DE69601823T2

DE69601823T2 - Tintenstrahlkopf

Info

Publication number: DE69601823T2
Application number: DE1996601823
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Kitahara; Kaoru Momose; Koji Morikoshi; Noriaki Okazawa; Kazunaga Suzuki; Masahiko Yoshida
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1996-04-22
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2016-04-23
Also published as: DE69601823D1; EP0738602B1; JPH0952360A; EP0738602A3; EP0738602A2

Description

Die vorliegende Erfingung betrifft einen Tintenstrahldruckkopf, wie zum Beispiel aus dem Dokument EP-A1-0 548 984 bekannt ist, wobei der Druckkopf ein Stellglied aufweist, das aus einem piezoelektrischen Vibrator mit Längsvibrationsmodus besteht.
Ein Hochgeschwindigkeitsantriebsstellglied für einen Tintenstrahldruckkopf bewirkt ein Ausdehnen und Zusammendrücken einer Druckerzeugungskammer zum Einsaugen von Tinte und zur Bildung von Tintentröpfchen. Das Stellglied ist mit einem piezoelektrisch Vibrator mit Längsvibrationsmodus konstruiert, der in seine axiale Richtung dehnbar ist und eine Struktur aufweist, die aus piezoelektrischen blattartigen Elementen und leitenden blattartigen Elementen besteht, die abwechselnd übereinandergelegt sind. Ein Teil der Druckerzeugungskammer ist mit einer elastischen Platte gebildet, und die Kammer steht mit einem zugehörigen Düsenloch in Verbindung.
Wenn der piezoelektrisch Vibrator mit Längsvibrationsmodus mit einem derartigen piezoelektrischen Vibrator verglichen wird, dessen Oberfläche zur Vibration gebogen wird, weist der erstgenannte eine kleinere Kontaktfläche auf, an welcher er mit der Druckerzeugungskammer in Kontakt gelangt, als der letztgenannte, und kann mit einer höheren Geschwindigkeit als der letztgenannte angetrieben werden. Daher ist der erstgenannte imstande, den Druckvorgang bei einer hohen Geschwindigkeit und hohen Auflösung auszuführen.
Während der piezoelektrische Vibrator mit Längsvibrationsmodus bei hoher Geschwindigkeit angetrieben werden kann, ist die Dämpfungsrate der Restvibration gering. Daher bleibt eine große Vibration nach dem Ausstoßen eines Tintentröpfchens bestehen. Die Restvibration beeinflußt das Verhalten des Meniskus. Die Position des Meniskus ist unbestimmt, wenn das nächste Tintentröpfchen ausgestoßen wird. Insbesondere schwankt die Richtung der Flugbahn des Tinten tröpfchens, und der Meniskus überschwingt das Düsenloch, wodurch ein Tintennebel entsteht. Das Ergebnis ist eine Verschlechterung der Druckqualität.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der obengenannten Probleme entwickelt. Die Aufgabe wird durch den Tintenstrahldruckkopf nach den unabhängigen Ansprüchen 1, 5 und 8 gelöst.
Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Einzelheiten der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen hervor.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Tintenstrahldruckgeräts, das bei hoher Geschwindigkeit angetrieben wird, wobei es zu keiner Bildung eines Tintennebels und zu keiner Krümmung der Flugbahn des Tintentröpfchens kommt.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Tintenstrahldruckgeräts, das imstande ist, die Punktgröße bei gleichbleibender Druckqualität zu ändern.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Tintenstrahldruckgeräts, das mit einer im voraus eingestellten Antriebsfrequenz angetrieben wird, unabhängig von den Spezifikationen des Druckkopfs und der Umgebungstemperatur, und bei welchem es zu keiner Bildung eines Tintennebels und zu keiner Krümmung der Flugbahn des Tintentröpfchens kommt.
Zur Lösung der obengenannten Probleme umfaßt die vorliegende Erfindung: einen Tintenstrahldruckkopf mit Druckerzeugungskammern, die jeweils ein Düsenloch enthalten und jeweils mit einer gemeinsamen Tintenkammer, die eine Helmholtz-Resonanzfrequenz der Periode TH aufweist, durch einen Tintenzufuhrpfad kommunizieren, und einen piezoelektrischen Vibrator zum Ausdehnen und Zusammendrücken der Druckerzeugungskammer; und mit Antriebssignalerzeugungsmitteln zum Erzeugen eines ersten Signals, um die Druckerzeugungskammern auszudehnen, eines zweiten Signals zum Zusammendrücken der Druckerzeugungskammer, die sich in einem ausgedehnten Zustand befindet, um die Druckerzeugungskammer zu veranlassen, ein Tintentröpfchen durch das Düsenloch auszustoßen, und eines dritten Signals zum Ausdehnen der Druckerzeugungskammer um ein Volumen, welches kleiner ist als das Volumen, das durch das erste Signal ausgedehnt wurde, wenn sich die Vibration des Meniskus, die nach dem Ausstoß eines Tintentröpfchens erzeugt wird, zu dem Düsenloch hinbewegt.
Wenn sich die Vibration des Meniskus, die durch den Ausstoß eines Tintentröpfchens erzeugt wird, zu dem Düsenloch hinbewegt, empfängt die Druckerzeugungskammer das dritte Signal zur geringfügigen Ausdehnung der Druckerzeugungskammer, um die Vibration des Meniskus wirksam zu dämpfen, und den Meniskus in einer Position zu halten, die für den Ausstoß des nächsten Tintentröpfchens geeignet ist.
Die Erfindung wird mit Bezugnahme auf die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlicher.
Fig. 1 zeigt einen Tintenstrahldruckkopf, der in einem Tintenstrahldruckgerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahldruckgeräts gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer Steuersignalerzeugungsschaltung in dem Tintenstrahldruckgerät gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Antriebssignalerzeugungsschaltung in dem Tintenstrahldruckgerät gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5(a) bis 5(h) sind Wellenformen, die einen Betrieb des Tintenstrahldruckgeräts zeigen.
Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Parameter zeigt, welche ein Antriebssignal definieren.
Fig. 7(a) und 7(b) zeigen das Verhalten eines Meniskus in Verbindung mit einem Antriebssignal.
Fig. 8(a) bis 8(f) zeigen das Verhalten eines Meniskus, wenn ein Verhältnis eines zweiten Antriebssignals zu der vollen Antriebsspannung variiert wird.
Fig. 9(a) bis 9(f) zeigen Wellenformen zur Erklärung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 10(a) und 10(b) zeigen das Verhalten eines Meniskus von einem Augenblick, zu dem eine Ausdehnung der Druckerzeugungskammer beginnt, bis zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens.
Fig. 11 zeigt die Änderungen einer Fluggeschwindigkeit und einer Menge eines Tintentröpfchens gegenüber einem Verhältnis der Entladespannung zu einer Mindestladespannung.
Fig. 12(a) bis 12(c) zeigen eine Helmholtz-Resonanzfrequenz und die Rückkehrzeiten des Meniskus nach dem Ausstoßen eines Tintentröpfchens.
Fig. 13 zeigt das Verhältnis zwischen Umgebungstemperatur und der Periode einer Helmholtz-Resonanzfrequenz.
Fig. 14 zeigt das Verhältnis zwischen Umgebungstemperatur und der Zeitsteuerung des Anlegens eines dritten Signals.
Fig. 15 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 16 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Antriebssignalerzeugungsschaltung.
Fig. 17(a) bis 17(f) zeigen eine Reihe von Wellenformen, die einen Betrieb der Antriebssignalerzeugungsschaltung darstellen.
Fig. 18(a) bis 18(c) zeigen eine Reihe von Wellenformen, die einen Betrieb der Antriebssignalerzeugungsschaltung in einem Druckzyklus darstellen.
Fig. 19 zeigt ein Tintenstrahldruckgerät, bei dem die in Fig. 16 dargestellte Antriebssignalerzeugungsschaltung gut anwendbar ist.
Fig. 20 ist eine Schnittansicht, die ein zusätzliches Ausführungsbeispiel des Druckkopfs zeigt, bei dem eine Antriebstechnik der Erfindung angewendet wird.
Fig. 21(a) bis 21(f) zeigen eine Reihe von Wellenformen zur Erklärung eines Steuerverfahrens, das angewendet wird, wenn die in Fig. 16 dargestellte Antriebssignalerzeugungsschaltung zum Antreiben des Druckkopfs verwendet wird.
Fig. 22 ist ein Blockdiagramm, das ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Ansteuern von Druckdaten zeigt.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Tintenstrahldruckkopfs, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Düsenplatte; 7 eine Strö mungspfadbildungsplatte; und 8 eine elastische Platte. Eine Tintenströmungspfadeinheit 11 wird durch dichtes Verschließen beider Seiten der Strömungspfadbildungsplatte 7 durch die Düsenplatte 1 und die elastische Platte 8 gebildet.
