroden (als "IDTS" bezeichnet) vor; (3) US-A- 4,751,530 mit dem Titel "Acoustic Lens Arrays for Ink Printing" sieht Tröpfchenausstoßeinrichtungen vor, die akustisch beleuchtete, sphärische Fokussierungslinsen verwenden; und (4) US-A-5,401,845 mit dem Titel "Multi-Discrete-Phase Fresnel Acoustic Lenses and Their Application to Acoustic Ink Printing" sieht Tröpfchenausstoßeinrichtungen vor, die akustisch beleuchtete, Fresnel-Fokussierungslinsen mit mehrfacher Einzelphase verwenden.
• Tröpfchenausstoßeinrichtungen, die im wesentlichen beugungsbeschränkte, f/1 Linsen (entweder sphärische Linsen oder Fresnel-Linsen mit Mehrfacheinzelphase) aufweisen, um das Schallbündel oder die Bündel im wesentlichen auf der freien Tinten oberfläche zu fokussieren, haben sich im wesentlichen als vielversprechend für akustisches Tintendrucken hoher Qualität gezeigt. Fresnel-Linsen haben den praktischen Vorteil, daß sie relativ leicht und preiswert herzustellen sind, wobei aber diese Unterscheidung für diese Erfindung nicht wesentlich ist. Stattdessen ist das Merkmal dieser Linsen, das sich am unmittelbarsten auf diese Erfindung bezieht, daß sie konstruiert werden, daß sie mehr oder weniger beugungsbegrenzte f/1 Linsen sind, was bedeutet, daß ihre Schärfentiefe nur einige wenige Wellenlänge λ ist; wo λ die wellenlänge der akustischen Strahlung in der Tinte ist, die durch sie fokussiert wird. In der Praxis ist λ typischerweise in der Größenordnung von nur 10 µm oder so, was bedeutet, daß die freien Tintenoberflächenpegel dieser akustischen Tintendrucker hoher Qualität üblicherweise mit beträchtlicher Genauigkeit gesteuert werden müssen.
• Mit Öffnungen versehene Kappenstrukturen sind wirtschaftlich attraktive Steuereinrichtungen für den freien Tintenoberflächenpegel bei akustischem Tintendrucken. Wie es in dem obengenannten Khuri-Yakub u.a. '937 Patent hervorgehoben ist, verwendet eine mit Öffnungen versehene Kappenstruktur die inhärente Oberflächenspannung der Tinte, um der Neigung des freien Tintenoberflächenpegels entgegenzuwirken, sich als eine Funktion geringer Änderungen beim Tintendruck zu ändern. Somit ist beispielsweise eine mit Öffnungen versehene Kappenstruktur zweckmäßig zum Erhöhen der Toleranz eines akustischen Tintendruckers gegenüber Tintendruckänderungen, die durch eine geringe Fehlanpassung zwischen der Geschwindigkeit, mit der sein Tintenvorrat geleert und wieder gefüllt wird, hervorgerufen werden können. Ferner kann, wie es durch das '937 Patent gelehrt wird, ein Druckregler oder Ähnliches verwendet werden, um einen im wesentlichen konstanten Vordruck auf die Tinte aufrechtzuerhalten, wenn immer es notwendig oder wünschenswert ist, die Genauigkeit der Oberflächenpegelsteuerung zu erhöhen, die durch eine solche Kappenstruktur geliefert wird.
• Die Fluiddynamik des akustischen Tintendruckvorgangs erzeugt eine allgemein kreisförmige Wellenfrontwelle auf der freien Tintenoberfläche, wenn immer ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird. Die Viskosität der Tinte dämpft hydrodynamisch diese Oberflächenwelle, wenn sie sich von der Ausstoßstelle fortbewegt. Jedoch ist bei Druckern, die mehrere Tröpfchenausstoßeinrichtungen haben, wie jene, die eine oder mehrere lineare Mehrfachanordnungen von Tröpfchenausstoßeinrichtungen zum Zeilendrucken aufweisen, dieses hydrodynamische Dämpfen im allgemeinen unzureichend, um Oberflächenwellen, die durch irgendeine der gegebenen Tröpfchenausstoßeinrichtungen erzeugt werden, daran zu hindern, den Betrieb seiner nahe benachbarten Tröpfchenausstoßeinrichtungen zu stören.
