DE69603899T2

DE69603899T2 - Antriebsvorrichtung zur Erzeugung eines Strahles von Tintentröpfchen

Info

Publication number: DE69603899T2
Application number: DE69603899T
Authority: DE
Inventors: Toshihisa Saruta
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1995-04-19
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 2000-07-20
Anticipated expiration: 2016-04-19
Also published as: JP3156583B2; EP0738598B1; DE69603899D1; EP0738598A3; EP0738598A2; JPH091798A; US5980015A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckkopf- Antriebsvorrichtung eines Tintenstrahldruckers.
Bei einem Tintenstrahldrucker handelt es sich um einen Punktmatrixdrucker. Bei einem Tintenstrahldrucker werden Tintentröpfchen auf das Aufzeichnungspapier in Übereinstimmung mit binär codierten Bildsignalen derart ausgestoßen, daß ein Zeichen oder eine Abbildung erzeugt wird, wobei die Aufzeichnungspunkte dieselbe Größe aufweisen. Um eine Tintenstrahlabbildung mit unterschiedlicher Gradation, wie beispielsweise ein Bild, zu erzeugen, ist es wesentlich, das Gewicht eines jeden Tintentröpfchens zu verringern und somit die Größe des resultierenden Aufzeichnungspunkts. Wird die Größe des resultierenden Aufzeichnungspunkts nicht vermindert, weist der Bereich des gedruckten Bildes mit geringer Dichte eine erhebliche Körnigkeit auf.
Ein Verfahren zur Reduzierung des Gewichts von Tintentröpfchen ist in der japanischen Patentanmeldung (OPI) Nr. 17589/1980 offenbart. Bei dem in dieser Schrift offenbarten Verfahren wird das Volumen der Druckkammer verändert, d. h., die Kammer wird ausgedehnt und zusammengezogen. Mit anderen Worten wird das Gewicht der Tintentröpfchen dadurch reduziert, daß die Kraft, die zu einem Ausdehnen und Zusammenziehen der Druckkammer führt, vermindert wird. Jedoch muß der eine hohe Dichte aufweisende Bereich der erzeugten Abbildung vollständig mit Tintenpunkten gefüllt sein ohne Zwischenräume zwischen den Tintenpunkten. Wird daher die Größe eines jeden Aufzeichnungspunkts verringert, vermindert sich im selben Maße die Druckgeschwindigkeit (im Vergleich zu dem Fall, bei dem die Aufzeichnungspunkte groß sind).
Es werden nun die Fälle betrachtet, bei denen die Druckauflösungsvermögen 360 dpi und 720 dpi betragen. In diesen Fällen müssen, um die Aufzeichnungsblätter vollständig mit Aufzeichnungspunkten zu füllen, d. h., einen einheitlichen Druck zu erzeugen, die Aufzeichnungspunkte wenigstens 100 um bzw. 50 um betragen. Bei einem Druckauflösungsvermögen von 720 dpi verringert sich die Druckgeschwindigkeit auf etwa ein Viertel (1/4) der Geschwindigkeit, die bei einem Fall mit einem Druckauflösungsvermögen von 360 dpi vorliegt. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist es notwendig, die Tintentröpfchenausstoßfrequenz um einen Faktor von "4" (vierfach) zu erhöhen oder die Anzahl der Tintenstrahldüsen um einen Faktor von "4" zu erhöhen. Jedoch ist es eher schwierig, dies zu realisieren.
Um die vorerwähnten Probleme zu lösen, wurde eine Technik vorgeschlagen, bei dler Tintentröpfchen mit unterschiedlichen Gewichten aus derselben Düse ausgestoßen werden, um eine Abbildung mit unterschiedlicher Gradation zu erzeugen (siehe japanische Patentveröffentlichung Nr. 15735/1992 und US- Patent Nr. 5285215). Bei dieser Technik werden eine Vielzahl von Impulssignalen verwendet, um eine Vielzahl von winzigen Tintentröpfchen zu bilden, und die Anzahl der derart gebildeten winzigen Tintentröpfchen wird geregelt, um ein Tintentröpfchen mit größerem Durchmesser zu erzeugen, das auf das Aufzeichnungspapier aufgebracht wird.
Bei der vorerwähnten Technik werden eine Vielzahl von winzigen Tintentröpfchen miteinander verbunden, um ein Tintentröpfchen mit größerem Durchmesser zu bilden. Dieses Verfahren verringert jedoch die Druckgeschwindigkeit. Da winzige Tintentröpfchen miteinander verbunden werden müssen, bevor sie auf das Aufzeichnungsblatt aufgebracht werden, ist es darüber hinaus unvermeidlich, daß die aufgezeichneten Punkte darüber hinaus über einen Durchmesservariationsbereich klein sind.
Im Stand der Technik offenbart die Schrift JP-A-63182153 eine Tintenstrahlaufzeichnungsvorrichtung, die in der Lage ist, durch Verwendung von Tintentröpfchen mit großem und kleinen Durchmesser eine Aufzeichnung mit vielfacher Gradation durchzuführen. Um die unterschiedlich großen Tröpfchen zu erzeugen, wird die Spannung einer von einer Hochfrequenz- Speisequelle gelieferten Sinuswelle, die verwendet wird, um Tintentröpfchen durch Erregung einer Düse zu erzeugen, von zwei Volumensteuerungen gesteuert. Ein Relais wählt eine der zwei Spannungen aus. Wählt das Relais die erste von der ersten Volumensteuerung gelieferte Erregerspannung, werden Tröpfchen mit großem. Durchmesser erzeugt, während. Tröpfchen mit kleinem Durchmesser erzeugt werden, wenn die zweite von der zweiten Volumensteuerung gelieferte Spannung gewählt wird. Da die Schaltzeit eines Relais langsam ist inn Vergleich zur Hochfrequenzspannungsperiode, werden bei dieser Technik viele Tintentröpfchen einer Größe erzeugt bevor der Betrieb auf die Erzeugung der Tröpfchen mit der anderen Größe umgeschaltet wird.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, die vorerwähnten Probleme zu überwinden. Diese Aufgabe wird mittels der Tintenstrahldruckkopf-Antriebsvorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