Die Tintenströmungspfadeinheit 11 enthält die Druckerzeugungskammern 3, die gemeinsamen Tintenkammern 4 und die Tintenzufuhrpfade 5, welche diese Kammern verbinden. Die Tintenströmungspfadeinheit 11 stößt Tintentröpfchen aus und saugt Tinte an, wenn sich piezoelektrische Vibratoren 9 ausdehnen und zusammenziehen.
Jeder piezoelektrische Vibrator 9 ist ein Vibrator mit Längsvibrationsmodus mit piezoelektrischen und leitenden Elementen, die parallel angeordnet sind und sich in Längsrichtung erstrecken, die abwechselnd geschichtet sind. Die Oberseite des piezoelektrischen Vibrators wird mit der elastischen Platte 8 in Kontakt gebracht, die teilweise die Druckerzeugungskammer 3 begrenzt, während der Boden an einer Basis 10 befestigt ist.
In dem derart konstruierten Tintenstrahldruckkopf wird die Helmholtz-Resonanzfrequenz FH der Druckerzeugungskammer 3 ausgedrückt durch:
FH = 1/2π · {(Mn + Ms)/(Ci + Cv)(Mn · Ms)}
wobei Ci die Fluidnachgiebigkeit der Druckerzeugungskammer 3 ist, die durch das Zusammendrücken der Tinte verursacht wird; Cv die Festkörpernachgiebigkeit der Elemente ist, welche die Druckerzeugungskammer 3 bilden, wie der elastischen Platte 8 und der Düsenplatte 1; Mn die Inertanz des Düsenlochs 2 ist; und Ms die Inertanz des Tintenzufuhrpfades 5 ist.
Die Fluidnachgiebigkeit Ci ist gegeben durch das Verhältnis Ci = V/pc
wobei V das Volumen der Druckerzeugungskammer 3 ist, p die Dichte der Tinte ist; und c die Schallgeschwindigkeit in Tinte ist.
Die Feststoffnachgiebigkeit Cv der Druckerzeugungskammer 3 ist gleich einem statischen Verformungskoeffizienten der Druckerzeugungskammer 3, wenn eine Druckeinheit auf die Druckerzeugungskammer 3 ausgeübt wird.
In einem besonderen Beispiel ist die Helmholtz-Resonanzfrequenz FH einer Druckerzeugungskammer 3, deren Maße 0,5 bis 2 mm in der Länge, 0,1 bis 0,2 mm in der Breite und 0,05 bis 0,3 mm in der Tiefe betragen, 50 kHz bis 200 kHz.
Fig. 2 zeigt eine Antriebsschaltung zum Antreiben des Tintenstrahldruckkopfs. In Fig. 2 enthält eine Steuersignalerzeugungsschaltung 20 Eingangsanschlüsse 21 und 22 und Ausgangsanschlüsse 23, 24 und 25. Die Steuersignalerzeugungsschaltung 20 empfängt an den Eingangsanschlüssen 21 und 22 ein Drucksignal und ein Zeittaktsignal von einer externen Vorrichtung zur Erzeugung von Druckdaten, und gibt ein Schiebetaktsignal, ein Drucksignal und ein Verriegelungssignal an den Ausgangsanschlüssen 23, 24 und 25 aus.
Eine Antriebssignalerzeugungsschaltung 26 empfängt ein Zeittaktsignal von der externen Vorrichtung über den Anschluß 22 und erzeugt Antriebssignale zur Übertragung zu den piezoelektrischen Vibratoren 9.
Eine Gruppe von Flipflops F1 bildet eine Verriegelungsschaltung. Eine weitere Gruppe von Flipflops F2 bildet ein Schieberegister. Die Flipflops F2 erzeugen Drucksignale, die jeweils den piezoelektrischen Vibratoren 9 entsprechen. Die Drucksignale werden jeweils von den Flipflops F1 ver riegelt. Dann werden diese Signale selektiv zu Schalttransistoren 30 durch ODER-Schaltelemente 28 gesteuert.
Fig. 3 zeigt die Steuersignalerzeugungsschaltung 20. In Fig. 3 wird ein Zähler 32 an der Anstiegsflanke eines Zeittaktsignals (Fig. 5(a)), das an dem Anschluß 22 empfangen wird, initialisiert, zählt ein Taktsignal, das von einer Oszillatorschaltung 33 empfangen wird, bis seine Zählung die Zahl der piezoelektrischen Vibratoren 9 erreicht, die an den Ausgangsanschluß 29 der Antriebssignalerzeugungsschaltung 26 angeschlossen sind, gibt ein Übertragssignal im Tiefpegelzustand aus und beendet den Zählvorgang. Das Übertragssignal vom Zähler 31 wird an ein UND-Schaltelement angelegt, das seinerseits das Übertragssignal und ein Taktsignal, das von der Oszillatorschaltung 33 kommt, UND-verknüpft, und das Ergebnis als Schiebetaktsignal an den Anschluß 23 ausgibt.
Ein Speicher 34 empfängt Druckdaten vom Anschluß 21 und speichert diese. Die Druckdaten bestehen aus der Anzahl von Bits, die gleich der Anzahl piezoelektrischer Vibratoren 9 ist. Zusätzlich gibt der Speicher 34 seriell die Druckdaten Bit für Bit an den Anschluß 24 synchron mit einem Signal vom UND-Schaltelement aus.
Drucksignale (Fig. 5(g)), die seriell vom Anschluß 24 ausgegeben werden, werden Wählsignale für die Schalttransistoren 30 im nächsten Druckzyklus. Die Wählsignale werden in den Flipflops F1 des Schieberegisters durch ein Schiebetaktsignal (Fig. 5(h)), das vom Anschluß 23 ausgegeben wird, verriegelt. Ein Verriegelungssignal wird von einer Verriegelungssignalerzeugungsschaltung 35 an der Abfallflanke des Übertragssignals ausgegeben. Das Verriegelungssignal wird ausgegeben, wenn ein auszugebendes Antriebssignal bei einem mittleren Potential VM gehalten wird.
Fig. 4 zeigt die Antriebssignalerzeugungsschaltung 26. Eine Zeitsteuerschaltung 36 enthält drei stabile Kippschaltungen M1, M2 und M3. Impulsbreiten PW1, PW2 und PW3 (Fig. 5(b)-5(d)) werden jeweils in den stabilen Kippschaltungen eingestellt. Die Impulsbreiten werden zur Bestimmung der Summe T1 einer ersten Ladezeit (Tc1) und einer ersten Haltezeit (Th1) (T1 = Tc1 + Th1), der Summe T2 einer Entladezeit (Td) und einer zweiten Haltezeit (Th2) (T2 = Td + Th2) und einer zweiten Ladezeit (tc2) verwendet.
Die Antriebsschaltung 26 enthält ferner einen Transistor Q2 für einen Ladevorgang, einen Transistor Q3 für einen Entladevorgang und einen Transistor Q6 für einen zweiten Ladevorgang. Die Transistoren werden an den Anstiegsflanken und den Abfallflanken der Ausgangsimpulse der stabilen Kippschaltungen M1, M2 und M3 ein- und ausgeschaltet.
Wenn ein Zeittaktsignal von der externen Vorrichtung an dem Anschluß 22 eingegeben wird, erzeugt die stabile Kippschaltung M1 der Zeitsteuerschaltung 36 ein Impulssignal (Fig. 5(b)) mit der Impulsbreite PW1 (Tc1 + Th1), das in der stabilen Kippschaltung M1 im voraus eingestellt wurde. Als Reaktion auf das Impulssignal wird ein Transistor Q1 eingeschaltet, so daß ein Kondensator C, der unter dem mittleren Potential VM in einem Anfangszustand geladen wurde, durch einen Konstantstrom Ic1 geladen wird, der durch den Transistor Q2 und einen Widerstand R1 bestimmt wird. Während des Ladevorgangs erreicht die Spannung über dem Kondensator C eine Spannung VH einer Stromquelle. Zu diesem Zeitpunkt endet der Ladevorgang automatisch, und anschließend wird der Kondensator bis zur Entladung bei dieser Spannung gehalten.
Wenn die Zeit (Tc1 + Th1) = T1, die der Impulsbreite PW1 der stabilen Kippschaltung M1 entspricht, verstrichen ist, wird der Betriebszustand der stabilen Kippschaltung M1 umgekehrt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Transistor Q1 abgeschaltet. Die stabile Kippschaltung M2 erzeugt ein Impuls signal mit einer Impulsbreite PW2 (Fig. 5(b)), das den Transistor Q3 zum Entladen des Kondensators C einschaltet. Der Kondensator wird mit einem konstanten Stromfluß Id entladen, der durch einen Transistor Q4 und einen Widerstand R3 bestimmt wird, und der Entladevorgang wird fortgesetzt, bis die Spannung über dem Kondensator abnimmt, um im wesentlichen gleich der Spannung VL zu sein.
Wenn die Zeit (Td + Th2) = T2, die der Impulsbreite PW2 der stabilen Kippschaltung M2 entspricht, verstrichen ist, wird der Betriebszustand der stabilen Kippschaltung M2 umgekehrt. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die stabile Kippschaltung M3 ein Impulssignal mit einer Impulsbreite PW3 (Fig. 5(d)), das den Transistor Q6 einschaltet. Dann wird der Kondensator wieder mit einem konstanten Stromfluß Ic2 geladen. Die Spannung über dem Kondensator C wird auf das mittlere Potential VM erhöht, das durch eine Zeit (Tc2) bestimmt wird, die der Impulsbreite PW3 der stabilen Kippschaltung M3 entspricht. Wenn die Kondensatorspannung das mittlere Potential VM erreicht, endet der Ladevorgang.