• Demgemäß schließt, um dieses unerwünschte "Übersprechen" zu vermeiden, ein Drucker mit Mehrfachausstoßeinrichtung vorteilhafterweise eine Kappenstruktur ein, die eine Mehrzahl von räumlich verteilten Öffnungen aufweist, die die Ausstoßstellen der entsprechenden Tröpfchenausstoßeinrichtungen umgeben. Eine Kappenstruktur dieser Art unterteilt wirksam die freie Tintenoberfläche des Druckers in eine Mehrzahl von einzelnen Tintenkuhlen, von denen jede für eine verschiedene der Tröpfchenausstoßeinrichtungen bestimmt ist. Tinte kann zwischen den Ausstoßeinrichtungen und einer solchen Kappenstruktur von Kuhle-zu-Kuhle fließen, wobei aber die Kappenstruktur als eine physikalische Sperre wirkt, um die Oberflächenwellen gegenüber einer Fortpflanzung von einer Kuhle zu einer anderen zu sperren. Beim Betrieb gelangen die Schallbündel, die von den Tröpfchenausstoßeinrichtungen eines solchen Druckers mit mehreren Ausstoßeinrichtungen ausgesandt werden, mehr oder weniger mittig der jeweiligen Öffnungen in der Kappenstruktur in Fokus, so daß die Öffnungsdurchmesser vorzugsweise mindestens ungefähr fünfmal größer als (und können tatsächlich zwischen zwanzigmal oder noch größer als) die eingeschnürten Durchmesser der fokussierten Schallbündel sein, wodurch verhindert wird, daß die Öffnungen materiell die Hydrodynamik des Tröpfchenausstoßvorgangs oder die Größe der Tintentröpfchen beeinflussen, die ausgestoßen werden. Beispielsweise haben, wenn die Schallbündel nominale Einschnürungsdurchrnesser am Brennpunkt von ungefähr 10 µm haben, die Öffnungen geeigneter Weise Durchmesser von ungefähr 250 µm. Dieser relativ großen Öffnungen sind praktisch, selbst bei Druckern, die Bildelemente auf Mitten drucken, die räumlich durch nur einen kleinen Bruchteil des Öffnungsdurchmessers versetzt sind, weil die Tröpfchenausstoßeinrichtungen dieser Drucker mit höherer Auflösung beispielsweise räumlich auf mehrere Reihen von versetzten Mitten verteilt werden können.
• Wie es vorgehend hervorgehoben worden ist hatten die früheren Kappenstrukturen des vorstehenden Typs im wesentlichen runde Öffnungen. Eine runde Öffnungsausgestaltung bietet sich selbst wegen ihrer Kreissymmetrie an. Jedoch ist nun herausgefunden worden, daß die Rückreflexion der Oberflächenwellen von den Seitenwänden dieser runden Öffnungen ein begrenzender Faktor ist, der beim Betreiben von akustischen Tintendruckern, die eine solche Kappenstruktur aufweisen, bei höheren, asynchronen Tröpfchenausstoßraten stört. Infolgedessen wird eine Öffnungsausgestaltung, die beträchtlich die Wirkung solcher Oberflächenwellen auf den akustischen Tintendruckvorgang verringert, benötigt, damit solche Kappenstrukturen als Steuereinrichtungen des freien Tintenoberflächenpegels bei asynchronen, akustischen Tintendruckern hoher Geschwindigkeit verwendet werden können.
• In Antwort auf das vorstehende Bedürfnis schafft diese Erfindung einen akustischen Tintendrucker gemäß Anspruch 1 der beigefügten Ansprüche.
• Besondere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 5 der beigefügten Ansprüche angegeben.
• Die vorliegende Erfindung schafft ferner einen akustischen Tintendrucker gemäß dem Anspruch 6 der beigefügten Ansprüche.