Weitere Vorteile, Merkmale, Aspekte und Einzelheiten der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine Antriebsvorrichtung für einen Druckkopf eines Tintenstrahldruckers, bei dem Tintentröpfchen unterschiedlicher Größe aus derselben Düse auf ein Aufzeichnungsmedium, beispielsweise ein Aufzeichnungsblatt, gestoßen werden.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Antriebsvorrichtung für einen Tintenstrahldruckkopf geschaffen, die es ermöglicht, daß Tintentröpfchen, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen, aus derselben Düse ohne Veränderung der Druckgeschwindigkeit ausgestoßen werden.
Die vorerwähnte Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß eine Antriebsvorrichtung für einen Tintenstrahldruckkopf bereitgestellt wird, bei der eine Druckerzeugungskammer mittels eines der Druckerzeugungskammer zugewandten piezoelektrischen Elements ausgedehnt und zusammengezogen wird, um eine Düsenöffnung dazu zu veranlassen, Tintentröpfchen auszustoßen, wobei
ein erstes Antriebssignal zum Ausstoß eines relativ großen Tintentröpfchens aus der Düsenöffnung und ein zweites Antriebssignal nachfolgend auf das erste Antriebssignal zum Ausstoß eines relativ kleinen Tintentröpfchens aus der Düsenöffnung innerhalb einer Druckperiode erzeugt werden; und
in Übereinstimmung mit einem Drucksignal eines der Signale ausgewählt aus dem ersten und dem zweiten Antriebssignal ausgewählt und an das piezoelektrische Element angelegt wird, so daß Tintentröpfchen mit unterschiedlicher Größe innerhalb einer Druckperiode ausgestoßen werden.
Demgemäß wird eine Tintenstrahldruckkopf-Antriebsvorrichtung bereitgestellt, bei der ein piezoelektrisches Element einer Druckerzeugungskammer zugewandt angeordnet ist und die Kammer von dem piezoelektrischen Element ausgedehnt und zusammengezogen wird, um Tintentröpfchen aus einer Düsenöffnung auszustoßen, wobei die Antriebsvorrichtung umfaßt
einen Antriebssignalerzeugungskreis, der innerhalb einer Druckperiode ein erstes Antriebssignal zum Ausstoß eines relativ großen Tintentröpfchens aus der Düsenöffnung und ein zweites Antriebssignal nachfolgend auf das erste Antriebssignal zum Ausstoß eines relativ kleinen Tintentröpfchens aus der Düsenöffnung ausgibt; sowie einen Auswahlkreis, welcher ein Signal ausgewählt aus dem ersten und dem zweiten Antriebssignal auswählt und das so gewählte Antriebssignal an das piezoelektrische Element anlegt.
Mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung wird zunächst ein relativ großes Tintentröpfchen derart ausgestoßen, daß die durch den Ausstoß eines Tintentröpfchens bedingte Oszillation des Meniskus die folgende Druckperiode nicht beeinträchtigt.
Weiterhin ermöglicht es die Antriebsvorrichtung für einen Tintenstrahldruckkopf: gemäß der vorliegenden Erfindung, Tintentröpfchen unterschiedlicher Größe aus derselben Düse auszustoßen, wobei die daraus resultierende Abbildung eine hervorragende Bildqualität und Gradation aufweist und der Druckvorgang mit hoher Geschwindigkeit durchführbar ist. Die Antriebsvorrichtung umfaßt einen Antriebssignalerzeugungskreis, der innerhalb einer Druckperiode ein erstes Atitriebssignal ausgibt" das zum Ausstoß eines relativ großen Tintentröpfchens aus der Düsenöffnung verwendet wird, und ein zweites Antriebssignal nachfolgend auf das erste Antriebssignal, das zum Ausstoß eines relativ kleinen Tintentröpfchens aus derselben Düsenöffnung verwendet wird. In Übereinstimmung mit einem Drucksignal wird ein Signal ausgewählt aus dem ersten und dem zweiten Antriebssignal ausgewählt und an das piezoelektrische Element anlegt. Auf diese Weise werden Tintentröpfchen unterschiedlicher Größe aus derselben Düsenöffnung ausgestoßen.
Die Erfindung erschließt sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen
Fig. 1 eine erläuternde schematische Darstellung ist, welche ein Beispiel des erfindungsgemäßen Tintenstrahldruckkopfs zeigt;
Fig. 2 einen Schaltplan, teilweise als Blockdiagramm ausgeführt, darstellt, welcher die Anordnung eines erfindungsgemäßen Antriebskreis zeigt;
Fig. 3 einen Schaltplan eines Beispiels eines Antriebssignalerzeugungskreises in dem erfindungsgemäßen Antriebskreises darstellt;
Fig. 4 ein Zeitsteuerungsdiagramm zeigt, welches den Betrieb der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung darstellt;
Fig. 5(a) bis 5 (j) schematische Darstellungen sind, die das. Verhalten eines Meniskus bei der Bildung von Tintentröpfchen wiedergeben;
Fig. 6(a) und 6 (b) schematische Darstellungen sind, die die Auswahl der Antriebssignale wiedergeben;
Fig. 7(a) eine graphische Darstellung ist, die die Geschwindigkeiten und Gewichte erster Tintentropfen im Verhältnis zu Antriebszeitintervallen wiedergeben, welche jeweils zwischen dem Anlegen zweiter Antriebssignale und dem Anlegen erster Antriebssignale verstreichen;
Fig. 7(b) eine graphische Darstellung ist, die die Geschwindigkeiten und Gewichte zweiter Tintentropfen im Verhältnis zu Antriebszeitintervallen wiedergeben, welche jeweils zwischen dem. Anlegen erster Antriebssignale und dem Anlegen zweiter Antriebssignale verstreichen; und