Durch die Lade- und Entladevorgänge schwankt das Antriebssignal, wie in Fig. 5(e) dargestellt, so daß es von dem mittleren Potential VM zu der Spannung VH mit einem unveränderlichen Gradienten ansteigt, die Spannung VH über eine festgesetzte Zeitperiode Th1 hält, und auf die Spannung VL mit einem unveränderlichen Gradienten fällt, die Spannung VL über eine festgesetzte Zeitperiode Th2 hält, und auf das mittlere Potential VM steigt.
Der Ladestrom Ic1, der Entladestrom Id, der Ladestrom Ic2, die Ladezeit Tc1, die Entladezeit Td und die Ladezeit Tc2 sind gegeben durch:
Ic1 = Vbe2/Kr1;
Id = Vbe4/Kr3;
Ic2 = Vbe7/Kr2;
Tc1 = CO · (VM - VM)/Ic1;
Td = CO · (VM - VL)/Id;
Tc2 = CO · (VM - VL)/Ic2;
wobei CO die Kapazität des Kondensators C in der Antriebssignalerzeugungsschaltung 26 ist;
Rr1 der Widerstandswert des Widerstands R1 ist;
Rr2 der Widerstandswert des Widerstands R2 ist;
Rr3 der Widerstandswert des Widerstands R3 ist;
Vbe2 die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q2 ist;
Vbe4 die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q4 ist;
Vbe7 die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q7 ist.
Der piezoelektrische Vibrator 9 mit Längsvibrationsmodus wird als Stellglied zum Ausdehnen/Zusammendrücken der Druckerzeugungskammer 3 verwendet. In dem Druckkopf jener Art, in welcher die Helmholtz-Resonanzfrequenz der Druckerzeugungskammer 3 zum Zwecke des Hochgeschwindigkeitsantriebs erhöht wird, ist eine Dauer der Restvibration des piezoelektrischen Vibrators 9, die dem Ausstoßen des Tintentröpfchens folgt, länger als die Periode TH der Helmholtz-Resonanzfrequenz, wie zuvor beschrieben wurde. Daher wird der Meniskus nachteilig durch die Restvibration des piezoelektrischen Vibrators 9 beeinflußt.
Zur Unterdrückung der Restvibration des piezoelektrischen Vibrators 9 werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Entladezeitkonstante Td, wenn die Ausdehnung des piezoelektrischen Vibrators 9 zum Ausstoßen des Tintentröpfchens erfolgt, und die Ladezeitkonstante Tc2, wenn die Druckerzeugungskammer 3 geringfügig ausgedehnt wird, jeweils so gewählt, daß sie gleich der Periode der natürlichen Vibration des piezoelektrischen Vibrators 9 sind. Ferner werden die Helmholtz-Resonanzfrequenz TH, die Ladezeit konstante Tc1 und die Entladezeitkonstante Td so gewählt, daß sie die folgenden Verhältnisse erfüllen:
0,5Th < Tc1 < 2TH, vorzugsweise Tc1
Td Ta, vorzugsweise Td < TH, und
Tc2 Ta, vorzugsweise Tc2 < TH.
Ferner wird V2/V1 = R2/1 so gewählt, daß es im Bereich von 0,1 bis 0,5 liegt. In dem Verhältnis ist V1 eine Potentialdifferenz zwischen einer Entladespannung, d. h., einer konstanten Spannung, die nach Beendigung des Ladevorgangs eingestellt wird, und eines Potentials, wenn der Entladevorgang beendet wird, und V2 ist eine Potentialdifferenz zwischen einem Potential, wenn der Entladevorgang endet, und dem mittleren Potential VM.
Es wird der Betrieb des Tintenstrahldruckgeräts beschrieben.
Wie zuvor beschrieben, überträgt die Steuersignalerzeugungsschaltung 20 Wählsignale zum Wählen der Schalttransistoren 30 zu den Flipflops F1 in den vorangehenden Druckzyklen, und die Flipflops F1 verriegeln die empfangenen Wählsignale in einer Zeitperiode, in der alle piezoelektrischen Vibratoren 9 auf das mittlere Potential VM geladen werden. Danach wird ein Zeittaktsignal angelegt, das Antriebssignal, das in Fig. 5(e) dargestellt ist, steigt von dem mittleren Potential VM auf die Spannung VH zur Ladung des piezoelektrischen Vibrators. Während des Ladens zieht sich der piezoelektrische Vibrator 9 eine festgelegte Rate zur Ausdehnung der Druckerzeugungskammer 3 zusammen.
Wenn sich die Druckerzeugungskammer 3 ausdehnt, fließt Tinte von der gemeinsamen Tintenkammer 4 durch den Tintenzufuhrpfad 5 zu der Druckerzeugungskammer 3, während gleichzeitig der Meniskus in dem Düsenloch 2 zu der Druckerzeugungskammer 3 gezogen wird. Das Antriebssignal steigt auf die Spannung VH und wird über eine im voraus festge legte Zeitperiode Th1 bei der Spannung VH gehalten, und sinkt dann auf das Potential VL. Wenn das Antriebssignal auf das Potential VL sinkt, wird jeder der piezoelektrischen Vibratoren 9, die geladen und bei dem Potential VH gehalten wurden, durch die zugehörige Diode D entladen, so daß der piezoelektrische Vibrator 9 sich ausdehnt, um die zugehörige Druckerzeugungskammer 3 zusammenzudrücken. Die Druckerzeugungskammer 3 wird zusammengepreßt, und darin enthaltene Tinte wird in Form eines Tintentröpfchens durch das Düsenloch 2 ausgestoßen. Danach beginnt der Meniskus in dem Düsenloch 2 zu vibrieren.
Wenn in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Vibration des Meniskus aufs äußerste zu der Druckerzeugungskammer 3 gezogen wird und ihren Weg zu dem Düsenloch 2 umkehrt, steigt das Antriebssignal wieder von dem Potential VL auf das mittlere Potential VM. Dadurch wird der piezoelektrische Vibrator 9 wieder geladen, und die Druckerzeugungskammer 3 wird geringfügig ausgedehnt. Durch die geringfügige Ausdehnung der Druckerzeugungskammer 3 wird der Meniskus, dessen Bahn zu dem Düsenloch umgekehrt wurde, wieder zu der Druckerzeugungskammer 3 gezogen. Der Meniskus verliert seine kinetische Energie, und seine Vibration wird rasch gedämpft.
Somit ist zur Unterdrückung der Vibration des Meniskus, die nach dem Ausstoßen eines Tintentröpfchens erzeugt wird, wünschenswert, eine Kraft auf die Tinte in der Druckerzeugungskammer 3 in eine Richtung auszuüben, die der Bewegungsrichtung des Meniskus entgegengesetzt ist. Daher ist bevorzugt, die Zeitsteuerung der geringfügigen Ausdehnung der Druckerzeugungskammer 3, die durch ein drittes Signal ((3) in Fig. 7) verursacht wird, zu einem Zeitpunkt (t2 in Fig. 7) einzustellen, zu dem die geringfügige Vibration des Meniskus, die nach dem Ausstoßen der Tinte erzeugt wird, sich zu dem Düsenloch zu bewegen beginnt.
Tinte in der Druckerzeugungskammer 3 beginnt zu vibrieren, wenn ein zweites Signal ((2) in Fig. 7) an den piezoelektrischen Vibrator 9 angelegt und die Druckerzeugungskammer 3 zusammengedrückt wird. Daher wird die Zeitsteuerung zum Anlegen des dritten Signals ((3) in Fig. 7) vorzugsweise so eingestellt, daß Td + th2 TII · n (n ist eine ganze Zahl gleich oder größer 1). Die Unterdrückung der Vibration in der frühestmöglichen Phase, z. B., in einer Phase, in welcher der Meniskus an der Rückseite der Druckerzeugungskammer 3 liegt, ist zur Vermeidung eines Tintennebels durch die Vibration des Meniskus und zur Verringerung einer Zeit bis zum nächsten Ausstoßen von Tinte wirksam. Daher wird die Zeitsteuerung zum Anlegen des dritten Signals (3) vorzugsweise auf einen Zeitpunkt eingestellt, zu dem n = 1, der kleinste Wert.
Eine relative Größe der geringfügigen Ausdehnung der Druckerzeugungskammer 3, ein Verhältnis R2/l der Ladespannung V2 durch das dritte Signal (3) und der Entladespannung V1 zum Ausstoßen des Tintentröpfchens, ist vorzugsweise 0,1 bis 0,5, insbesondere 0,2 bis 0,4.
Wenn das dritte Signal (3) nicht angelegt wird, ist eine Zeitdauer Tr1, die in Fig. 8(a) dargestellt ist, einer freien Vibration des Meniskus, die nach dem Ausstoßen des Tintentröpfchens erzeugt wird, für die Rückkehr in eine Position, die zum Ausstoßen des nächsten Tintentröpfchens geeignet ist (einer Position nahe der Öffnung des Düsenlochs), sehr kurz. In diesem Fall steht der Meniskus weitgehend von der Öffnung des Düsenlochs vor (wie durch die schraffierte Fläche in Fig. 8(a) dargestellt ist). Daher kann es zu einem Tintennebel kommen, der durch die kinetische Energie des Meniskus erzeugt wird.
Wenn die Spannung V2 des dritten Signals (3) geändert wird, so daß sie gleich der Entladespannung V1 ist, wird der Meniskus weitgehend zu der Druckerzeugungskammer 3 gezogen, wie in Fig. 8(f) dargestellt ist. Daher wird die Erzeugung eines Tintennebels vermieden. In diesem Fall ist die Zeitdauer tr6, in welcher die Meniskusvibration die Position für das nächste Tintentröpfohen erreicht, beachtlich lang. Diese Tatsache verlangt das Absenken der Antriebsfrequenz.
Wenn das Verhältnis R2/1 bei etwa 0,1 aufgrund der voranstehenden Ergebnisse eingestellt wird, wird der Meniskus, der im freien Vibrationsmodus vibriert, zu der Druckerzeugungskammer gezogen, wie in Fig. 8(b) dargestellt. Daher wird die kinetische Energie des Meniskus verringert, die Erzeugung eines Tintennebels vermieden, und eine Zeitdauer tr2, in welcher der Meniskus in die Position für das nächste Tintentröpfchen zurückkehrt, wird verkürzt.