• Besondere Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 7 bis 10 der beigefügten Ansprüche angegeben.
• Zusätzliche Merkmale und Vorteile werden offensichtlich, wenn die folgende, ins einzelne gehende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen:
• Fig. 1 eine schematische Teilseitenansicht eines akustischen Tintendruckers ist, der eine mit Öffnungen versehene Kappenstruktur aufweist, die gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
• Fig. 2 eine graphische Analyse erster Ordnung der relativen Oberflächenwellenamplitude in dem mittleren Bereich einer runden Öffnung als Funktion des wellenfortpflanzungsabstands ist;
• Fig. 3 eine Teildraufsicht auf eine Kappenstruktur mit einer Öffnung ist, die eine polygonale Querschnittskontur zum Ausführen dieser Erfindung aufweist;
• Fig. 4 die gleiche graphische Analyse wie Fig. 3 für öffnungen liefert, die mehrere unterschiedliche, polygonale Querschnittskonturen mit ungeradzahligen Seiten einschließlich der Fünfecköffnung haben, die in Fig. 2 gezeigt ist;
• Fig. 5 die gleiche graphische Analyse wie Fig. 3 für Öffnungen liefert, die eine Vielzahl von polygonalen Querschnittskonturen mit geradzahligen Seiten haben; und
• Fig. 6 eine schematische Teildraufsicht auf eine noch andere mit Öffnungen versehene Steuereinrichtung für den freien Tintenoberflächenpegel ist, die gemäß den breiteren Gesichtspunkten dieser Erfindung konstruiert ist.
• Es wird sich nun den Zeichnungen zugewandt, und an dieser Stelle insbesondere Fig. 1, wo ein akustischer Tintendrucker 11 (nur ein relevanter Teil ist gezeigt) vorhanden ist, der eine oder mehrere Tröpfchenausstoßeinrichtungen 12 zum Ausstoßen einzelner Tintentröpfchen von der freien Oberfläche 13 eines Vorrats an flüssiger Tinte 14 auf Anforderung mit einer ausreichenden Geschwindigkeit aufweist, um die Tröpfchen 15 in einer Bildausgestaltung auf einem nahegelegenen Aufzeichnungsmedium 21 abzusetzen. Beispielsweise umfaßt der Drucker 12 geeigneter Weise eine ein- oder zweidimensionale Mehrfachanordnung (nicht gezeigt) von Tröpfchenausstoßeinrichtungen 12 zum sequentiellen Drucken aufeinanderfolgender Linien eines Bildes auf das Aufzeichnungsmedium 21, während sie durch (nicht gezeigte Mittel) in einer Bearbeitungsrichtung vorwärtsbewegt wird, wie es durch den Pfeil 22 angegeben ist.
• Wie es dargestellt ist, umfaßt jede der Tröpfchenausstoßeinrichtungen 12 eine akustische Linse 25, die typischerweise eine im wesentlichen beugungsbegrenzte f/1 Linse ist, die in einer Seite eines geeigneten Substrats 26 gebildet ist. Diese Linse 25 ist akustisch mit der freien Oberfläche 13 der Tinte 14 entweder durch die Tinte 14 allein (wie gezeigt) oder über ein ein- oder mehrschichtiges, flüssiges und/oder festes, akustisches Kopplungszwischenmedium (nicht gezeigt) gekoppelt. Die andere oder gegenüberliegende Seite des Substrats 26 ist mit einem piezoelektrischen Wandler 27 verbunden oder sonstwie in enger, mechanischer Berührung mit ihm gehalten. Als allgemeine Regel ist das Substrat 25 aus einem Material (wie Silicium, Aluminiumhydroxid, Saphir, geschmolzenem Quarz und gewissen Gläsern), das eine viel höhere Schallgeschwindigkeit als die Tinte 14 hat, so daß die Linse 25 typischerweise ausgebildet ist, daß sie sich wie ein sphärisches, konkaves, fokussierendes Element für die Schallstrahlung verhält, die auf sie auftrifft.
