DE69801015T2

DE69801015T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Antreiben eines Tintenstrahldruckkopfes

Info

Publication number: DE69801015T2
Application number: DE69801015T
Authority: DE
Inventors: Tomohiro Sayama; Shuji Yonekubo
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-03-12
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2002-03-21
Anticipated expiration: 2018-03-13
Also published as: EP0864425B1; US6074033A; JP3552449B2; EP0864425A1; JPH10250061A; DE69801015D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Antreiben eines Tintenstrahlaufzeichnungsgerätes, das mit einem Aufzeichnungskopf ausgestattet ist, der Zeichen oder Graphiken aufzeichnet, indem er Tinte durch die Verwendung eines piezoelektrischen Elements mit Druck beaufschlagt und ausstößt.
In Tintenstrahldruckköpfen wird Tinte verwendet. Für den einwandfreien Betrieb von Tintenstrahldruckköpfen ist es wichtig, dass die Tinte beständige physikalische Eigenschaften aufweist. Auf Grund verschiedener äußerer Faktoren ist es jedoch nicht immer möglich, dass die physikalischen Eigenschaften der Tinte identisch sind. Ein solcher äußerer Faktor, der die physikalischen Eigenschaften von Tintenstrahltinte beeinflusst, ist die Umgebungstemperatur.
Insbesondere beeinflusst die Umgebungstemperatur des Druckkopfes die Viskosität und die Oberflächenspannung der Tintenstrahltinte. Das heißt, je geringer die Umgebungstemperatur, desto viskoser wird die Tinte. Je höher die Umgebungstemperatur, desto weniger viskos wird die Tinte.
Anders gesagt, Tintenstrahltinte hat einige physikalische Eigenschaften, die temperaturabhängig sind. Die temperaturabhängigen physikalischen Eigenschaften von Tintenstrahltinte führen zu einer Veränderung in den Ausstoßeigenschaften eines Tintentröpfchens (wie der Ausstoßgeschwindigkeit oder des Tröpfchengewichts), wodurch die Druckqualität nachteilig beeinflusst wird.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Antreiben eines Tintenstrahldruckkopfes ist in der Internationalen Patentanmeldung (IPA) WO 95/16568 offenbart, für welche die internationale Veröffentlichung erwirkt wurde. Gemäß dieser IPA wird ein piezoelektrisches Element bei einer Zwischenantriebsspannung auf die Minimalantriebsspannung entladen, wodurch Tinte in eine Druckkammer gesaugt wird. Mit anderen Worten, eine Druckerzeugungskammer wird ausgedehnt, die Tinte von einem Tintenreservoir in die Druckerzeugungskammer zieht. Unmittelbar nach dem Ansaug/Ausdehnungsvorgang wird das piezoelektrische Element auf die Maximalspannung geladen, wodurch Tinte ausgestoßen wird. Mit anderen Worten, die Druckerzeugungskammer wird zusammengezogen, wodurch ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird. Unmittelbar nach dem Ausstoßen der Tinte wird das piezoelektrische Element wieder auf die Zwischenantriebsspannung zurück entladen. Das heißt, in dem grundliegenden Antriebsverfahren der obengenannten IPA wird die Druckerzeugungskammer zuerst ausgedehnt und zieht Tinte in die Druckerzeugungskammer, und dann wird die Druckerzeugungskammer zusammengezogen, wodurch ein Tintentröpfchen aus der Kammer ausgestoßen wird.
Das grundlegende Antriebsverfahren gemäß der obengenannten IPA stellt ein gutes Beispiel für die negativen Wirkungen dar, die Temperatur auf die Druckqualität haben kann. Dieses grundlegende Antriebsverfahren berücksichtigt die Temperatur nicht. Wenn das Antriebsverfahren der obengenannten IPA in dem gesamten Bereich wahrscheinlicher Umgebungstemperaturen verwendet wird, und insbesondere für Antriebsfrequenzen bei oder über 20 KHz, treten Probleme auf. Solche Probleme werden sofort festgestellt, aber zunächst ist es wichtig festzuhalten, dass die Antriebsfrequenz eines Tintenstrahldruckkopfes im Allgemeinen als die Häufigkeit des Ausstoßens oder Ausspritzen von Tintentröpfchen pro Zeiteinheit zu verstehen ist. Es ist auch wichtig festzuhalten, dass das Ausstoßen eines Tintentröpfchens ein Vorgang ist, in dem Restvibrationen auftreten, und dass sich bei Frequenzen von 20 KHz oder mehr der Einfluss der Restvibration eines Tintenmeniskus manifestiert.