Wenn das Verhältnis R2/1 schrittweise auf 0,3, 0,5 und 0,7 erhöht wird, wird die Vibration des Meniskus rasch verringert, wie in Fig. 8 (c), 8 (d) und 8 (e) dargestellt. In diesem Fall wird der Meniskus jedoch weitgehend zu der Druckerzeugungskammer gezogen. Daher wird die Zeitdauer tr3, tr4 und tr5, in welcher der Meniskus zu der Position für das nächste Tintentröpfchen zurückkehrt, verlängert.
Aus dem Vorhergesagten geht hervor, daß, wenn das Spannungsverhältnis R2/1 des Antriebssignals in einem Bereich von 0,1 bis 0,5, vorzugsweise 0,2 bis 0,4, eingestellt wird, ein Hochfrequenzgang von 10 kHz oder mehr erhalten wird. Zusätzlich kann die Tintennebelerzeugung verhindert und die Druckgeschwindigkeit verbessert werden.
Wie bereits angeführt wurde, wird der Meniskus in dem Düsenloch 2 zu der Druckerzeugungskammer mit einer Geschwindigkeit gezogen, die zu einer Ausdehnungsrate der Druckerzeugungskammer 3 proportional ist, und kehrt seinen Weg an der Position um, zu der er im äußersten Fall gezogen wird, und kehrt vibrierend zu dem Düsenloch 2 zurück. Dieses Phänomen ist in Fig. 10(a) und 10(b) dargestellt.
In Fig. 10 (a) und 10(b) ist ein Verhältnis eines Antriebssignals zum Ausdehnen der Druckerzeugungskammer 3 durch Zusammenziehen des piezoelektrischen Vibrators 9 und einem Bewegungsmaß des Meniskus, der zu diesem Zeitpunkt gezogen wird, graphisch dargestellt. In Fig. 10(a) und 10(b) zeigt eine Vollinie eine Bewegung des Meniskus, wenn die Spannung des Antriebssignals von einem mittleren Potential VM1 auf die Spannung VH erhöht wird, und eine strichpunktierte Linie gibt eine Bewegung des Meniskus an, wenn die Antriebssignalspannung von einer Spannung VM2, die höher als die Spannung VM1 ist, auf die Spannung VH erhöht wird.
Wie durch ml und m2 in Fig. 10(b) angegeben ist, ist das Bewegungsmaß des gezogenen Meniskus, nachdem eine im voraus festgelegte Zeitdauer T1 nach dem Beginn der Ausdehnung der Druckerzeugungskammer 3 verstrichen ist, proportional zu einem Ausdehnungsmaß der Druckerzeugungskammer 3. Wenn daher die Druckerzeugungskammer 3 mit einer festgelegten Zeitsteuerung zusammengedrückt wird, befinden sich die Menisken zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird, in Positionen, die durch die Abstände D1 und D2 angegeben sind.
Wenn die Spannung des Antriebssignals von dem mittleren Potential VM1 auf die Spannung VH erhöht wird, liegt zum Zeitpunkt des Ausstoßens des Tintentröpfchens der Meniskus an einer Position, die von dem Düsenloch 2 einen großen Abstand D1 entfernt ist. Daher ist eine Tintenmenge des Tröpfchens klein, so daß ein kleiner Punkt auf einem Druckblatt gebildet wird. Wenn die Spannung des Antriebssignals von dem mittleren Potential VM2 auf die Spannung VH erhöht wird, liegt zum Zeitpunkt des Ausstoßes des Tintentröpfchens der Meniskus an einer Position, die von dem Düsenloch 2 einen geringen Abstand D2 entfernt ist. Daher ist eine Tintenmenge des Tröpfchens groß, so daß ein großer Punkt auf einem Druckblatt gebildet wird. Aus dieser Tatsache geht hervor, daß die Punktgröße durch Ändern des mittleren Potentials des Antriebssignals und somit der Tintenmenge des Tröpfchens eingestellt werden kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das so konstruiert wurde, daß die Größe von Punkten, die auf einem Aufzeichnungsmedium gebildet werden, durch aktive Nutzung des vorangehenden Phänomens eingestellt werden kann, ist in den Fig. 9 (a) - 9 (f) dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet ein Antriebsmittel mit im wesentlichen denselben Funktionen wie jenen, die bereits mit Bezugnahme auf Fig. 2 bis 4 erwähnt wurden. Die stabile Kippschaltung M3 in der Zeitsteuerungsschaltung 36 weist jedoch zusätzlich eine Einstellfunktion zur variablen Einstellung ihrer Zeitkonstante durch ein externes Signal auf, so daß eine Hostvorrichtung die Impulsbreite des Ausgangssignals der Kippschaltung einstellen kann.
Wenn in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Zeittaktsignal empfangen wird, beginnt die Ausdehnung der Druckerzeugungskammer 3. Nach dem Verstreichen einer Zeitdauer T1 nach dem Beginn der Kammerausdehnung wird die Druckerzeugungskammer 3 zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens zusammengedrückt. Ein Ablauf der obengenannten Vorgänge des Ausführungsbeispiels ist wie zuvor beschrieben. Zu einem Zeitpunkt, zu dem die Vibration des Meniskus, die mit dem Ausstoßen des Tintentröpfchens erzeugt wird, ihren Weg zu dem Düsenloch umkehrt, arbeitet die stabile Kippschaltung M3 zur Erhöhung der Spannung des Antriebssignals von der Spannung VL auf das mittlere Potential und zur geringfügigen Ausdehnung der Druckerzeugungskammer 3.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Impulsbreite des Ausgangssignals der stabilen Kippschaltung M3 eingestellt, um die Größe eines Punktes zu bestimmen, der im nächsten Druckzyklus gedruckt werden soll. Die Spannung des mittleren Potentials VM ist zu der Impulsbreite des Ausgangssignals der stabilen Kippschaltung M3 proportional. Daher wird durch die Steuerung der Impulsbreite des Ausgangssignals der stabilen Kippschaltung M3 durch ein Signal von der Hostvorrichtung das mittlere Potential bei der Erzeugung des nächsten Tintentröpfchens, d. h., eine Ladeausgangsspannung des piezoelektrischen Vibrators 9, auf Spannungen VH1 und VH2 eingestellt, und folglich kann die Größe eines Punktes, der auf einem Aufzeichnungsmedium zu drucken ist, nach Wunsch geändert werden.
Fig. 11 zeigt graphisch Änderungen des Gewichts und der Fluggeschwindigkeit eines Tintentröpfchens, wenn das mittlere Potential VM variiert wird, insbesondere ein Verhältnis R2/1 des mittleren Potentials VM zu der Spannung V1 zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens im Bereich von 0,18 bis 0,33 variiert wird. Wie aus der Graphik hervorgeht, ist die Änderung der Fluggeschwindigkeit des Tintentröpfchens äußerst gering; das heißt, die Fluggeschwindigkeit erhöhte sich auf etwa das 1,06-fache im Bereich von 7,5 m/s auf 8,0 m/s. Mit anderen Worten, die Fluggeschwindigkeit weist einen im wesentlichen unveränderlichen Wert auf, unabhängig von dem mittleren Potential VM. Die Änderung der Tintenmenge des Tröpfchens ist jedoch groß. Die Tintenmenge erhöht sich um das 1,2-fache im Bereich von 0,046 auf 0,056.
Das Vorhergesagte zeigt, daß die Größe des auf dem Druckpapier zu druckenden Punktes nach Wunsch gesteuert werden kann, ohne die Zielposition des Tintentröpfchens zu verändern und Tintennebel zu erzeugen, wenn das Verhältnis R2/1 durch Ändern der Impulsbreite PW3 des Ausgangssignals der stabilen Kippschaltung M3 eingestellt wird.
Es wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, das die Zeitsteuerschaltung 36 aktiv nutzt, um die Druckqualität zufriedenstellend zu halten, unabhängig von den Spezifikationen des Druckkopfs und Änderungen der Umgebungstemperatur. Wie zuvor erklärt wurde, vibriert der Meniskus in dem Düsenloch 2, wie in Fig. 7 (a) dargestellt, wenn ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird. Die Frequenz der Vibration des Meniskus wird durch die Frequenz FH der Helmholtz-Resonanz bestimmt. Die Frequenz FH hängt von den Toleranzen in der Herstellung der Druckköpfe und den physikalischen Eigenschaften der Tinte ab.
Selbst wenn die Druckköpfe nach denselben Spezifikationen hergestellt werden, ist aus diesem Grund die Helmholtz-Resonanzfrequenz der Druckköpfe häufig bei jedem Lot anders. Dieses Problem kann durch Anpassung der Impulsbreite des Ausgangssignals des Zeiteinstellmittels, z. B. der stabilen Kippschaltung M2 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, in der Steuereinheit, die in das Druckgerät eingebaut ist, an die Helmholtz-Resonanzfrequenz jedes Druckkopfs gelöst werden.