• Beim Betrieb wird der Wandler 27 geeigneterweise durch ein amplitudenmoduliertes Hochfrequenzsignal angeregt, das ihn veranlaßt, eine amplitudenmodulierte, allgemein ebene Wellenfront einer Schallwelle in das Substrat 26 zum Bestrahlen der Linse 25 einzukoppeln. Die Linse 25 bricht die einfallende Strahlung und fokussiert sie im wesentlichen auf der freien Tintenoberfläche 13, so daß der Strahlungsdruck, der gegen die freie Tintenoberfläche 13 ausgeübt wird, kurze gesteuerte Ausschläge zu einem ausreichend hohen Druckwert zum Ausstoßen einzelner Tintentröpfchen 15 davon unter der Steuerung des amplitudenmodulierten Hochfrequenzsignals vornimmt, das an den Wandler 27 (nicht gezeigt) angelegt wird. Typischerweise wird der Wandler 27 bei einer Hochfrequenz von ungefähr 168 MHz angeregt, und die Amplitude dieser Hochfrequenzanregung wird mit einer Pulsrate bis zu ungefähr 20 KHz gepulst.
• Im Rahmen der Lehre des obengenannten Khuri-Yakub '937 Patents ist die freie Tintenoberfläche 13 durch eine mit Öffnungen versehene Kappenstruktur 31 überdeckt, die (durch nicht gezeigte Mittel) so gehalten ist, daß ihre Innenseite in enger Berührung mit der Tinte 14 aufrechterhalten wird. Wie es gezeigt ist, hat die Kappenstruktur 31 eine getrennte Öffnung 32 für jede der Tröpfchenausstoßeinrichtungen 12, so daß das Schallbündel, das von irgendeiner gegebenen Tröpfchenausstoßeinrichtung 12 ausgesandt wird, auf der freien Tintenoberfläche 13 mehr oder weniger mittig einer Öffnung 32 in Fokus kommt, die wirksam diese mögliche Ausstoßstelle von den Ausstoßstellen der anderen Tröpfchenausstoßeinrichtungen 12 isoliert. Wie es vorhergehend hervorgehoben worden ist, ist jede der Öffnungen 32 bemessen, daß sie einen Durchmesser aufweist, der viel größer (d.h., mindestens ungefähr fünfmal größer als und in manchen Fällen zwanzigmal oder noch größer) als der Einschnürungsdurchmesser des fokussierten Schallbündels ist, so daß die Öffnungen 32 keine wesentliche Beeinträchtigung auf die Bildung, Größe oder Richtbarkeit der Tintentröpfchen 15 ergeben, die ausgestoßen werden.
• Wie man sieht, bildet die freie Tintenoberfläche 13 einen Meniskus 33 über jeder der Öffnungen 32 wegen ihrer Oberflächenspannung. Ferner widersteht die kapillare Anziehung zwischen der Tinte 14 und den Seitenwänden der Öffnung jeglicher Neigung, die dieser Meniskus 33 haben mag, sich innerhalb der Öffnung 32 als eine Funktion irgendwelcher geringer Änderungen des Volumens der Tinte 14 nach oben oder nach unten zu verschieben, so daß die Kappenstruktur 31 wirksam den freien Tintenoberflächenpegel stabilisiert, zumindest bei ruhigen Betriebsbedingungen. Jedoch ist der freie Tintenoberflächenpegel weiterhin dynamisch instabil, da der Tröpfchenausstoßvorgang inhärent Oberflächenwellen erzeugt. Dies ist eine hydrodynamisch gedämpfte Instabilität, so daß die Herausforderung ist, die Zeit zu verringern, die für die Störungen benötigt wird, sich auf eine vernachlässigbare geringe Amplitude zu zerstreuen.