Fig. 8 eine graphische Darstellung der Antriebssignale und der Restoszillationen ist.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Tintenstrahldruckkopfs, bei dem das technische Konzept der Erfindung Anwendung findet.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Düsenplatte mit einer Düsenöffnung 2 und das Bezugszeichen 3 eine Fließbahnbildungsplatae. Die Platte 3 umfaßt ein Durchgangsloch, welches eine Druckerzeugungskammer 9 festlegt, Durchgangslöcher oder Nuten, die Tintenzuführlöcher 10 festlegen, sowie ein Durchgangsloch, welches eine gemeinsame Tintenkammer 11 festlegt. Weiterhin bezeichnet in Fig. 1 das Bezugszeichen 4 eine Vibrationsplatte, welche sich elastisch verformt und sich in Anlage mit dem Ende eines piezoelektrischen Elements 6 befindet. Die Düsenplatte 1 und die Vibrationsplatte 4 sind an beiden Seiten der Fließbahnbildungsplatte 3 angeordnet und bilden so eine Basisplatteneinheit 5.
Weiterhin bezeichnet in Fig. 1 das Bezugszeichen 7 einen Basissockel mit einer Kammer 8, in welcher das piezoelektrische Element 6 vibrationsmäßig aufgenommen ist. Das piezoelektrische Element 6 ist mittels einer Befestigungsplatte 13 derart befestigt, daß der Inselbereich 4a der Vibrationsplatte 4 an dem Ende des piezoelektrischen Elements anliegt.
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Antriebskreises zum Antrieb des oben beschriebenen Druckkopfs zeigt.
In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 22 einen Speicher zum vorübergehenden Speichern von Druckdaten; das Bezugszeichen 23 bezeichnet einen Antriebssignalerzeugungskreis zum Erzeugen von Antriebssignalen, um das piezoelektrische Element 6 des vorerwähnten Druckkopfs 27 in Schwingung zu versetzen (auszudehnen und zusammenzuziehen); das Bezugszeichen 27 bezeichnet ein Schieberegister zum Speichern von Druckdaten welche seriell von dem Speicher 22 übertragen werden; und das Bezugszeichen 26 bezeichnet einen Sperrkreis zum sperren aller Druckdaten zur gleichen Zeit, welche in dem Schieberegister 27 gespeichert sind. Der Ausgang des Verriegelungskreises 26 wird an die Steueranschlüsse von Auswahlkreisen, nämlich Transistoren "S" zur Steuerung der Leitfähigkeit dieser Transistoren "S" angelegt. Der Speicher 22, Antriebssignalerzeugungskreis 23, Sperrkreis 26 und das Schieberegister 27 werden von einem Steuerkreis 21 gesteuert. Bei jedem Transistor "S" ist eine Diode "D" zwischen dem Kollektor und dem Emitter verbunden, wie in Fig. 2 gezeigt.
Fig. 3 ist ein Schaltplan, welcher ein Beispiel des Antriebssignalerzeugungskreises 23 zeigt.
In Fig. 3 bezeichnen die Bezugszeichen IN1 und IN3 Eingangsanschlüsse, an denen ein Ladesignal zum Zusammenziehen des piezoelektrischen Elements 6 angelegt wird; die Bezugszeichen IN2 und IN4 bezeichnen Eingangsanschlüsse, an denen ein Entladesignal zum Ausdehnen des piezoelektrischen Elements 6 angelegt wird. Der Steuerkreis 21 legt Impulssignale (die, wie in Fig. 4 gezeigt, Impulsbreiten T1, T2, T3 bzw. T4 aufweisen), an die Eingangsanschlüsse IN1, IN2, IN3 bzw. TN4 an. Die Begriffe "Ladesignal" und "Entladesignal", wie sie hierin verwendet werden, sollen bedeuten, daß es sich um Signale handelt, die zur Ladung und Entladung des piezoelektrischen Elements beitragen, wobei es sich um eine kapazitive Belastung handelt.
Das Impulssignal (T1), das an den Eingangsanschluß IN1 angelegt wird, wird mittels eines Pegelverschiebungstransistors Q1 an einen ersten Konstantstromladekreis 30 angelegt, welcher Transistoren Q2 und Q3 sowie einen Widerstand R1 zum Betrieb des Kreises 30 aufweist. Dadurch wird ein Kondensator C mit einem Konstantstromwert geladen. Auf diese Weise wird die Anschlußspannung des Kondensators C auf eine vorbestimmte Spannung während einer Zeitperiode tl angehoben. Dadurch wird eine Spannung, die im wesentlichen der Anschlußspannung entspricht, über einen Stromverstärkerkreis 34 an einen Ausgangsanschluß OUT angelegt. Nachfolgend wird eine Spannungswellenform, die durch dieses Impulssignal (T1) gebildet wird, als "eine erste Spannungswellenform" bezeichnet.
In ähnlicher Weise wird ein an den Eingangsanschluß IN3 angelegtes Impulssignal (T3) über einen Pegelverschiebungstransistor Q4 an einen zweiten Konstantstromladekreis 31 angelegt, der Transistoren Q5 und Q6 sowie einen Widerstand R2 zum Betrieb des Kreises 31 aufweist. Dadurch wird ein Kondensator C mit einem Konstantstromwert geladen. Auf diese Weise wird die Anschlußspannung des Kondensators C auf eine vorbestimmte Spannung während einer Zeitperiode t4 angehoben. Dadurch wird eine Spannung, die im wesentlichen der Anschlußspannung des Kondensators entspricht, über einen Stromverstärkerkreis 34 an einen Ausgangsanschluß OUT angelegt. Nachfolgend wird eine Spannungswellenform, die durch dieses Impulssignal (T3) gebildet wird, als "eine vierte Spannungswellenform" bezeichnet.