Insbesondere wenn die Helmholtz-Resonanzfrequenz schwankt, sind Zeitperioden T21, T22 und T23, jeweils von einem Entladeausgangspunkt t1 bis zur Rückkehr des Meniskus zu dem Düsenloch 2, geringfügig unterschiedlich, wie in Fig. 12(a), 12(b) und 12(c) dargestellt ist. Wenn die Zeit in jedem Druckkopf feinreguliert wird, so daß, wenn die Vibration des Meniskus die optimale Position erreicht, der Betriebszustand der stabilen Kippschaltung M2 umgekehrt wird, wird die Druckerzeugungskammer 3 in der nächsten Phase geringfügig ausgedehnt. Daher wird die kinetische Energie der Tinte in der Druckerzeugungskammer 3 angemessen verringert, wodurch die Erzeugung eines Tintennebels verhindert wird.
Mit anderen Worten, die Druckerzeugungskammer kann immer geringfügig zum optimalen Zeitpunkt auf derart einfache Weise ausgedehnt werden, daß ein Zeitpunkt für das Anlegen des dritten Signals für jeden Druckkopf genau durch die Impulsbreite PW2 des Ausgangssignals der stabilen Kippschaltung M2 eingestellt ist. Selbst wenn die Druckköpfe keine gleichförmige Helmholtz-Resonanzfrequenz FH aufweisen, kön nen die Druckköpfe mit derselben Antriebsfrequenz ohne Verschlechterung der Druckqualität angetrieben werden.
Die Maße und der Elastizitätsmodul des Druckkopfs und die physikalischen Eigenschaften von Tinte ändern sich mit der Umgebungstemperatur. Daher hängt die Frequenz FH der Helmholtz-Resonanz auch weitgehend von der Umgebungstemperatur ab.
Es wurden Proben von Druckköpfen aus einer Anzahl hergestellter Druckköpfe entnommen und die Temperaturabhängigkeit der Periode TH der Helmholtz-Resonanzfrequenz jeder Probe untersucht. Wie in Fig. 13 dargestellt, schwankten die Perioden der Helmholtz-Resonanzfrequenzen (diese Periodenwerte sind mit den Zeichen *, Δ, , und X bezeichnet) mit der Temperatur. Es wurde kein Unterschied in der Änderungsrate der Frequenz FH der Helmholtz-Resonanz unter den Druckköpfen festgestellt. Ferner waren Schwankungen der Änderungsraten der Frequenzen FH der Druckköpfe in bezug auf die Temperatur ähnlich.
Wie in Fig. 14 dargestellt, wird die Zeitdauer T2 von einem Augenblick, zu dem der Entladevorgang zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens beginnt, bis zum Anlegen des dritten Signals (Signal (3) in Fig. 7) in Übereinstimmung mit der Umgebungstemperatur eingestellt. Durch Einstellen dieser Zeitdauer kann die Druckerzeugungskammer 3 wieder zu einem Zeitpunkt ausgedehnt werden, zu dem die kinetische Energie des Meniskus, der sich zu dem Düsenloch bewegt, effektiv gedämpft werden kann. Daher kann die Erzeugung eines Tintennebels zuverlässig verhindert werden, unabhängig von der Umgebungstemperatur.
Fig. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das imstande ist, die Zeit des Anlegens des dritten Signals in Übereinstimmung mit der Umgebungstemperatur einzustellen. In dem Ausführungsbeispiel wird ein Signal, das von einem Temperaturerfassungsmittel 38 ausgegeben wird, der stabilen Kippschaltung M2 in der Zeitsteuerschaltung 36 eingegeben, wodurch die Impulsbreite PW2 des Impulssignals gesteuert wird, das von der stabilen Kippschaltung M2 ausgegeben wird.
Das Ausführungsbeispiel ist imstande, den Zeitpunkt des Beginns einer geringfügigen Ausdehnung der Druckerzeugungskammer 3 in Übereinstimmung mit der Umgebungstemperatur als Reaktion auf ein Signal einzustellen, das von dem Temperaturerfassungsmittel 38 ausgegeben wird. Daher wird die kinetische Energie des Meniskus mit Sicherheit gedämpft, unabhängig von einer Schwankung der Umgebungstemperatur, und somit wird ein stabiler Ausstoß des Tintentröpfchens erreicht.
Es ist kein Drucksignal vorhanden, und somit sind die piezoelektrischen Vibratoren 9 an die Schalttransistoren 30 angeschlossen, die sich in einem nichtleitenden Zustand befinden, und die Vibratoren beginnen mit ihrer Entladung, wenn die Spannung des Antriebssignals unter das mittlere Potential VM im Verlauf der Spannungsabnahme des Antriebssignals von der Spannung VH auf das Potential VL fällt. Somit wird die Druckerzeugungskammer 3 geringfügig zusammengedrückt.
Ein Ausgangssignal der stabilen Kippschaltung M3, dessen Signalpegel von einem Inverter 37 umgekehrt wird, aktiviert alle Schalttransistoren 30 durch die ODER-Schaltelemente 28. Folglich dehnen sich die piezoelektrischen Vibratoren 9, die an dem Druckvorgang nicht beteiligt sind, geringfügig aus und drücken die Druckerzeugungskammern 3 in einem solchen Maße zusammen, daß keine Tintentröpfchen ausgestoßen werden. Die geringe Vibration verursacht eine Bewegung der Tinte in einem Bereich nahe dem Düsenloch und der Tinte in der Druckerzeugungskammer, wodurch die Erhöhung der Viskosität der Tinte in dem Düsenloch 2 minimiert und somit die Zeit bis zum Verstopfen des Düsenlochs mit Tinte verlängert wird.
Fig. 16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Antriebssignalerzeugungsschaltung 26. Ein Konstantstromkreis 40 besteht aus Transistoren Q111, Q112 und Q113 und Widerständen R111 bis R117. Der Konstantstromkreis empfängt ein Hochpegelsignal am Eingangsanschluß IN101 und arbeitet abhängig von dem Signal und gibt einen Strom I1 aus, der durch den Widerstandswert r111 des Widerstands R111 und eine Basis-Emitter-Spannung VBE111 des Transistors Q111 bestimmt wird, der gegeben ist durch
I1 = VBE111/r111
Ein Kondensator C101 wird durch den Strom 11 geladen.
Wenn der Kondensator durch den Strom 11 geladen ist, nimmt die Spannung über dem Kondensator C101 mit einem Gradienten zu, der gegeben ist durch
dV/dt = 11/c101
wobei c101 die Kapazität des Kondensators 101 ist.
Ein zweiter Konstantstromkreis 41 besteht aus Transistoren Q121 bis Q123 und Widerständen R121 bis R127. Der zweite Konstantstromkreis 41 empfängt wie der erste Konstantstromkreis 40 ein Eingangssignal an dem Eingangsanschluß 1N102 und führt dem Kondensator C101 einen unveränderlichen Ladestrom zu.
Ein dritter Konstantstromkreis 42 besteht aus Transistoren Q131 und Q132 und Widerständen R131 bis R135. Der dritte Konstantstromkreis 42 ist ein Konstantstromkreis vom Senkentyp, der abhängig von einem Hochpegelsignal arbeitet, das an dem Eingangsanschluß IN103 des Konstantstromkreises empfangen wird. Der Kondensator C101 wird durch den Widerstand R131 entladen. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Entladestrom 13 definiert durch
I3 = VBE131/r131
wobei r131 der Widerstandswert des Widerstands R131 ist; und
VBE131 eine Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q131 ist.
Wenn der Kondensator C101 entladen ist, nimmt die Spannung über dem Kondensator C101 mit einem Gradienten ab, der gegeben ist durch
dv/dt = I3/c101
wobei C101 die Kapazität des Kondensators C101 ist.
Ein vierter Konstantstromkreis 43 besteht aus Transistoren Q141 und Q142 und Widerständen R141 bis R145. Wie der dritte Konstantstromkreis 42 ist der vierte Konstantstromkreis 43 ein Konstantstromkreis vom Senkentyp. Somit wird der Kondensator C101 durch die Ströme der ersten bis vierten Konstantstromkreise geladen und entladen. Eine Spannung über dem Kondensator C191 wird an einen Strompuffer 44 angelegt, der aus Transistoren Q101 bis Q104 besteht, und wird an dessen Ausgangsanschluß OUT101 in Form eines Antriebssignals ausgegeben. Das Antriebssignal wird an die piezoelektrischen Vibration 9 angelegt.
Der Betrieb der derart konstruierten Antriebssignalerzeugungsschaltung wird mit Bezugnahme auf die Fig. 17(a)- 17(f) beschrieben.
In einer Druckvorbereitungsphase des Druckgeräts wird ein Signal, das einen Hochpegel über eine im voraus eingestellte Zeitdauer t1 behält, in den Eingangsanschluß 1N101 eingegeben. Dann führt der Konstantstromkreis 40 den Strom I1 dem Kondensator C101 zu. Durch den Strom I1 wird der Kondensator C101 geladen, und eine Spannung am Ausgangsanschluß OUT101 wird im Laufe der Zeit auf das mittlere Potential VM erhöht, und ein erstes Signal wird ausgegeben. Nach der Zeitdauer t1 sinkt das Signal am Eingangsanschluß IN101 auf einen niederen Pegel, das Laden des Kondensators C101 wird beendet, und anschließend wird die Ausgangsspannung bei dem mittleren Potential VM gehalten.