• Bezugnehmend auf Fig. 2 sind herkömmliche Strahlenanalysetechniken zum Bestimmen der Kennlinie der Amplitude als Funktion der Zeit von Übergangsschwingungsstörungen zweckmäßig, die den Pegel der freien Tintenoberfläche 13 innerhalb des kritischen Mittelbreiches der Öffnung 32 stören, unmittelbar nachdem ein Tintentröpfchen von dort ausgestoßen worden ist. Der Fig. 2 liegen die Annahmen zugrunde, daß die Öffnung 32 eine runde Öffnung mit einem Durchmesser von 250 µm ist und daß der sogenannte "kritische Mittelbereich" eine konzentrische Kreisfläche mit einem Durchmesser von 50 µm ist (d.h., eine Fläche, die ausreichend nahe der Ausstoßstelle ist, so daß Störungen, die innerhalb von ihr auftreten, wahrscheinlich einen bedeutenden Einfluß auf den Ausstoßvorgang haben). Die Amplitude der Störungen ist zum Zeitpunkt des Tröpfchenausstoßes auf die Einheit normalisiert worden, und ihre Amplituden sind als eine Funktion der Strecke aufgetragen worden, die sich die Oberflächenwelle fortgepflanzt hat (die proportional der Zeit ist, da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit im wesentlichen konstant ist).
• Wie man erwarten würde, ist die Oberflächenwelle anfangs innerhalb des mittleren, kritischen Bereiches der Öffnung 32 enthalten. Die Oberflächenwelle pflanzt sich dann nach außen zu den Seitenwänden der Öffnung fort, wo sie zurück in Richtung zu der Mitte der Öffnung 32 reflektiert wird, so daß sie erneut in den mittleren Bereich der Öffnung 32 eintritt, um einen ersten Durchgang abzuschließen. Dieser Fortpflanzungs/Reflexionsvorgang wiederholt sich selbst, so daß der Pegel der freien Tintenoberfläche 13 in dem Mittelbereich der Öffnung 32 periodisch gestört wird, wobei die Amplitude dieser Schwingungsstörung mit einer Geschwindigkeit abfällt, wie es durch die Linien 35 in Fig. 2 angegeben ist, die durch die exponentielle Dämpfung bestimmt ist, die die Oberflächenwelle erfährt, wenn sie sich fortpflanzt. Die Wirkung der Rückreflexion der allgemein runden (d.h., kreisförmig ausgebildeten) Öffnung 32 auf die Zeitdauer, die für die Amplitude dieser Schwingungsstörungen gefordert wird, auf einen vernachlässigbar geringen Wert abzufallen, wird offensichtlich, wenn ihre Momentanamplitude, wie sie durch die Linie 35 wiedergegeben ist, auf einer entsprechenden Zeitskala mit der Asymptote 36 verglichen wird, die die Amplitude der Störungen darstellt, die innerhalb des Mittelbereiches der Öffnung 32 vorhanden wäre, wenn die Oberflächenwelle in kleine Wellen zerlegt wird, die gleichförmig über die gesamte Weite der Öffnung 32 verteilt sind (die Amplitude der Asymptote 36 folgt der Amplitude der Abfallrate 35, ist aber nur 4% so hoch, da von dem kritischen Mittelbereich der Öffnung 32 angenommen worden ist, daß er 4% der gesamten Querschnittsfläche der Öffnung 32 ist).
• Es wird sich nun der Fig. 3 zugewandt; gemäß dieser Erfindung gibt es eine nichtrückreflektierende Öffnungsausgestaltung 42, die verwendet werden kann, die Rate zu erhöhen, mit der Tintentröpfchen 15 asynchron durch die Tröpfchenausstoßeinrichtung 12 ausgestoßen werden können. Diese besondere Öffnung hat eine fünfeckige Querschnittsausgestaltung, wobei aber irgendeine Öffnung, die eine im wesentlichen nichtrückreflektierende Querschnittsausgestaltung aufweist, beträchtlich die Rate erhöht, mit der sich die lästigen Schwingungen des freien Tintenoberflächenpegels auf einen vernachlässigbar geringen Pegel zerstreuen (eine Amplitude, nicht größer als ungefähr ± ½λ). Dies schließt Öffnungen ein, die serpentinartig gekrümmte Querschnittsformen aufweisen, sowie jene, die polygonale Ausgestaltungen haben.