In ähnlicher Weise wird das Impulssignal (T2) an den Eingangsanschluß CN2 zum Betrieb eines ersten Konstantstromentladekreis 32 angelegt, der Transistoren Q7 und Q8 sowie einen Widerstand R3 aufweist, um den Kondensator C mit einem vorbestimmten Strom zu entladen. Auf diese Weise wird die Anschlußspannung des Kondensators C auf eine vorbestimmte Spannung während einer Zeitperiode t3 gesenkt. Dadurch wird eine Spannung, die im wesentlichen der Anschlußspannung des Kondensators C entspricht, über den Stromverstärkerkreis 34 an den Ausgangsanschluß OUT angelegt. Nachfolgend wird eine Spannungswellenform, die durch dieses Impulssignal (T2) gebildet wird, als "eine dritte Spannungswellenform" bezeichnet.
In ähnlicher Weise wird das Impulssignal (T4) an den Eingangsanschluß IN4 zum Betrieb eines zweiten Konstantstromentladekreises 33 angelegt, der Transistoren Q9 und Q10 sowie R4 aufweist, um den Kondensator C mit einem vorbestimmten Strom zu entladen. Auf diese Weise wird die Anschlußspannung des Kondensators C auf eine vorbestimmte Spannung während einer Zeitperiode tG gesenkt. Dadurch wird eine Spannung, die im wesentlichen der Anschlußspannung des Kondensators C entspricht, über den Stromverstärkerkreis 34 an den Ausgangsanschluß OUT angelegt. Nachfolgend wird eine Spannungswellenform, die durch dieses Impulssignal (T4) gebildet wird, als "eine sechste Spannungswellenform" bezeichnet.
Die Impulssignale T2 und T4, welche an den Eingangsanschlüssen IN2 und IN4 angelegt werden, geben Impulse aus, deren Impulsbreite lang genug ist, den Kondensator C zu entladen.
Ein vorbestimmtes Zeitintervall ist zwischen dem Ende der ersten Spannungswellenform und dem Beginn der dritten Spannungswellenform vorgesehen, so daß eine zweite Spannungswellenform erzeugt wird, welche die Spannung auf demselben Pegel hält wie die Spannung am Ende der ersten Spannungswellenform. In ähnlicher Weise ist ein vorbestimmtes Zeitintervall zwischen dem Ende der vierten Spannungswellenform und dem Beginn der sechsten Spannungswellenform vorgesehen, so daß eine fünfte Spannungswellenform erhalten wird, welche die Spannung auf demselben Pegel hält wie die Spannung am Ende der vierten Wellenform.
Die Antriebssignale, die in der oben beschriebenen Wiese an den Ausgangsanschluß OUT angelegt werden, werden einer Mehrzahl von piezoelektrischen Elementen 6 zugeführt.
Der Betrieb des derart ausgebildeten Antriebskreises wird unter Bezugnahme auf die in Fig. 4 gezeigten Wellenformen beschrieben.
Wenn das in Fig. 4 gezeigte Impulssignal an den Anschluß IN1 (Fig. 4 (I)) angelegt wird, wird der Transistor Q1 in einen leitfähigen Zustand (EIN-Zustand) versetzt, so daß der den ersten Konstantstromladekreis 30 bildende Transistor Q3 in einen leitfähigen Zustand versetzt wird (EIN-Zustand) und ein Konstantstrom in den Kondensator C durch den Widerstand R1 fließt. Auf diese Weise wird die Anschlußspannung des Kondensators C mit einem konstanten Spannungsgradienten erhöht. Daher wird eine Spannung, die im wesentlichen der Anschlußspannung des Kondensators C entspricht, an dem Ausgangsanschluß OUT durch den Stromverstärkerkreis 34 bereitgestellt. Aufgrund der Antriebsspannung werden die piezoelektrischen Elemente 6, 6, 6... selektiv auf eine vorbestimmte Spannung mittels der Transistoren S, S, S, ... geladen, welche selektiv in einen leitfähigen Zustand (EIN- Zustand) durch die Drucksignale 25, 25, 25, ... versetzt werden. Dadurch wird jedes piezoelektrische Element S derart zusammengezogen, daß sich die Druckerzeugungskammer 9 ausdehnt und eine vorbestimmte Tintenmenge veranlaßt wird, aus der gemeinsamen Tintenkammer 11 in die Druckerzeugungskammer 9 zu fließen.
Nach Beendigung des an den Anschluß IN1 (Fig. 4 (II)) angelegten Signals, wird der Transistor Q1 in einen nichtleitenden Zustand (AUS-Zustand) versetzt, so daß das Laden des Kondensators C ausgesetzt wird. Danach wird während einer vorbestimmten Zeitperiode ein Impulssignal an den Eingangsanschluß (Fig. 4 (III)) angelegt. Für eine Zeitperiode von (II) bis (III) wird am Ende des Ladens der Spannungswert aufrechterhalten, so daß die piezoelektrischen Elemente 6, 6, ... im zusammengezogenen Zustand verbleiben.
Wird ein Impulssignal, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, an den Anschluß IN2 (Fig. 4 (III)-(IV)) angelegt, wird der Transistor Q8, der den ersten Konstantstromentladekreis 32 bildet, in einen leitfähigen Zustand (EIN-Zustand) versetzt, so daß der Kondensator C mit einer vorbestimmten Stromrate entladen wird und sich dementsprechend die Anschlußspannung des Kondensators C mit einem vorbestimmten Spannungsgradienten verringert. Dadurch werden nur die piezoelektrischen Elemente 6, welche zum Ausstoß von Tintentröpfchen geladen wurden, mit einem vorbestimmten Spannungsgradienten durch die Dioden D entladen und die piezoelektrischen Elemente 6 werden dementsprechend ausgedehnt.
Da die piezoelektrischen Elemente 6 auf diese Weise ausgedehnt werden, zieht sich die Druckerzeugungskammer 9 mit einer der Ausdehnung des piezoelektrischen Elements 6 entsprechenden Geschwindigkeit zusammen, so daß ein positiver Druck in der Druckerzeugungskammer 9 erzeugt wird, wodurch ein erstes Tintentröpfchen aus der Düsenöffnung 2 ausgestoßen wird.