Nun werden die Probleme, die in dem Antriebsverfahren gemäß der obengenannten IPA auftreten, aufgezeigt. Wenn die Umgebungstemperatur abnimmt, steigt, wie bereits erwähnt wurde, die Viskosität der Tinte. Mit anderen Worten, die Tinte wird dicker. Die Tintenmenge, die während der Ausdehnung der Kammer in die Druckerzeugungskammer gezogen wird, nimmt somit im Verhältnis zu dem Anstieg in der Tintenviskosität ab. Zusätzlich bewirkt die höhere Tintenviskosität, dass der Meniskus der Tinte nach dem Ausstoßvorgang mit einer langsameren Geschwindigkeit zu einer Ausgabeöffnung zurückkehrt. Dies bedeutet, dass das nächste Tintentröpfchen ausgestoßen wird, wenn der Meniskus noch nicht in die ideale Position bei höherer Umgebungstemperatur zurückgekehrt ist. Mit anderen Worten, da die Tinte bei geringerer Temperatur viskoser ist, könnte der Tintenmeniskus nicht rechtzeitig in die richtige Position für das Ausstoßen des nächsten Tintentröpfchens zurückkehren; der Meniskus könnte zu tief in der Druckerzeugungskammer sein. Diese falsche Positionierung des Meniskus bewirkt eine entsprechende Verringerung der ausgestoßenen Tintenmenge und darüber hinaus könnte das ausgestoßene Tröpfchen eine lineare Form anstelle der gewünschten körnigen Form aufweisen. Insgesamt erzeugen die obengenannten Faktoren gemeinsam eine deutliche Abnahme in der gesamten ausgestoßenen Tintenmenge. Diese Verringerung der gesamten ausgestoßenen Tintenmenge führt zu einer unvermeidlichen Verschlechterung der Bildqualität.
Ein Verfahren zur Vermeidung der nachteiligen Wirkungen der temperaturabhängigen physikalischen Eigenschaften der Tintenstrahltinte hat dafür zu sorgen, dass die Tinte immer nahe einer bestimmten Temperatur ist. Das Dokument JP-A-5- 220947 ist ein Beispiel für diese Methode. Insbesondere offenbart dieses Dokument, dass, wenn die Umgebungstemperatur nieder ist, die Tinte auf eine Temperatur nahe der Raumtemperatur erwärmt wird, bevor sie ausgestoßen wird. Diese Technik ist nicht ausschließlich von Vorteil. Obwohl die Temperaturabhängigkeit der physikalischen Eigenschaften verbessert ist, ist es notwendig, eine Tintenheizvorrichtung bereitzustellen. Das Hinzufügen einer Tintenheizvorrichtung erhöht die Herstellungskosten des Druckkopfes.
Ferner offenbart das Dokument EP-A-0738602 nach dem Stand der Technik ein Verfahren zum Antreiben eines Tintenstrahldruckkopfes zum Ausstoßen von Tintentröpfchen aus Düsenöffnungen durch Anlegen einer Antriebsspannung an eine Druckerzeugungskammer, wobei die Druckerzeugungskammer mit einer Tintenkammer und mit den Düsenöffnungen in Verbindung steht. Dieses Tintenstrahldruckkopf-Antriebsverfahren umfasst folgende Schritte: einen ersten Schritt, um eine Antriebsspannung zur Kontraktion der Druckerzeugungskammer anzulegen, einen zweiten Schritt, um die Antriebsspannung nach dem ersten Schritt im Wesentlichen aufrecht zu erhalten, und einen dritten Schritt, um die Druckerzeugungskammer nach dem zweiten Schritt auszudehnen, wobei ein Zeitablauf der Ausführung des dritten Schrittes zur Kontrolle von Restvibrationen der Druckerzeugungskammer in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur der Tinte variiert wird, und der Zeitablauf der Ausführung des dritten Schritts variiert wird, um die Restvibrationen im Wesentlichen nicht zu ändern, und zwar selbst wenn die Umgebungstemperatur sinkt.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Antreiben eines Tintenstrahldruckkopfes bereitzustellen, in dem die temperaturabhängigen physikalischen Eigenschaften einer Tintenstrahltinte ausgeglichen sind. Es ist ferner eine Aufgabe dieser Erfindung, ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung bereitzustellen, dass der Bedarf an einer Tintenheizvorrichtung entfällt, wodurch ein wirtschaftlicherer Druckkopf erhalten wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren zum Antreiben eines Tintenstrahldruckkopfes, wie in Anspruch 1 spezifiziert, und eine Tintenstrahldruckkopf- Antriebsvorrichtung, wie in Anspruch 2 spezifiziert, bereit. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den untergeordneten Ansprüchen beschrieben.
Im Allgemeinen sorgt die Erfindung dafür, dass bei höheren Umgebungstemperaturen die Restvibration einer piezoelektrischen Vibrationsplatte durch ein Antriebssignal gedämpft wird, um das unerwünschte Ausstoßen von Tintentröpfchen zu vermeiden, aber bei geringeren Umgebungstemperaturen die Restvibration einer piezoelektrischen Vibrationsplatte durch ein Antriebssignal verstärkt wird, so dass die Tintenzieh- oder Saugwirkung der Druckerzeugungskammer verstärkt wird. Die dämpfende Wirkung wird durch die zeitliche Steuerung des Antriebssignals erreicht, so dass dieses einem Teil des natürlichen Restvibrationszyklus der piezoelektrischen Platte entgegengesetzt ist, und die verstärkende Wirkung wird durch die zeitliche Steuerung des Antriebssignals erreicht, so dass dieses synchron mit einem Teil des natürlichen Restvibrationszyklus auftritt.