• Die Arbeitskennlinien mehrerer polygonaler Öffnungsausgestaltungen mit geradzahligen Seiten sind in Fig. 4 analysiert, wo die Kurven 43, 44, 45 und 46 die Störungen darstellen, die innerhalb des Mittelbereiches der Öffnung 42 auftreten, wenn sie eine quadratische, sechseckige, achteckige bzw. zehneckige Querschnittsform hat. Die Analyse nimmt an, daß die Öffnung 42 die gleiche Gesamtfläche hat, sowie einen "kritischen Mittelbereich" der gleichen Form (kreisförmig) und Durchmesser (50 µm) wie die Öffnung 32 (Fig. 2). Wie man sieht, weisen die durch Oberflächenwellen hergerufenen Störungen, die innerhalb des Mittelbereiches dieser Öffnungen mit geradzahligen Seiten auftreten, weiterhin eine starke Periodizität auf, aber ihre Amplitude zerstreut sich auf eine vernachlässigbar geringen Wert merklich schneller als die Störungen, die in dem Mittelbereich der Öffnung 32 auftreten (vergleiche die Abfallraten der Kurven 43-46 mit der Abfallrate 35 und der Asymptote 36 in Fig. 2).
• Fig. 5 liefert eine ähnliche Analyse auf der Grundlage der gleichen Annahmen für mehrere polygonale Öffnungsausgestaltungen mit ungeradzahligen Seiten. Insbesondere stellen die Kurven 51, 52, 53 und 55 die durch Oberflächenwellen hervorgerufenen Störungen dar, die innerhalb des Mittelbereiches der Öffnung 42 auftreten, wenn sie eine dreieckige, fünfeckige, siebeneckige bzw. neuneckige Querschnittsausgestaltung haben. Diese Kurven zeigen, daß die geradzahligen Reflexionen der Oberflächenwelle keine Wirkung auf den freien Tintenoberflächenpegel in den Mittelbereichen dieser polygonalen Öffnungen 42 mit geradzahligen Seiten haben. Dies ist von Bedeutung, insbesondere bei den Fällen, bei denen die Störungen, die innerhalb des Mittelbereiches der Öffnung 42 durch die dritte Reflexion oder Reflexionen höherer Ordnung erzeugt werden, eine vernachlässigbare Amplitude aufweisen (d.h., wo die durch die Öffnung 42 vorgesehene Zerstreuung genau für die erste Reflexion optimiert werden kann). Eine andere interessante Beobachtung ist, daß die Amplitude der Störung, die innerhalb des Mittelbereiches der Öffnung 42 durch die erste Reflexion der Oberflächenwelle erzeugt wird, bei einer fünfeckigen Öffnungsausgestaltung niedriger als bei irgendeiner anderen Öffnungsausgestaltung mit ungeradzahligen Seiten ist, die analysiert worden sind (vergleiche die Spitzenamplitude der Kurve 42 mit den Spitzenamplituden der Kurven 51, 53 und 54 für die relativen Amplituden der Störungen, die durch die erste Reflexion der Oberflächenwelle hervorgerufen werden). Dies liegt nahe, daß eine fünfeckige Öffnungsausgestaltung bei einigen Anwendungen optimal sein kann.