Während einer vorbestimmten Zeitperiode wird ein Impulssignal mit einer Impulsbreite T3 (siehe Fig. 4) an dem Anschluß IN3 (Fig. 4 (V)) angelegt. Dadurch wird der Transistor Q4 in einen leitfähigen Zustand (EIN-Zustand) versetzt, so daß der den zweiten Konstantstromladekreis 31 bildende Transistor Q6 angeschaltet wird, wodurch ein vorbestimmter Strom im Kondensator C durch den Widerstand R2 fließt. In dieser Beziehung werden die Pulsbreiten T1, T3 und die Widerstände R1 und R2 derart eingestellt, daß sie die folgenden Beziehung erfüllen:
T1/R1 > T3/R2 und R1 < R2.
Daher wird eine vierte Spannungswellenform erzeugt, die einen geringeren Gradienten als die erste Spannungswellenform aufweist und dessen Maximalspannung zum Zeitpunkt Fig. 4 (VI) geringer ist als die Maximalspannung zum Zeitpunkt Fig. 4 (II). Mit der vierten Spannungswellenform werden nur die piezoelektrischen Elemente 6 auf vorbestimmte Spannungen geladen, die selektiv in einen leitfähigen Zustand durch die Drucksignale 25 versetzt worden sind. Dadurch werden die piezoelektrischen Elemente zusammengezogen, so daß die Druckerzeugungskammer 9 ausgedehnt wird, und eine vorbestimmte Tintenmenge wird veranlaßt, aus der gemeinsamen Tintenkammer 11 in die Druckerzeugungskammer 9 zu fließen.
Nach Beendigung des Anlegens des Pulssignals an den Anschluß IN3 (Fig. 4 (VI)), wird der Transistor Q4 in einen nichtleitfähigen Zustand (AUS-Zustand) versetzt und daher das Laden des Kondensators C ausgesetzt. Danach wird während einer vorbestimmten Zeitperiode ein Impulssignal an den Eingangsanschluß IN4 (Fig. 4 (VII)) angelegt. Während einer Zeitperiode von (VI) bis (VII) wird ein Spannungswert aufrechterhalten, welcher geringer ist als der am Ende des vorausgegangenen Ladevorgangs (Fig. 4 (II)) bereitgestellte Spannungswert. Die Zeitperiode von (VI) bis (VII) ist kürzer als die Zeitperiode von (II) bis (III).
Nach dem Anlegen eines Impulssignals (in Fig. 4 gezeigt) an den Anschluß IN4, wird der den zweiten Konstantstromentladekreis 33 bildende Transistor Q10 in einen nichtleitfähigen Zustand versetzt, und der Kondensator C wird für eine Zeitperiode τ6 entladen; das bedeutet, daß die Anschlußspannung des Kondensators C mit einem vorbestimmten Spannungsgradienten verringert wird. Dadurch werden nur die piezoelektrischen Elemente 6, die zum Ausstoß eines zweiten Tintentröpfchens, das kleiner ist als das erste Tintentröpfchen, geladen worden sind, mit einem vorbestimmten Spannungsgradienten durch die Dioden D entladen. Auf diese Weise werden die piezoelektrischen Elemente mit einer der Entladung entsprechenden Geschwindigkeit ausgedehnt.
Die Druckerzeugungskammer 9 zieht sich mit einer der Ausdehnung der piezeoelektrischen Elemente 6 entsprechenden Geschwindigkeit zusammen, und es wird ein positiver Druck in der Kammer 9 erzeugt, so daß das zweite Tintentröpfchen kleiner ist als das esrste Tintentröpfchen.
Fig. 5 zeigt, wie Tintentröpfchen aus der Düsenöffnung ausgestoßen werden. Insbesondere zeigen die Abschnitte (a) bis (e) der Fig. 5 das Ausstoßen des ersten Tintentröpfchens, und Abschnitte (f) bis (j) der Fig. 5 zeigen das Ausstoßen des zweiten Tintentröpfchens. Weiterhin entspricht Abschnitt (a) der Fig. 5 dem Zeitpunkt (I) in Fig. 4; Abschnitt (b) entspricht dem Zeitpunkt (II) in Fig. 4; Abschnitt (c) entspricht dem Zeitpunkt (III) in Fig. 4; Abschnitt (d) entspricht dem Zeitpunkt (IV) in Fig. 4; Abschnitt (f) entspricht dem Zeitpunkt (V) in Fig. 4; Abschnitt (g) entspricht dem Zeitpunkt (VI) in Fig. 4; Abschnitt (h) entspricht dem Zeitpunkt (VII) in Fig. 4; und Abschnitt (i) entspricht dem Zeitpunkt (VIII) in Fig. 4.
Das erste Antriebssignal ist bezüglich des maximalen Spannungswerts hoch, und daher wird die Druckerzeugungskammer auf ein großes Volumen ausgedehnt, wodurch die Tintenmenge, die von der gemeinsamen Tintenkammer 11 in die Druckerzeugungskammer 9 fließt, groß ist (Abschnitt (b) von Fig. 5). Die Zeitperiode zur Bildung der zweiten Spannungswellenform ist lang, so daß, nachdem sich der Meniskus 40 im ausreichenden Maß wieder gebildet hat (Abschnitt (c) von Fig. 4), der positive Druck erzeugt wird. Dadurch kann ein großes Tintentröpfchen gebildet werden (Abschnitte (d) und (e) von Fig. 5).
Andererseits ist das zweite Antriebssignal bezüglich des maximalen Spannungswerts niedrig, und, obwohl sich die Druckerzeugungskammer ausdehnt, ist daher die Tintenmenge, die aus der gemeinsamen Tintenkammer in die Druckerzeugungskammer 9 fließt, gering (Abschnitt (g) von Fig. 5). Darüber hinaus ist die fünfte Spannungswellenformperiode kurz. Daher wird bei zurückgezogenem Meniskus 40 (Abschnitt (h) von Fig. 5) die Druckerzeugungskammer 9 zusammengezogen, um einen positiven Druck zu erzeugen. Es können so kleine Tintentröpfchen gebildet werden (Abschnitte (i) und (j) von Fig. 5).