Zur Lösung der obengenannten Probleme stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Antreiben eines Tintenstrahldruckkopfes bereit, der eine Druckerzeugungskammer enthält, die mit einer Tintenkammer in Verbindung steht, die sich die Druckerzeugungskammer und eine Ausgabeöffnung teilen; sowie Druckerzeugungsmittel, wobei durch die Kombination von gegebenenfalls drei Verfahren, nämlich dem Verfahren zur Aufrechterhaltung einer Antriebsspannung, dem Verfahren zum Wiederaufladen, und dem Verfahren zum Entladen, das Druckerzeugungsmittel bewirkt, dass sich die Druckerzeugungskammer ausdehnt oder zusammenzieht, wodurch Tinte angesaugt oder ein Tintentröpfchen aus der Ausgabeöffnung ausgestoßen wird. Insbesondere umfasst in der Vorrichtung und in dem Verfahren zum Antreiben eines Tintenstrahldruckkopfes zum Ausstoßen von Tintentröpfchen aus Düsenöffnungen durch Anlegen einer Antriebsspannung an eine Druckerzeugungskammer, wobei die Druckerzeugungskammer in Verbindung mit der Tintenkammer und mit den Düsenöffnungen steht, das Tintenstrahldruckkopf-Antriebsverfahren folgende Schritte: einen ersten Schritt, um eine Antriebsspannung zur Kontraktion der Druckerzeugungskammer anzulegen; einen zweiten Schritt, um die Antriebsspannung nach dem ersten Schritt im Wesentlichen aufrecht zu erhalten; und einen dritten Schritt, um die Druckerzeugungskammer nach dem zweiten Schritt auszudehnen; wobei ein Zeitablauf der Ausführung des dritten Schrittes zur Kontrolle von Restvibrationen der Druckerzeugungskammer in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur der Tinte variiert wird.
Wenn in einem Versuch, ein Tintentröpfchen durch die Einengung der Druckkammer durch Wiederaufladen (oder Entladen) des Druckerzeugungsmittels auszustoßen, nach dem Verstreichen der Wiederauflade- (oder Entlade-) Zeitperiode das Druckerzeugungsmittel mit einem Schritt zur Aufrechterhaltung einer Antriebsspannung fortfährt, während es noch im letzten Teil der Wiederauflade- (oder Entlade-) Zeitperiode bleibt, wird eine piezoelektrische Vibrationsplatte, die als Druckerzeugungsmittel dient, der Restvibration ausgesetzt, die durch den Zyklus der Eigenschwingung T der piezoelektrischen Vibrationsplatte definiert ist. Durch Ändern der Zeitsteuerung unmittelbar bevor die Antriebsspannung gehalten wird, wenn das Druckerzeugungsmittel nach dem Verstreichen der Zeitperiode, in welcher die Antriebsspannung aufrechterhalten wird, entladen (oder wieder aufgeladen) wird, kann es jedoch möglich sein, eine Restvibration zu verhindern, die sich in der piezoelektrischen Vibrationsplatte entwickelt, oder die Restvibration zu verstärken. Wenn die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte verhindert wird, kann schließlich ein unerwünschtes Ausstoßen von Tinte (d. h., ein Satellitenphänomen) verhindert werden. Dies ist ein Verfahren zum Einstellen der Antriebswellenform, insbesondere wenn die Viskosität der Tinte bei der hohen Umgebungstemperatur abnimmt. Wenn im Gegensatz dazu in einem Fall, in dem die Umgebungstemperatur nieder ist, das heißt, die Viskosität der Tinte erhöht ist, die Zeitperiode so eingestellt wird, dass ein Auftreten der Restvibration in der piezoelektrischen Vibrationsplatte nicht verhindert wird, kann der Meniskus auf Grund einer Pumpwirkung, die durch die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte herbeigeführt wird, bei höherer Geschwindigkeit zu der Ausgabeöffnung zurückkehren. Dadurch wird es möglich, den Meniskus bei im Wesentlichen derselben Geschwindigkeit zu der Ausgabeöffnung zurückzustellen, wie jener, mit welcher der Meniskus bei hoher Umgebungstemperatur zurückkehrt. Solange die Zeitsteuerung, bei welcher ein Auftreten der Restvibration in der piezoelektrischen Vibrationsplatte verhindert wird, und die Zeitsteuerung, bei welcher ein Auftreten der Restvibration nicht verhindert wird, in Übereinstimmung mit der Umgebungstemperatur geändert werden, wird es möglich, ein Hochfrequenz-Antriebsverfahren auszuführen, das der Viskosität der Tinte entspricht.
Weitere Aufgaben, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen hervor, von welchen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht ist, die einen Tintenstrahlaufzeichnungskopf gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 2 ein Blockdiagramm ist, das ein Verfahren zum Senden eines Antriebswellensignals zum Antreiben des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes zeigt, das in der vorliegenden Erfindung angewandt wird.
Fig. 3 eine Kurve ist, die den Betrieb des Tintenstrahlaufzeichnungskopfes zeigt, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 4 eine Tabelle ist, die eine Liste von Antriebswellenformdaten zeigt, die in dem Ausführungsbeispiel eingestellt sind.
Fig. 5 eine Kurve ist, die das Verhältnis zwischen einer Antriebsfrequenz und der auszustoßenden Tintenmenge bei der niederen Umgebungstemperatur zeigt.
Fig. 6 Kurve ist, die das Verhältnis zwischen einer Antriebsfrequenz und der auszustoßenden Tintenmenge bei der hohen Umgebungstemperatur zeigt.
Fig. 7 eine Kurve ist, die das Verhalten der Restvibration einer piezoelektrischen Vibrationsplatte bei einer Umgebungstemperatur von 40ºC unmittelbar nach dem Wiederaufladen der Vibrationsplatte in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt.
Fig. 8 eine Kurve ist, die das Verhalten der Restvibration einer piezoelektrischen Vibrationsplatte bei einer Umgebungstemperatur von 15ºC unmittelbar nach dem Wiederaufladen der Vibrationsplatte in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt.