• Fig. 6 stellt eine etwas spezialisiertere Ausführungsform dieser Erfindung dar, wo die geometrische Mitte 51 von jeder der Öffnungen 52 räumlich von der Tröpfchenausstoßstelle 53 der zugeordneten Tröpfchenausstoßeinrichtung (d.h., dem Brennpunkt der Tröpfchenausstoßeinrichtung) um eine Strecke verschoben ist, die größer als der Radius des sogenannten kritischen Bereiches der Öffnung 52 ist. Diese Ausführungsform ist besonders bei Anwendungen von Interesse, bei denen die Oberflächenwelle auf einen vernachlässigbar niedrigen Wert zu dem Zeitpunkt gedämpft ist, wenn sie ihren zweiten Durchlauf abschließt, weil sie bei denjenigen Anwendungen mittels einer Kappenstruktur ausgeführt werden kann, die runde Öffnungen 52 aufweist. Insbesondere bewirkt, wenn die Öffnungen 52 rund sind, ihre geometrische Exzentrizität in bezug auf die Ausstoßstellen 53 der jeweiligen Tröpfchenausstoßeinrichtungen, daß sich der Brennpunkt der reflektierten Oberflächenwellen innerhalb von irgendeiner gegebenen der Öffnungen 52 abwechselnd zwischen der Ausstoßstelle 53 und einer Stelle hin- und herverschiebbar, die symmetrisch (in bezug auf die geometrische Mitte 51 der Öffnung 52) zu der Ausstoßstelle 53 bei ihren geradzahligen bzw. ungeradzahligen Reflexionen entgegengesetzt ist. Infolgedessen kann die Bedeutung des diffusen Streuens der reflektierten Wellen gemäß den breiteren Gesichtspunkten dieser Erfindung ausgedehnt werden, um das allgemeinere Konzept des geometrischen Maßschneiderns von Öffnungen einer Kappenstruktur der vorstehenden Art einzuschließen, so daß ein merklicher Anteil der Oberflächenwellenenergie, die von ihren Seitenwänden reflektiert wird, von den kritischen Bereichen nahe den jeweiligen Tröpfchenausstoßstellen zumindest bei der ersten (d.h., der am wenigsten gedämpften) Reflexion der Oberflächenwellen fortgelenkt wird.
• Wie man erkennt, werden die mittleren Querabmessungen der Öffnungen, die in Fig. 3, 4 und 5 gezeigt sind (manchmal als deren "Durchmesser" bezeichnet) ausgewählt, daß sie wesentlich größer (mindestens fünfmal größer und soviel wie zwanzigmal oder noch größer) als die Durchmesser der kritischen Bereiche um die Tröpfchenausstoßstellen herum sind. Während von diesen kritischen Bereichen angenommen worden ist, daß sie allgemein kreisförmige Flächen sind, sollte man beachten, daß die Form und die Querabmessungen dieser Bereiche anwendungsspezifische Parameter sind, die analytisch oder empirisch berechnet werden sollten, wenn diese Erfindung ausgeführt wird.
• Im Hinblick auf das vorstehende ist es nun offensichtlich, daß diese Erfindung merklich die Tröpfchenausstoßraten erhöht, bei denen akustische Tintendrucker, die mit Öffnungen versehene Kappenstrukturen zur Steuerung des freien Tintenoberflächenpegels verwenden, asynchron betrieben werden können. Ferner ist es offensichtlich, daß diese verbesserte Arbeitsweise mit geringen, wenn überhaupt irgendwelchen zusätzlichen Kosten erreicht werden kann.

Claims (9)

1. Ein akustischer Tintendrucker, der mindestens eine Tröpfchenausstoßeinrichtung zum Ausstoßen einzelner Tintentröpfchen mit einem vorbestimmten maximalen Durchmesser von einer freien Oberfläche eines Vorrats an flüssiger Tinte auf Anforderung und eine Kappenstruktur zum Halten der genannten freien Oberfläche auf einem vorbestimmten Pegel aufweist; wobei die genannte Kappenstruktur umfaßt

einen Körper, der eine bestimmte Öffnung aufweist, die durch ihn hindurch für jede Tröpfchenausstoßeinrichtung gebildet ist, wodurch ein getrennter Bereich der genannten freien Tintenoberfläche für jede Tröpfchenausstoßeinrichtung vorgesehen wird, wobei jede Öffnung bemessen ist, daß sie eine mittlere Querabmessung aufweist, die im wesentlichen größer als der maximale Durchmesser der genannten Tintentröpfchen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß jede Öffnung eine Querschnittsform quer zu der Richtung des Tröpfchenausstoßes hat, die im wesentlichen nicht rückreflektierend ist.

2. Der akustische Tintendrucker des Anspruchs 1, worin jede Tröpfchenausstoßeinrichtung Mittel zum Bestrahlen der genannten freien Tintenoberfläche mit einem amplitudenmodulierten, im wesentlichen fokussierten Schallbündel zum Ausstoßen von Tintentröpfchen davon auf Anforderung einschließt, und das genannte Schallbündel auf die genannte freie Oberfläche allgemein in der Mitte der Öffnung einfällt, die für die genannte Tröpfchenausstoßeinrichtung bestimmt ist.