Die Zeitperiode, die zwischen dem Zeitpunkt, bei dem der Meniskus 40 zurückgezogen ist, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem er sich wieder gebildet hat, verstreicht, hängt von der tinteninhärenten Periode ab (Helmholtz-Frequenz). Daher sollte die Zeitdauer, in der das zweite Antriebssignal aufrechterhalten wird, länger sein als die Zeitperiode, welche notwendig ist, um den Meniskus wiederherzustellen, und sollte mindestens etwa das 0,9-fache der Helmholtz-Frequenz betragen. Darüber hinaus sollte die Zeitdauer, in der das fünfte Antriebssignal aufrechterhalten wird höchstens das 0,4-fache der Helmholtz-Frequenz betragen. Am bevorzugtesten beträgt die Zeitdauer, in der das fünfte Antriebssignal aufrechterhalten wird, null (0) Sekunden. Aufgrund einer Transistorschaltverzögerung können jedoch die in Fig. 3 gezeigten Transistoren Q12 und Q14 gleichzeitig in einen leitfähigen Zustand versetzt werden, wodurch Strom durch die Transistoren dringen und diese beschädigen kann. Daher sollte die Zeitdauer, in der das fünfte Antriebssignal aufrechterhalten wird, auf einen Wert eingestellt sein, bei der keine Stromdurchdringung der Transistoren erfolgt.
Die Ausführungsform wurde derart beschrieben, daß die folgenden Bedingungen erfüllt sind:
(Aufrechterhaltungszeit der zweiten Spannungswellenform) > Aufrechterhaltungszeit der fünften Spannungswellenform), und
(Spannungswert der zweiten Spannungswellenform) > (Spannungswert der fünften Spannungswellenform)
Es sollte jedoch beachtet werden, daß jede der vorerwähnten Bedingungen separat eingesetzt werden kann, um das Gewicht eines Tintentröpfchens zu reduzieren. Das heißt, wenn zumindest eine der Bedingungen erfüllt ist, kann derselbe Effekt erreicht werden. Drüber hinaus kann durch langsames Einziehen des Meniskus das Gewicht des Tintentröpfchens vermindert werden. Mit anderen Worten, nachdem sich der Meniskus eingezogen hat, verringert sich die Massenkraft der Tinte in Richtung der Düsenöffnung 2 von den Tintenzufuhrlöchern 10 aus - je geringer die Massenkraft der Tinte, desto geringer das Gewicht eines von der Düse ausgestoßenen Tintentröpfchens. Daher kann derselbe Effekt erzielt werden, wenn die Bedingung (τ1 < τ4) erfüllt ist. Durch Verbindung dieser Bedingung mit den oben genannten zwei Bedingungen wird darüber hinaus die resultierende Antriebsvorrichtung bezüglich ihrer Betriebs- und Leistungsfähigkeit erheblich verbessert.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist das Gewicht des ersten Tintentröpfchens auf den Wert eingestellt, mit dem das Aufzeichnungsblatt in seiner Gänze bedruckt werden kann, wobei zwischen den Tintentröpfchen keine Zwischenräume verbleiben. Bei einer Druckauflösungsleistung von 720 dpi beispielsweise ist der Aufzeichnungspunktdurchmesser des ersten Tintentröpfchens unter Berücksichtigung der Tröpfchenanschlaggenauigkeit auf etwa 70 um eingestellt.
Es wird nun ein Verfahren zur Auswahl des ersten Antriebssignals oder des zweiten Antriebssignals beschrieben.
Druckdaten werden seriell von dem Speicher 22 an das Schieberegister 27 übertragen. Bei diesem Vorgang werden die Druckdaten, nachdem sie in eine erste Datenreihe zur Auswahl des ersten Antriebssignals und in eine zweite Datenreihe zur Auswahl des zweiten Antriebssignals getrennt worden sind, synchron mit einem Übertragungstaktsignal übertragen, wobei die zeitliche Steuerung in Fig. 4 gezeigt ist. Das heißt, die Druckdaten zur Auswahl des ersten Antriebssignals werden an das Schieberegister 27 übertragen während der Periode, in welcher das vorhergehende zweite Antriebssignal erzeugt wird, und die Druckdaten zur Auswahl des zweiten Antriebssignals werden an das Schieberegister während der Periode übertragen, in welcher das vorhergehende erste Antriebssignal erzeugt wird. Synchron zum ersten oder zweiten Antriebssignal werden die in dem Schieberegister 27 gespeicherten Daten in dem Sperrkreis 26 mittels eines Sperrsignals gespeichert, und Drucksignale 25 werden an die Steueranschlüsse des Transistors S übertragen.
Die Druckdaten werden derart übertragen, daß das erste und das zweite Antriebssignal nicht gleichzeitig während einer Antriebsperiode gewählt werden. Bezüglich der an das piezoelektrische Element 6 angelegten Antriebssignale gibt es daher drei Fälle: Im ersten Fall wird das erste Antriebssignal an das piezoelektrische Element 6 angelegt; im zweiten Fall wird das zweite Antriebssignal daran angelegt; und im dritten Fall wird weder das erste noch das zweite Antriebssignal daran angelegt.
Es sei angenommen, daß eine Periode oder Zeitdauer, die ab Erzeugung eines ersten Antriebssignals bis zur Erzeugung des nächsten ersten Antriebssignals durch Df0 dargestellt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Periode Df0 auf einen Wert eingestellt, mit dem das erste Tintentröpfchen, welches ein hohes Gewicht aufweist, dauerhaft und höchst schnell vorgetrieben werden kann; das heißt, das sie auf die maximale Antriebsperiode des Druckkopfs eingestellt ist.
Andererseits ist erfindungsgemäß während einer Antriebsperiode die Zeitsteuerung derart, daß zwei Tintentröpfchen mit unterschiedlicher Größe ausgestoßen werden. Daher ist, wie in Abschnitten (a) und (b) von Fig. 6 gezeigt, die Antriebsperiode in manchen Fällen nicht Df0. In dem Fall, wie er in Abschnitt (a) von Fig. 6 dargestellt ist, wird nach dem Anlegen des zweiten Antriebssignals das erste Antriebssignal angelegt und die Antriebsperiode Df12 ist daher kürzer als Df0. Andererseits wird in dem Fall, wie er in Abschnitt (b) von Fig. 6 dargestellt ist, nach dem Anlegen des ersten Antriebssignals das zweite Antriebsignal angelegt, und die Antriebsperiode Df21 ist daher länger als Df0.