Fig. 9 eine Kurve ist, die das Verhalten der Dämpfungsschwingung eines Düsenmeniskus in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt.
Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich, dass das beschriebene Ausführungsbeispiel nur der Erklärung dient, und dass die Erfindung in den dargelegten Konzepten liegt.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes, der für die vorliegende Erfindung verwendet wird. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Antriebseinheit mit einer Vibrationsplatte 2, z. B. aus Zirkondioxid, die zu einer dünnen Platte geformt ist. Es ist offensichtlich, dass ein Tintenstrahlaufzeichnungskopf (auch als Tintenstrahldruckkopf bezeichnet) viele Druckerzeugungskammern und Düsen enthält, von welchen aber nur jeweils eine in Fig. 1 dargestellt ist.
Eine piezoelektrische Vibrationsplatte 3 ist aus PZT gebildet und an der Oberfläche der Vibrationsplatte 2 befestigt, so dass sie der Druckerzeugungskammer 4 gegenüberliegt, die später beschrieben wird.
Das Bezugszeichen 5 bezeichnet ein Abstandsstück, das z. B. aus einer keramischen Platte, wie Zirkondioxid (ZrO&sub2;), mit einer Dicke gebildet ist, die für die Bildung der Druckerzeugungskammer geeignet ist, z. B. mit einer Dicke von 100 um. Verbindungsöffnungen, deren Form dem Profil der Druckerzeugungskammern 4 entspricht, sind in bestimmten Abständen in dem Abstandsstück 5 ausgebildet.
Das Bezugszeichen 6 bezeichnet ein Substrat zum Verschließen der Seite der Druckerzeugungskammer 4, die der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 gegenüberliegt. Eine Verbindungsöffnung 8 ist in der Nähe eines Endes der Druckerzeugungskammer 4 ausgebildet, um die Druckerzeugungskammer 4 mit der Ausgabeöffnung oder Düse 7 zu verbinden. Eine Verbindungsöffnung 11 ist in der Nähe des anderen Endes jeder Druckerzeugungskammer 4 ausgebildet, welche die Druckerzeugungskammer 4 mit einer Tintenkammer 10 verbindet (die auch als gemeinsame Kammer bezeichnet wird). Die Verbindungsöffnung 11 dient auch als Kanalbegrenzungsöffnung und weist im Wesentlichen denselben Kanalwiderstand wie die Düsenöffnung 7 auf.
Die drei Elemente 1, 5 und 6 sind zu einer Einheit zusammengefügt. Diese Einheit ist an einer Einheitsbefestigungsplatte 12 durch Klebstoff befestigt. Eine Verbindungsöffnung 13 ist in der Einheitsbefestigungsplatte 12 zur Verbindung der Verbindungsöffnung 11 mit der gemeinsamen Tintenkammer 10 ausgebildet. Des Weiteren ist eine Verbindungsöffnung 14 in der Einheitsbefestigungsplatte 12 so ausgebildet, dass sie der Verbindungsöffnung 8 gegenüberliegt und diese Verbindungsöffnung 8 mit der Ausgabeöffnung 7 verbindet.
Das Bezugszeichen 15 bezeichnet einen wärmeschmelzbaren Film, der die Platte 12 mit einer gemeinsamen Tintenkammerkonstruktionsplatte 16 verbindet. Ein Fenster 17 entspricht der gemeinsamen Tintenkammer 10, und eine Verbindungsöffnung 18 verbindet die Ausgabeöffnung 7 mit der Druckerzeugungskammer 4; das Fenster 14 und die Öffnung 18 sind in dem wärmeschmelzbaren Film 15 ausgebildet.
Die gemeinsame Tintenkammerkonstruktionsplatte 16 ist aus korrosionsbeständigem Plattenmaterial, wie rostfreiem Stahl, in einer Dicke gebildet, die für die Bildung der gemeinsamen Tintenkammer 10 geeignet ist, z. B. in einer Dicke von 120 um. Verbindungsöffnungen, die jeweils dem Profil der gemeinsamen Tintenkammer 10 entsprechen, und eine Verbindungsöffnung 9, welche die Druckkammer 4 mit der Ausgabeöffnung 7 verbindet, sind in der gemeinsamen Tintenkammerkonstruktionsplatte 16 ausgebildet.
Das Bezugszeichen 30 bezeichnet eine Düsenplatte. Die Ausgabeöffnung 7 ist in der Düsenplatte 30 derart ausgebildet, dass sich die Ausgabeöffnung 7 in der Nähe eines Endes der Druckerzeugungskammer 4 befindet. Die Düsenplatte 30 ist an der gemeinsamen Tintenkammerkonstruktionsplatte 16 durch einen wärmeschmelzbaren Film 20 derart befestigt, dass die Ausgabeöffnung 7 mit der Druckerzeugungskammer 4 durch die Verbindungsöffnungen 8, 14, 18, 9 und 19 in Verbindung steht.