In diesem Zustand tritt der Betrieb des Geräts in eine Druckphase. Dann wird ein Hochpegelsignal an den Eingangsanschluß IN102 über eine Zeitdauer t2 angelegt, die länger als eine Zeitdauer ist, die für ein Ansteigen der Spannung über dem Kondensator C101 von dem mittleren Potential VM auf die Stromquellenspannung VH erforderlich ist. Daher wird die Spannung des Antriebssignals von dem mittleren Potential VM auf eine Spannung nahe der Stromquellenspannung VH erhöht, und anschließend wird die Spannung nahe der Stromquellenspannung VH gehalten. Dadurch wird die Druckerzeugungskammer 3 um ein Volumen ausgedehnt, das einer Potentialdifferenz zwischen dem mittleren Potential VM und der Stromquellenspannung VH entspricht.
Synchron mit dem Ausstoßen eines Tintentröpfchens wird ein Hochpegelsignal in den Eingangsanschluß IN103 über einen Zeitraum t3 eingegeben, der länger als jener Zeitraum ist, der für ein Absinken der Spannung über dem Kondensator C101 auf etwa 0V erforderlich ist. Daher wird das Antriebssignal auf etwa 0V gesenkt und ein drittes Signal erzeugt.
Danach wird zu einem Zeitpunkt, zu dem die Bewegung des Meniskus, die nach dem Ausstoßen des Tintentröpfchens verursacht wird, beendet ist, das Hochpegelsignal mit der Zeit dauer t1 in den Eingangsanschluß IN101 eingegeben. Dann wird die Spannung des Antriebssignals bis zu dem mittleren Potential VM erhöht und ein drittes Signal erzeugt. Durch das dritte Signal wird die Druckerzeugungskammer 3 geringfügig ausgedehnt und der Meniskus zu der Druckerzeugungskammer gezogen.
Anschließend werden in der Druckphase des Druckgeräts das erste, zweite und dritte Signal mit jedem Drucksignal ausgegeben.
Nach dem Drucken einer Zeile wird ein Hochpegelsignal an den Eingangsanschluß 1N104 über eine Zeitdauer t4 angelegt, die länger als eine Zeitdauer ist, die für ein Sinken der Spannung über dem Kondensator C101 auf OV erforderlich ist. Die Spannung des Antriebssignals fällt auf etwa OV. Da der Spannungsabfall die Druckerzeugungskammer 3 geringfügig zusammenpreßt, ist der vierte Konstantstromkreis 43 so konstruiert, daß er eine derartige Zeitkonstante aufweist, daß keine Tinte ausgestoßen wird. Die Spannung fällt langsam.
Die Fig. 18(a)-18(c) zeigen Zeitsteuerdiagramme eines Druckvorgangs des Tintenstrahldruckgeräts, bei dem die soeben beschriebene Antriebssignalerzeugungsschaltung angewendet wird. In der Druckvorbereitungsphase wird, wie zuvor festgehalten wurde, während der Periode, in welcher die Antriebsspannung von 0V auf das mittlere Potential VM steigt, ein Gesamtausgang-Ein-Signal in einen Hochpegelzustand gebracht, so daß alle der Zweirichtungsschalttransistoren 30' (Fig. 19) eingeschaltet werden. In diesem Zustand wird, unabhängig von Druckdaten, das mittlere Potential VM an alle piezoelektrischen Vibratoren 9 angelegt, um die Vibratoren auf das mittlere Potential VM zu laden.
In der normalen Druckphase, wenn sich das Gesamtausgang- Ein-Signal in einem Ein-Zustand befindet, wird das Antriebssignal an bestimmte piezoelektrische Vibratoren 9 durch die Zweirichtungsschalttransistoren 30' angelegt, die wahlweise durch Druckdaten 1 bis n leitend gemacht wurden, wodurch diese Vibratoren geladen werden. Die piezoelektrischen Vibratoren 9, die nicht gewählt wurden, werden nicht geladen und bleiben bei dem mittleren Potential VM.
Zu Beginn und am Ende einer Druckperiode eines Druckzyklus wird das Gesamtausgang-Ein-Signal zumindest einmal während einer Periode eingeschaltet, in der das Antriebssignal bei dem mittleren Potential VM gehalten wird. Durch Einschalten des Gesamtausgang-Ein-Signals auf diese Weise werden jene piezoelektrischen Vibratoren, die über einen langen Zeitraum nicht angetrieben wurden, was zu einem Absinken von dem mittleren Potential VM aufgrund einer Entladung führt, wieder zur Erhöhung des verringerten mittleren Potentials geladen. Das heißt, jeder piezoelektrische Vibrator wird aufgefrischt.
In einer Druckendphase, wenn die Antriebssignalspannung von dem mittleren Potential VM auf etwa 0V sinkt, steigt das Gesamtausgang-Ein-Signal auf einen Hochpegel. Dadurch wird die Restladung in allen piezoelektrischen Vibratoren 9 vollständig entladen, und die Spannung über jedem piezoelektrischen Vibrator 9 liegt bei 0V, wodurch die Erzeugung feiner Tintentröpfchen verhindert wird, die sich aus einem unerwünschten Ausdehnen und Zusammendrücken des piezoelektrischen Vibrators ergibt, das durch Rauschen verursacht wird.
Die Änderungsraten der Spannungsschwankungen des ersten Signals, das von dem mittleren Potential VM auf die Spannung VH steigt, des zweiten Signals, das von der Spannung VH auf 0V sinkt, und des dritten Signals, das von etwa 0V auf das mittlere Potential VM steigt, können einzeln eingestellt werden. Daher kann das Antriebssignal besser eingestellt werden, so daß es den Eigenschaften der Druckköpfe entspricht. In dem in Fig. 16 dargestellten Ausführungsbei spiel wird auf die Signalerzeugungsschaltung zur Erzeugung der Signale, die in die Eingangsanschlüsse IN101 bis IN104 eingegeben werden sollen, nicht Bezug genommen. Es ist jedoch leicht erkennbar, daß die Signalerzeugungsschaltung mit stabilen Kippschaltern konstruiert werden kann, die kaskadenförmig verbunden sind, wie in Fig. 4 dargestellt ist.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Erfindung bei einem Tintenstrahldruckgerät angewendet, das Tintentröpfchen ausstößt, wenn die Druckerzeugungskammer als Reaktion auf das Laden und Entladen des piezoelektrischen Vibrators ausgedehnt und zusammengedrückt wird. Es ist offensichtlich, daß die Erfindung bei einem Druckkopf angewendet werden kann, der einen piezoelektrischen Vibrator 54, wie in Fig. 20 dargestellt, verwendet. Der piezoelektrische Vibrator 54 besteht aus piezoelektrischen blattartigen Elementen 51 und blattartigen Elektrodenelementen 52 und 53, die abwechselnd in Vibrationsrichtung übereinandergelegt sind, wie in Fig. 20 dargestellt. Der piezoelektrische Vibrator 54 wird beim Laden ausgedehnt und beim Entladen zusammengedrückt.
In diesem Fall werden Signale in die Eingangsanschlüsse IN101 bis IN104 zu den Zeitpunkten eingegeben, die in den Fig. 21(a) bis 21(f) dargestellt sind.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen werden Steuerdaten seriell zu den Schalttransistoren 30 für den Antrieb der piezoelektrischen Vibratoren übertragen. Wenn die Anzahl der piezoelektrischen Vibratoren des Druckkopfs nicht groß ist, kann eine Schaltungsanordnung, wie in Fig. 22 dargestellt, verwendet werden. In der Schaltung werden die Antriebssignale an die piezoelektrischen Vibratoren ausgegeben, indem zum Beispiel Druckdaten und das Gesamtausgang-Ein-Signal den Steuerschaltelementen der Schalttransistoren 30 und dem Seriell-Parallel-Umwandlungsmittel direkt eingegeben werden, so daß das Schieberegister nicht verwendet wird.
In den obengenannten Ausführungsbeispielen werden die Zeitpunkte zur Ausgabe der Signale von den stabilen Kippschaltungen gesteuert. Es ist jedoch offensichtlich, daß jedes andere geeignete Zeitsteuermittel, zum Beispiel ein Mikrocomputer, für denselben Zweck verwendet werden kann.
Wie zuvor beschrieben, enthält die vorliegende Erfindung eine Antriebssignalerzeugungsschaltung zum Erzeugen eines ersten Signals zum Ausdehnen der Druckerzeugungskammern, eines zweiten Signals zum Zusammendrücken der Druckerzeugungskammer, die sich in einem ausgedehnten Zustand befindet, um die Druckerzeugungskammer zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens durch das Düsenloch zu veranlassen, und eines dritten Signals zum Ausdehnen der Druckerzeugungskammer um ein Volumen, das geringer als das Volumen ist, um das sie durch das erste Signal ausgedehnt wurde, wenn die Vibration des Meniskus, die nach dem Ausstoßen eines Tintentröpfchens erzeugt wird, sich zu dem Düsenloch bewegt. Daher wird der Meniskus, der sich zu dem Düsenloch zum Ausstoßen des Tintentröpfchens bewegt, durch das Ausdehnen der Druckerzeugungskammer zurückgezogen, wodurch die Vibration des Meniskus wirksam gedämpft wird. Daher kann verhindert werden, daß ein Tintennebel durch die kinetische Energie des Meniskus erzeugt wird. Der Meniskus zum Ausstoßen des nächsten Tintentröpfchens wird an einer korrekten Position gehalten, so daß der Flug des Tintentröpfchens stabilisiert wird.