Bei dem Fall der Ausstoßzeitsteuerung, wie er in Abschnitt (a) von Fig. 6 dargestellt ist, wird die maximale Antriebsperiode Df0 überschritten. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch die Tintenausstoßcharakateristik dadurch aus den folgenden Gründen nicht beeinträchtigt:
Fig. 7(a) ist eine graphische Darstellung, die Geschwindigkeiten und Gewichte erster Tintentropfen während Antriebszeitintervallen wiedergibt, welche jeweils zwischen dem Anlegen der zweiten Antriebssignale bis zum Anlegen der ersten Antriebssignale verstreichen. Fig. 7(b) ist eine graphische Darstellung, welche Geschwindigkeiten und Gewichte zweiter Tintentropfen während Antriebszeitintervallen wiedergibt, die jeweils zwischen dem Anlegen der ersten Antriebssignale bis zum Anlegen der zweiten Antriebssignale verstreichen. Selbst wenn, wie aus Abschnitt (a) und Abschnitt (b) der Fig. 7 ersichtlich ist, die Antriebsperiode kürzer als Df0 ist, wie in dem Fall, bei dem das erste Antriebssignal nach dem zweiten Antriebssignal angelegt wird, bleibt die Charakteristik unverändert erhalten. Dies liegt darin begründet, daß die Zeit, die notwendig ist, um die Restoszillation des Meniskus nach dem Ausstoß der Tinte zu eliminieren, variabel ist.
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, die die Restoszillation des Meniskus wiedergibt. Insbesondere zeigt Fig. 8, daß nach denn Anlegen des ersten Antriebssignals die Restoszillation für eine relativ lange Zeitdauer anhält, da das ausgestoßene Tintentröpfchen relativ schwer ist, und daß nach dem Anlegen des zweiten Antriebssignals die Restoszillation schnell eliminiert wird, da das ausgestoßene Tintentröpfchen relativ leicht ist. Mit anderen Worten, werden erste Antriebssignale kontinuierlich an das piezoelektrische Element 6 angelegt, ist es unmöglich die Antriebsperiode kürzer als Df0 zu machen. Ist jedoch das Gewicht des unmittelbar vorher ausgestoßenen Tintentröpfchens geringer als das des ersten Tintentröpfchens, wird die Restoszillation schnell eliminiert, und es ist daher möglich, die Antriebsperiode vorübergehend kürzer als Df0 zu machen.
Es ist daher möglich, wie in Abschnitt (a) von Fig. 6 gezeigt, die Zeitdauer, welche zwischen dem Anlegen des zweiten Antriebssignals an das piezoelektrische Element 6 und dem Anlegen des ersten Antriebssignals an das piezoelektrische Element 6 verstreicht, zu verkürzen. Daher erhöht sich mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung die Druckgeschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen. Weiterhin ist, wie in Abschnitt (b) von Fig. 6 gezeigt, die Zeitdauer, welche zwischen dem Zeitpunkt des Anlegens des ersten Antriebssignals an das piezoelektrische Element 6 und dem Anlegen des zweiten Antriebssignals daran verstreicht, ausreichend lang, was es ermöglicht, kleine Tintentröpfchen in stabiler Weise auszustoßen.
Bei der beschriebenen Ausführungsform werden zwei Arten von Tintentröpfchen von unterschiedlicher Größe ausgestoßen; jedoch ist die Erfindung nicht dadurch oder darauf beschränkt. Das heißt, daß das technische Konzept der Erfindung auch auf Fälle anwendbar ist, bei dem mehr als zwei Tintentröpfchengrößen ausgestoßen werden. In dem Fall werden eine Mehrzahl von Antriebssignalen sukzessiv erzeugt, um Tintentröpfchen in einem Druckzyklus beginnend mit dem größten Tintentröpfchen, auszustoßen, und eines der derart erzeugten Antriebssignale wird an das piezoelektrische Element 6 angelegt.
Konkrete Werte der verschiedenen Elemente in den oben beschriebenen Ausführungsformen waren wie folgt:
Tinteninhärente Frequenz: 8 us
Anstiegszeit τ1 der ersten Spannungswellenform: 14 us Zweite Spannungswellenform: 8 us
Abfallzeit τ3 der dritten Spannungswellenform: 7 us Maximaler Spannungswert des ersten Antriebssignals: 40 V
Anstiegszeit τ4 der vierten Spannungswellenform: 10 us Fünfte Spannungswellenform: 2 us
Abfallzeit τ6 der sechsten Spannungswellenform: 7 us Maximaler Spannungswert des zweiten Antriebssignals: 22 V
Unter den oben beschriebenen Bedingungen betrug die Größe des ersten Tintentröpfchens 0,027 ug, die Größe des zweiten Tintentröpfchens betrug 0,009 ug, der mit dem ersten Tintentröpfchen aufgezeichnete Punkt wies eine Größe von 70 um und der mit dem zweiten Tintentröpfchen aufgezeichnete Punkt wies eine Größe von 40 um auf.
Wie oben beschrieben, wird mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach dem Anlegen des erstes Antriebssignals zum Ausstoß eines relativ großen Tintentröpfchens das zweite Antriebssignal zum Ausstoß eines relativ kleinen Tintentröpfchens angelegt, und eines der Antriebssignal ausgewählt aus dem ersten und dem zweiten Antriebssignal wird in Übereinstimmung mit einem Dichtesignal gewählt. Daher können Tintentröpfchen mit unterschiedlicher Größe aus derselben Düse ohne Änderung der Antriebsfrequenz ausgestoßen werden. Mit einem Druckkopf, welcher die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung aufweist, kann daher eine Abbildung mit ausgezeichneter Bildqualität und Gradation mit hoher Geschwindigkeit gedruckt werden.