Mit einfachen Worten kann behauptet werden, dass es einen Tintenversorgungspfad zwischen der Tintenkammer 10 und der Druckerzeugungskammer 4 gibt, wobei der Tintenversorgungspfad die Öffnungen 17, 13 und 11 enthält. Ebenso kann behauptet werden, dass die Verbindungsöffnungen 8, 14, 18, 9 und 19 einen Tintenauslasspfad von der Druckerzeugungskammer 4 zu der Düsenöffnung 7 bilden. Anders gesagt, der Tintenversorgungspfad und die Kammer können gemeinsam als Mittel zur Zuleitung von Tinte zu der Druckerzeugungskammer 4 bezeichnet werden. Ebenso können der Tintenversorgungspfad und die Düse gemeinsam als Mittel zur Ausgabe eines von der Druckerzeugungskammer 4 ausgestoßenen Tintentröpfchens bezeichnet werden. Für einen Fachmann auf diesem Gebiet ist jedoch offensichtlich, dass der in Fig. 1 dargestellte Druckkopf nur eine Konstruktionsform repräsentiert. Es ist möglich, auf bestimmte Schichten zu verzichten, oder zwei zu einer zu vereinen. Es ist auch möglich, eine Konstruktion bereitzustellen, in welcher die Düse näher oder unmittelbar neben der Druckerzeugungskammer liegt.
In dem Tintenstrahlaufzeichnungskopf mit der in Fig. 1 dargestellten Form wird ein Antriebssignal verwendet, welches die Kompression und Ausdehnung in der Druckerzeugungskammer 4 hervorruft. Das Antriebssignal wird als Spannung an die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 angelegt. Wenn das Antriebssignal zunimmt, steigt die Spannung, die an die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 angelegt wird. Wenn die Spannung, die an die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 angelegt wird, steigt, wird die Vibrationsplatte 2 zu der Druckerzeugungskammer 4 verformt, wodurch die Druckerzeugungskammer 4 eingeengt oder komprimiert wird. Unter der Annahme, dass die Vibrationsplatte 2 in einer nicht verformten Position beginnt, bewirkt das Anlegen eines steigenden Antriebssignals, dass die Kammer 4 eingeengt oder komprimiert wird. Infolge dieser Einengung wird ein Teil der Tinte in der Druckerzeugungskammer 4 durch den Tintenauslasspfad und zu der Düse 7 verschoben. Diese Bewegung der Tinte führt zu einem Ausstoßen oder Ausspritzen eines Tintentröpfchens aus der Düse oder Ausgabeöffnung 7.
Wenn das Antriebssignal abnimmt, sinkt die Spannung, die an die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 angelegt wird. Wenn die Spannung, die an die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 angelegt wird, sinkt, wird die Vibrationsplatte 2 von der Druckerzeugungskammer 4 weg verformt, wodurch die Druckerzeugungskammer 4 ausgedehnt wird. Unter der Annahme, dass die Vibrationsplatte 2 soeben derart verformt wurde, dass ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird, bewirkt das Anlegen eines abnehmenden Antriebssignals nun, dass sich die Kammer 4 in ihre ursprüngliche, nicht komprimierte Größe ausdehnt. Im Verlauf einer solchen Ausdehnung der Druckerzeugungskammer 4 fließt eine Tintenmenge, die der Tintenmenge entspricht, die ausgestoßen wurde, von der gemeinsamen Tintenkammer 10 über den Tintenversorgungspfad (der die Kanalbegrenzungsöffnung 11 enthält) in die Druckerzeugungskammer 4.
Die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 ist als ein Mittel zum Erzeugen von Druck in der Druckerzeugungskammer 4, oder auch als Druckerzeugungsmittel, anzusehen.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Senden eines Antriebsimpulssignals zu dem obengenannten Aufzeichnungskopf, die als Mittel zum Antreiben des Druckerzeugungsmittels, oder einfacher, als Antriebsmittel, bezeichnet werden kann. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 21 einen Impulsgenerator. Dieser Impulsgenerator umfasst einen ROM- Chip und ermöglicht die Erzeugung einer gewünschten Antriebswellenform aus Wellenformdaten, die zuvor in den ROM-Chip gebrannt wurden. Die Antriebswellenformdaten werden zuvor auf der Basis von Daten bereitgestellt, die zum Beispiel angeben, wie die Zeitsteuerung der Antriebswellenform in Übereinstimmung mit einer Änderung der Umgebungstemperatur geändert wird. Ein Thermistor 23 ist in der Nähe des Impulsgenerators 21 vorgesehen und ist derart eingestellt, dass Umgebungstemperaturdaten konstant zu dem Impulsgenerator 21 übertragen werden.
Auf der Basis der Daten, die durch die Antriebswellenformdaten 22 dargestellt werden, und der Daten, die durch den Thermistor 23 dargestellt werden, sendet der Impulsgenerator 21 ein digitales Impulssignal zu einem Digital/Analog- Wandler 24, wo die Daten, welche die Antriebswellenform betreffen, die von dem Impulsgenerator 21 übertragen wurden, in analoge Daten umgewandelt werden können.
Das Impulssignal, das von dem Digital/Analog-Wandler 24 in ein analoges Datensignal umgewandelt wird, wird auf die Spannung und den Strom verstärkt, die durch einen Leistungsverstärker 25 spezifiziert sind. Das derart verstärkte Impulssignal wird in Form einer Antriebsimpulswellenform zu der Antriebseinheit übertragen, die in Fig. 1 mit 1 bezeichnet ist.