Claims

1. Tintenstrahldruckkopf, umfassend:

Druckerzeugungskammern (3), wobei eine jede der Druckerzeugungskammern (3) eine Helmholtz-Resonanzfrequenz der Periode TH aufweist und mit einer gemeinsamen Tintenkammer (4) über einen Tintenzufuhrpfad (5) kommuniziert;

Düsenlöcher (2), die jeweils den Druckerzeugungskammern (3) entsprechen; und

piezoelektrische Vibratoren (9) zum Ausdehnen beziehungsweise Zusammendrücken der einzelnen Druckerzeugungskammern (3); und

ein Antriebssignalerzeugungsmittel (26), das an den piezoelektrischen Vibratoren (9) angeschlossen ist, um ein erstes Signal zu erzeugen, um die Druckerzeugungskammern (3) auszudehnen, und ein zweites Signal zu erzeugen, um die Druckerzeugungskammern (3), die sich in einem ausgedehnten Zustand befinden, zusammenzudrücken, um Tintentröpfchen aus den jeweiligen Düsenlöchern (2) auszustoßen, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssignalerzeugungsmittel (26) ein drittes Signal zur Ausdehnung der Druckerzeugungskammern (3) um ein Volumen erzeugt, welches kleiner ist als ein Volumen, das als Reaktion auf das erste Signal erzeugt wurde, und zu einem Zeitpunkt, an dem sich ein Meniskus, der nach dem Ausstoß der einzelnen Tintentröpfchen erzeugt wird, zu einem zugehörigen Düsenloch (2) hinbewegt.

2. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1, wobei die Amplitude des dritten Signals das 0,1- bis 0,5-fache der Amplitude des zweiten Signals und vorzugsweise das 0,2- bis 0,4-fache der Amplitude des zweiten Signals ist.

3. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Aktivzustandszeitdauer des ersten Signals im wesentlichen gleich der Dauer TH der Helmholtz-Resonanzfrequenz ist.

4. Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Aktivzeitdauer des dritten Signals im wesentlichen gleich der Dauer der natürlichen Vibration der piezoelektrischen Vibratoren (9) ist.

5. Tintenstrahldruckkopf, umfassend:

Düsenlöcher (2), die jeweils den Druckerzeugungskammern (3) entsprechen; und

piezoelektrische Vibratoren (9) zum Ausdehnen beziehungsweise Zusammendrücken der Druckerzeugungskammern (3);

ein Antriebssignalerzeugungsmittel (26), das an den piezoelektrischen Vibratoren (9) angeschlossen ist, um ein erstes Signal zu erzeugen, um die Druckerzeugungskammern (3) für eine Zeit, die im wesentlichen gleich der Periode TH der Helmholtz-Resonanzfrequenz ist, auszudehnen, und ein zweites Signal zu erzeugen, um die Druckerzeugungskammern (3), die sich in einem ausgedehnten Zustand befinden, zusammenzudrücken, um Tintentröpfchen aus den jeweiligen Düsenlöchern (2) nach einer vorherbestimmten Zeit nach der Ausgabe des er sten Signals auszustoßen, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssignalerzeugungsmittel (26) ein drittes Signal zur Ausdehnung der Druckerzeugungskammern (3) um ein Volumen erzeugt, welches kleiner ist als ein Volumen, das als Reaktion auf das erste Signal erzeugt wurde, zu einem Zeitpunkt, an dem sich ein Meniskus, der nach dem Ausstoß der einzelnen Tintentröpfchen erzeugt wird, zu einem zugeordneten Düsenloch (2) hinbewegt; und

ein Mittel zur Einstellung eines Verhältnisses zwischen den Amplituden des ersten Signals und des dritten Signals.

6. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 5, wobei das Verhältnis durch eine Aktivzustandszeitdauer des dritten Signals eingestellt wird.

7. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebssignalerzeugungsmittel (26) umfaßt:

eine Zeitsteuerschaltung (36);

ein Lademittel, das an der Zeitsteuerschaltung (36) angeschlossen ist;

ein Entlademittel, das an der Zeitsteuerschaltung (36) angeschlossen ist;

einen Kondensator, der sowohl am Lademittel als auch am Entlademittel angeschlossen ist; und

einen Ausgangsanschluß (29) zur Ausgabe des ersten Signals, des zweiten Signals und des dritten Signals.

8. Tintenstrahldruckkopf, umfassend:

Düsenlöcher (2), die jeweils den Druckerzeugungskammern (3) entsprechen; und

ein Antriebssignalerzeugungsmittel (26), das an den piezoelektrischen Vibratoren (9) angeschlossen ist, um ein erstes Signal zu erzeugen, um die Druckerzeugungskammern (3) auszudehnen, und ein zweites Signal zu erzeugen, um die Druckerzeugungskammern (3), die sich jeweils in einem ausgedehnten Zustand befinden, zusammenzudrücken, um Tintentröpfchen aus den jeweiligen Düsenlöchern (2) nach einer vorherbestimmten Zeit nach der Ausgabe des ersten Signals auszustoßen, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssignalerzeugungsmittel (26) ein drittes Signal zur Ausdehnung der Druckerzeugungskammern (3) um ein Volumen erzeugt, welches kleiner ist als ein Volumen, das als Reaktion auf das erste Signal erzeugt wurde, zu einem Zeitpunkt, an dem sich ein Meniskus, der nach dem Ausstoß der einzelnen Tintentröpfchen erzeugt wird, zu einem zugehörigen Düsenloch (2) hinbewegt; und

ein Mittel zur Einstellung einer Zeitdauer (36) zwischen der Beendigung der Zufuhr des zweiten Signals und dem Beginn der Zufuhr des dritten Signals.

9. Tintenstrahldruckkopf nach Anspruch 8, wobei die Amplitude des dritten Signals das 0,2- bis 0,4-fache der Amplitude des zweiten Signals ist.

10. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Aktivzustandszeitdauer des dritten Signals kürzer ist als die Dauer TH der Helmholtz-Resonanzfrequenz.

11. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Aktivzustandszeitdauer des dritten Signals im wesentlichen gleich einer Aktivzustandszeitdauer des zweiten Signals ist.

12. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Zeitunterschied von einer Ausgabe des zweiten Signals zu einer Ausgabe des dritten Signals im wesentlichen gleich der Dauer TH der Helmholtz-Resonanzfrequenz ist.

13. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Aktivzustandszeitdauer des zweiten Signals im wesentlichen gleich der Dauer der natürlichen Vibration der piezoelektrischen Vibratoren (9) ist.

14. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Aktivzustandszeitdauer des dritten Signals im wesentlichen gleich der Dauer der natürlichen Vibration der piezoelektrischen Vibratoren (9) ist.

15. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ausgangszeitsteuerung des dritten Signals in Übereinstimmung mit der Umgebungstemperatur gesteuert wird.

16. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Ausgangszeitsteuerung des dritten Signals in Übereinstimmung mit der Umgebungstemperatur gesteuert wird, so daß die Ausgangszeitsteuerung mit einer Zeitsteuerung übereinstimmt, wenn sich die Vibration des Meniskus in jedem einzelnen Düsenloch (2) zu einer Position hinbewegt, die einer zugeordneten Druckerzeugungskammer (3) am nächsten ist.

17. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, weiter umfassend:

ein Steuersignalerzeugungsmittel (20) zur Erzeugung eines Verriegelungssignals, eines Drucksignals und eines Schiebetaktsignals; und/oder

eine Vielzahl an ersten Flipflops (F2), die jeweils den piezoelektrischen Vibratoren (9) entsprechen, die das Schiebetaktsignal und das Drucksignal empfangen, wobei jedes einzelne der Vielzahl an ersten Flipflops (F2) ein Drucksignal ausgibt; und/oder

eine Vielzahl an zweiten Flipflops (F1), die jeweils an die piezoelektrischen Vibratoren (9) gekoppelt sind, wobei ein jedes der zweiten Flipflops (F1) das Drucksignal von einem zugeordneten der ersten Flipflops (F2) empfängt und weiter das Verriegelungssignal empfängt; wobei jedes der zweiten Flipflops (F1) ein Steuersignal ausgibt; und/oder

eine Vielzahl an Schalttransistoren (30), die jeweils das von einem zugeordneten der zweiten Flipflops (F1) ausgegebene Steuersignal empfangen, um die Betätigung der entsprechenden piezoelektrischen Vibratoren (9) zu steuern; und/oder

wobei die ersten Flipflops (F2) ein Schieberegister und die zweiten Flipflops (F1) eine Verriegelungsschaltung bilden, so daß die Drucksignale von den ersten Flipflops (F2) jeweils von den zweiten Flipflops (F1) verriegelt werden.

18. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, weiter umfassend:

eine Vielzahl an ODER-Schaltelementen (28), die mit dem Antriebssignalerzeugungsmittel (26) und den entsprechenden der zweiten Flipflops (F1) verbunden sind, wobei Schalttransistoren (30) wahlweise durch Ausgangssignale von den ODER-Schaltelementen (28) aktiviert werden.

19. Tintenstrahldruckkopf nach einem der Ansprüche 8 bis 18, wobei das Antriebssignalerzeugungsmittel umfaßt:

eine Zeitsteuerschaltung (36);

ein Temperaturerfassungsmittel (38), das an der Zeitsteuerschaltung (36) angeschlossen ist;

ein Lademittel, das an der Zeitsteuerschaltung (36) angeschlossen ist;

ein Entlademittel, das an der Zeitsteuerschaltung (36) angeschlossen ist;

20. Tintenstrahldruckkopf nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Druckkopf in einem Tintenstrahldruckgerät enthalten ist.