Claims

1. Tintenstrahldruckkopf-Antriebsvorrichtung mit einem piezoelektrischen Element (6) und einer Druckerzeugungskammer (9), welche durch das piezoelektrische Element (6) ausdehnbar und zusammenziehbar ist, um Tintentröpfchen aus einer Düsenöffnung (2) auszustoßen, wobei die Antriebsvorrichtung folgendes umfaßt:

einen Antriebssignalerzeugungskreis (23) zum Ausgeben eines ersten Antriebssignals innerhalb einer Druckperiode zum Ausstoß eines relativ großen Tintentröpfchens aus der Düsenöffnung (2:) und eines zweiten Antriebssignals nachfolgend auf das erste Drucksignal zum Ausstoß eines relativ kleinen Tintentröpfchens aus der Düsenöffnung (2); und

einen Auswahlkreis zum Auswählen eines der Signale ausgewählt aus dem ersten und dem zweiten Antriebssignal und Anlegen des so gewählten Antriebssignals an das piezoelektrische Element (6).

2. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das erste Antriebssignal folgendes umfaßt:

eine erste Spannungswellenform zum Ausdehnen der Druckerzeugungskammer,

eine zweite Spannungswellenform zum Aufrecherhalten der Druckerzeugungskammer in einem ausgedehnten Zustand, und

eine dritte Spannungswellenform zum Zusammenziehen der Druckerzeugungskammer, und/oder wobei

das zweite Antriebssignal folgendes umfaßt:

eine vierte Spannungswellenform zum Ausdehnen der Druckerzeugungskammer;

eine fünfte Spannungswellenform zum Aufrecherhalten der Druckerzeugungskammer in einem ausgedehnten Zustand; und

eine sechste Spannungswellenform zum Zusammenziehen der Druckerzeugungskammer.

3. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der eine Zeit des Anlegens der ersten Spannungswellenform kürzer als eine Zeit des Anlegens der vierten Spannungswellenform ist.

4. Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der eine Zeit des Anlegens der zweiten Spannungswellenform länger als eine Zeit des Anlegens der fünften Spannungswellenform ist.

5. Antriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der die zweite Spannungswellenform eine höhere Spannung als die fünfte Spannungswellenform aufweist.

6. Antriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der eine Periode, über welche die zweite Spannungswellenform aufrechterhalten ist, mindestens etwa das 0,9fache einer Helmholtz-Frequenz von durch den Druckkopf ausgestoßener Tinte beträgt.

7. Antriebsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der eine Periode, über welche die fünfte Spannungswellenform aufrechterhalten ist, nicht mehr als etwa das 0,4fache einer Helmholtz-Freguenz von durch den Druckkopf ausgestoßener Tinte beträgt.