Fig. 3 ist eine Kurve einer Antriebswellenform, die den Betrieb des obengenannten Aufzeichnungskopfes auf der Basis der in Fig. 2 dargestellten Antriebswellenformdaten 22 zeigt. Obwohl in der folgenden Beschreibung erwähnt wird, dass die Antriebswellenformdaten verschiedene Zeitperioden "enthalten", ist offensichtlich, dass damit gemeint ist, dass das Antriebssignal bei bestimmten Pegeln für bestimmte Zeitperioden erzeugt wird. In Fig. 3 zeigen die Antriebswellenformdaten 22 vor einer Zeitperiode (t5) ein Antriebssignal, das die piezoelektrische Vibrationsplatte in einem Bereitschaftszustand hält. In diesem Bereitschaftszustand wird eine Zwischenantriebsspannung an die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 angelegt (d. h., bis zu dem Moment unmittelbar vor der Zeitperiode (t5)). Bei dieser Zwischenantriebsspannung wird die Druckerzeugungskammer weder ausgedehnt noch kontrahiert. In der Zeitperiode t5 nimmt das Antriebssignal ab. Insbesondere sinkt die Spannung, die an die piezoelektrische Vibrationsplatte angelegt wird, von der Zwischenantriebsspannung auf eine Minimalantriebsspannung. Anders gesagt, die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 wird während t5 entladen. Wie zuvor erwähnt, verursacht diese Spannungsabnahme eine Ausdehnung der Druckerzeugungskammer 4.
Die Antriebswellenform in Fig. 3 enthält ferner eine Zeitperiode t6. Das Antriebssignal ist während dieser Zeitperiode konstant, und während t6 wird die obengenannte Minimalantriebsspannung in Bezug auf die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 aufrecht erhalten. Das heißt, die Druckerzeugungskammer wird während t6 in einem ausgedehnten Zustand gehalten.
Die Antriebswellenform von Fig. 3 umfasst ferner eine Zeitperiode t1. Während t1 wird das Antriebssignal verstärkt. Insbesondere nimmt die Spannung, die an die piezoelektrische Vibrationsplatte angelegt wird, von der Minimalantriebsspannung zu Beginn von t1, auf eine Endantriebsspannung am Ende von t1 zu. Das Antriebssignal wird während t1 stärker, und die Spannung, die an die piezoelektrische Vibrationsplatte angelegt wird, steigt ebenfalls während t1. Anders gesagt, die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 wird während t1 wieder aufgeladen, und die Endantriebsspannung kann ebenso als Endwiederaufladungsspannung bezeichnet werden. Wie zuvor erwähnt, bewirkt diese Zunahme der Spannung die Einengung der Druckerzeugungskammer 4, die zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens aus der Düse 7 führt.
Die Antriebswellenform von Fig. 3 umfasst ferner eine Zeitperiode t2. Das Antriebssignal bleibt während t2 konstant, und während t2 wird die obengenannte Endwiederaufladungsspannung in Bezug auf die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 aufrecht erhalten. Das heißt, die Druckerzeugungskammer 4 wird während t2 in einem kontrahierten Zustand gehalten. Anders gesagt, es kann behauptet werden, dass die Größe der Druckerzeugungskammer im Wesentlichen konstant gehalten wird. Der Begriff "im Wesentlichen" wird verwendet, da die obengenannten Vibrationen eine gewisse Wirkung auf die Größe der Druckerzeugungskammer haben.
Die Antriebswellenform von Fig. 3 umfasst ferner eine Zeitperiode t3. Während t3 wird das Antriebssignal geringer. Insbesondere nimmt die Spannung, die an die piezoelektrische Vibrationsplatte angelegt wird, von der Endwiederaufladungsspannung zu Beginn von t3 auf die Zwischenantriebsspannung am Ende von t3 ab. Das Antriebssignal nimmt während t3 ab und die Spannung, die an die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 angelegt wird, nimmt während t3 ebenso ab. Anders gesagt, die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 wird während t3 in den Bereitschaftszustand entladen, in dem die Druckerzeugungskammer 4 weder ausgedehnt noch kontrahiert ist.
Die Antriebswellenform von Fig. 3 umfasst ferner eine Zeitperiode t4. Während t4 bleibt das Antriebssignal konstant und die obengenannte Zwischenspannung wird in Bezug auf die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 aufrecht erhalten. Das heißt, die Druckerzeugungskammer wird während t4 im Bereitschaftszustand gehalten.
Es kann festgestellt werden, dass zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens notwendig ist, die Druckerzeugungskammer zusammenzupressen. Die Größe der Druckerzeugungskammer unmittelbar nach dem Ausstoß des Tintentröpfchens kann als ihre komprimierte Größe bezeichnet werden. Nach dem Ausstoß des Tintentröpfchens muss die Druckerzeugungskammer aus ihrer komprimierten Größe ausgedehnt werden, so dass die Tinte in der Druckerzeugungskammer nachgefüllt werden kann. In dem obengenannten beispielhaften Ausführungsbeispiel erfolgt diese Kontraktion und Ausdehnung während der Perioden t1, t2 und t3. Das heißt, während t1 wird die Druckerzeugungskammer in ihre komprimierte Größe gebracht und während t3 wird die Druckerzeugungskammer aus ihrer komprimierten Größe ausgedehnt, um die Tinte in der Druckerzeugungskammer nachzufüllen. Dieses Zusammenziehen und Wiederauffüllen erfolgt mit dem Ausstoß jedes Tröpfchens und kann als Tintenausstoßzyklus bezeichnet werden. Somit ist in dem obengenannten Ausführungsbeispiel der Tintenausstoßzyklus die Summe der Perioden t1, t2 und t3.
In dem obengenannten beispielhaften Ausführungsbeispiel ist der Zyklus der Eigenschwingung T der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 8 us. Dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf einen Eigenschwingungszyklus T von 8 us näher beschrieben.