3. Der akustische Tintendrucker des Anspruchs 2, worin das genannte Schallbündel einen vorbestimmten, maximalen Einschnürungsdurchmesser am Brennpunkt hat; und die mittlere Querabmessung der genannten Öffnung mindestens ungefähr fünfmal größer als der genannte Einschnürungsdurchmesser des genannten Bündels ist.

4. Der akustische Tintendrucker nach irgendeinem der Ansprüche 1-3, worin die genannte Öffnung (1) eine Polygonausgestaltung mit ungeradzahligen Seiten, eine (2) fünfeckige Ausgestaltung, eine (3) Polygonausgestaltung mit geradzahligen Seiten oder eine (4) gekrümmte Ausgestaltung aufweist.

5. Der akustische Tintendrucker des Anspruchs 4, worin die mittlere Querabmessung der genannten Öffnung in der Größenordnung von zwanzigmal größer als der Einschnürungsdurchmesser des genannten Bündels ist.

6. Ein akustischer Tintendrucker, der mindestens eine Tröpfchenausstoßeinrichtung zum Ausstoßen einzelner Tintentröpfchen mit einem vorbestimmten maximalen Durchmesser von einer freien Oberfläche eines Vorrats an flüssiger Tinte auf Anforderung und eine Kappenstruktur zum Halten der genannten freien Oberfläche auf einem vorbestimmten Pegel aufweist; wobei die genannte Kappenstruktur umfaßt

einen Körper, der eine bestimmte Öffnung aufweist, die durch ihn hindurch für jede Tröpfchenausstoßeinrichtung gebildet ist, wodurch ein getrennter Bereich der genannten freien Tintenoberfläche für jede Tröpfchenausstoßeinrichtung vorgesehen wird, wobei jede öffnung bemessen ist, daß sie eine mittlere Querabmessung aufweist, die im wesentlichen größer als der maximale Durchmesser der genannten Tintentröpfchen ist,

dadurch gekennzeichnet, daß jede Öffnung in bezug auf einen vorbestimmten, kritischen Bereich der genannten Öffnung, der den Ausstoßpunkt der genannten Tröpfchen einschließt, angeordnet ist, um Oberflächenwellen, die von dort ausgehen, von dem genannten kritischen Bereich fort reflektierend umzulenken, zumindest, wenn die genannten Oberflächenwellen zuerst reflektiert werden.

7. Der akustischen Tintendrucker des Anspruchs 6, worin jede Tröpfchenausstoßeinrichtung Mittel zum Bestrahlen der genannten freien Tintenoberfläche mit einem amplitudenmodulierten, im wesentlichen fokussierten Schallbündel zum Ausstoßen von Tintentröpfchen davon auf Anforderung einschließt, das genannte Schallbündel auf die genannte freie Oberfläche an einer Ausstoßstelle auffällt, die sich mittig von dem kritischen Bereich der Öffnung befindet, die für die genannte Tröpfchenausstoßeinrichtung bestimmt ist, undder genannte kritische Bereich der genannten Öffnung eine allgemein kreisförmige Fläche mit vorbestimmtem Radius ist, die auf der genannten Ausstoßstelle zentriert ist, wobei der genannte Radius im wesentlichen kleiner als die Hälfte der genannten mittleren Querabmessung ist.

8. Der akustische Tintendrucker des Anspruchs 6 oder 7, worin jede Tröpfchenausstoßeinrichtung eine geometrische Mitte hat, die von der Ausstoßstelle darin um eine Strecke versetzt ist, die größer als der genannte Radius ist.

9. Der akustischen Tintendrucker des Anspruchs 6, 7 oder 8, worin jede Öffnung von einem allgemein runden Durchgangspfad begrenzt ist, der sich durch die genannte Kappenstruktur hindurch erstreckt.