Fig. 4 ist eine Liste von Daten, die erhalten wird, wenn die Antriebswellenform gemäß der Form der vorliegenden Erfindung geändert wird. Die Daten, die derart in der Liste eingestellt sind, werden als die Antriebswellenformdaten 22 eingestellt, wie in Fig. 2 dargestellt, und als Antriebswellenformdaten registriert. Bei einer Umgebungstemperatur von 40ºC wird die Summe der Zeitperioden t1, t2 und t3 so eingestellt, dass eine Zeitperiode erhalten wird, die (1 + 1/4)-mal so groß wie der Zyklus der Eigenschwingung T der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 ist. Im Gegensatz dazu wird bei einer Umgebungstemperatur von 15ºC wird die Summe der Zeitperioden t1, t2 und t3 so eingestellt, dass eine Zeitperiode erhalten wird, die (1 + 3/4)-mal so groß wie der Zyklus der Eigenschwingung T ist.
Fig. 6 ist eine Kurve, welche die Frequenzeigenschaften des Tintenstrahldruckkopfes, gemessen bei einer Umgebungstemperatur von 40ºC zeigt.
Fig. 5 ist eine Kurve, welche die Frequenzeigenschaften des Tintenstrahldruckkopfes, gemessen bei einer Umgebungstemperatur von 15ºC zeigt. Das Bezugszeichen 51 bezeichnet die Frequenzeigenschaften des Tintenstrahldruckkopfes gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Das Bezugszeichen 52 bezeichnet die Frequenzeigenschaften des Tintenstrahldruckkopfes, die gemessen wurden, während die Summe der Zeitperioden t1, t2 und t3 auf den Optimalwert bei einer Umgebungstemperatur von 40ºC eingestellt sind (d. h., die Kombination der Zeitperioden t1, t2 und t3, die in der in Fig. 6 dargestellten Messung verwendet wird).
In der in Fig. 5 dargestellten Graphik 52 hält die Tintenversorgung in dem Bereich, in dem die Antriebsfrequenz über 20 Hz liegt, nicht mit dem Ausstoß eines Tintentröpfchens. Schritt. Die auszustoßende Tintenmenge nimmt deutlich mit einem Anstieg in der Antriebsfrequenz ab. Im Vergleich mit der Graphik der Frequenzeigenschaften des Druckkopfes bei einer Umgebungstemperatur von 40ºC (in Fig. 6 dargestellt) nimmt die auszustoßende Tintenmenge deutlich mit einem Anstieg in der Antriebsfrequenz ab. In dem Bereich, wo die Antriebsfrequenz 20 kHz übersteigt, wird ein Tintentröpfchen infolge der nachhinkenden Tintenversorgung linear ausgestoßen, was zu einer Bildverschlechterung führt.
Im Vergleich zu dem Messergebnis 52 zeigt das Messergebnis 51 einen Anstieg in der auszustoßenden Tintenmenge, insbesondere bei einer Frequenz von 20 kHz oder mehr. Ferner wird gemäß dem Messergebnis 51 der lineare Ausstoß eines Tintentröpfchens, der in dem Messergebnis 52 beobachtet wird, nicht festgestellt, und körnige Tintentröpfchen können über den gesamten Frequenzbereich ausgestoßen werden.
Es gibt einen deutlichen Unterschied in den Frequenzeigenschaften zwischen der in Fig. 6 dargestellten Graphik und der Graphik 52 (welche dieselbe Kombination der Zeitperioden t1, t2 und t3 verwendet, die in der in Fig. 6 dargestellten Messung verwendet wird), wobei dieser Unterschied auf eine Änderung in der Umgebungstemperatur zurückzuführen ist. In einem Druckvorgang, in dem ein Tintentröpfchen bei hohen Frequenzen und niederen Frequenzen in Kombination ausgestoßen wird, führt die Änderung in der Umgebungstemperatur unvermeidlich eine Änderung im Farbton eines Druckergebnisses herbei. Im Falle des in Fig. 6 dargestellten Beispiels und des Beispiels (d. h., des Ausführungsbeispiels), das durch die in Fig. 5 dargestellte Graphik 51 gezeigt wird, gibt es keinen wesentlichen Unterschied in den Frequenzeigenschaften zwischen den Graphiken, der auf die Temperaturänderung zurückzuführen wäre. Daher kommt es zu keiner wesentlichen Änderung im Farbton eines Druckergebnisses.
Fig. 7 ist eine Kurve, welche die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 während einer Zeitperiode zeigt, die auf die Zeitperiode (t1) folgt, in welcher ein Tintentröpfchen bei einer Umgebungstemperatur von 40ºC ausgestoßen wird.
Die Zeitsteuerung ist so eingestellt, dass die Restvibration, die in der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 während der Wiederaufladeperiode t1 auftritt, vollständig durch den Entladevorgang aufgehoben wird, der während der Entladezeitperiode t3 ausgeführt wird. Zu dem Zeitpunkt, zu dem sich die Druckerzeugungskammer 4 infolge der Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 zu kontrahieren beginnt, wird ein Impulssignal gestartet, das die Druckerzeugungskammer 4 während der Entladezeitperiode t3 ausdehnt. Zu dem Zeitpunkt unmittelbar bevor sich die Druckerzeugungskammer 4 infolge der Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 auszudehnen beginnt, wird der Entladevorgang beendet, der in der Zeitperiode t3 durchgeführt wurde. Die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 hält eine Spannung in der Zeitperiode t4. Infolgedessen wird die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 gedämpft. Es entsteht eine Restvibration 71, die tendiert, die Druckerzeugungskammer 4 einzuengen, infolge des drastischen Entladevorganges, der in der Zeitperiode t1 durchgeführt wurde, und es entsteht eine weitere Restvibration 72, die dazu tendiert, die Druckerzeugungskammer 4 als Reaktion auf die Restvibration 71 auszudehnen. Da jedoch die Wirkung der Restvibration während der Zeitperiode t3 aufgehoben wird, tritt keine starke Vibration auf. Zu diesem Zeitpunkt, vor und nach der Entladperiode t3, hinkt die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 hinter der nächsten Restvibration um maximal einen halben Zyklus nach. Infolgedessen hinken Vibrationen, die in der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 nach einer Vibration 73 erscheinen, hinter der Vibration, die ursprünglich erschienen wäre, um einen halben Zyklus nach.
Mit anderen Worten, die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 wird gedämpft, indem das Antriebssignal t3 zeitlich so gesteuert wird, dass es einem Teil des natürlichen Restvibrationszyklus der piezoelektrischen Vibrationsplatte entgegengesetzt ist. Anders gesagt, wenn die Umgebungstemperatur hoch ist, wird der Tintenausstoßzyklus so eingestellt, dass die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte gedämpft wird.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Zeitsteuerung, bei welcher die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 gedämpft werden kann, in einer Zeitperiode zwischen dem Moment, zu dem die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 mit dem Wiederaufladen während der Wiederaufladezeitperiode t1 beginnt, und dem Moment, zu dem die Summe der Zeitperioden t1, t2 und t3 die Zeitperiode erreicht, die das (1 + 1/4)-fache des Zyklus der natürlichen Frequenz T (d. h., 8 us) der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 ist, eingestellt. Die Amplitude der Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 wird größer, wenn die Zeitsteuerung in einer Zeitperiode eingestellt ist, die schmäler oder breiter als der vorangehende Zeitbereich ist.
Fig. 8 ist eine Kurve, welche die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte (dargestellt durch das Bezugszeichen 3 in Fig. 1) während der Zeitperiode nach der Wiederaufladezeitperiode t1, in welcher ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird, bei einer Umgebungstemperatur von 15ºC gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt.
Im Gegensatz zu Fig. 7 zeigt Fig. 8 die Restvibration, die in der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 bei einer Umgebungstemperatur von 15ºC gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auftritt, wobei die Zeitsteuerung so eingestellt ist, dass die Wirkung der Aufhebung der Restvibration während der Entladezeitperiode t3 beseitigt ist. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Druckerzeugungskammer 4 auf Grund der Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 ausgedehnt wird, wird ein Impulssignal gestartet, welches die Druckerzeugungskammer 4 während der Entladezeitperiode t3 ausdehnt, so dass die Druckerzeugungskammer 4 in einem viel größeren Ausmaß durch die Restvibration ausgedehnt wird. Die Entladezeitperiode t3 endet unmittelbar bevor die Druckerzeugungskammer 4 sich zusammenzuziehen beginnt, nachdem sie sich auf das maximale Ausmaß durch die Restvibration ausgedehnt hat. Die Wellenform tritt in die Zeitperiode 4 ein, in welcher eine Spannung aufrecht erhalten wird, so dass noch immer eine starke Restvibration vorhanden ist. Wie in Fig. 8 dargestellt, erscheinen, drei Restvibrationen, nämlich eine Restvibration 81, die dazu tendiert, die Druckerzeugungskammer 4 infolge der drastischen Wiederaufladung der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 während der Wiederaufladezeitperiode 3 zusammenzuziehen; eine Restvibration 82, die dazu tendiert, die Druckerzeugungskammer 4 als Reaktion auf die Restvibration 81 auszudehnen; und eine Restvibration 83, die dazu tendiert, die Druckerzeugungskammer 4 als Reaktion auf die Restvibration 82 zusammenzuziehen. Die Amplitude einer Restvibration 84 (d. h., welche die Druckerzeugungskammer 4 ausdehnt) wird unter dem Einfluss des Entladevorgangs höher, der in der Zeitperiode t3 ausgeführt wird. Von da an wird die Druckerzeugungskammer 4 abwechselnd (durch eine Restvibration 85) zusammengezogen und (durch eine Restvibration 86) ausgedehnt. Wenn die Umgebungstemperatur jedoch gering ist, hat die Tinte eine hohe Viskosität. Daher wird der Meniskus schneller abgeschwächt als bei hoher Umgebungstemperatur. Der Meniskus wird im Wesentlichen in derselben Abschwächungsperiode abgeschwächt. Die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 ändert ihre Phase weder vor noch nach der Entladezeitperiode t3.
Mit anderen Worten, die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 wird verstärkt, indem das Antriebssignal t3 zeitlich so gesteuert wird, dass es synchron mit einem Teil des natürlichen Restvibrationszyklus der piezoelektrischen Vibrationsplatte auftritt. Anders gesagt, wenn die Umgebungstemperatur nieder ist, wird der Tintenausstoßzyklus so eingestellt, dass die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte verstärkt wird.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Zeitsteuerung, bei welcher die Amplitude der Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 bei einer Umgebungstemperatur von 15ºC erhöht wird und die Wellenform die Zeitperiode t4 erreicht, in einer Zeitpeiode zwischen dem Zeitpunkt, zu dem die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 mit dem Wiederaufladevorgang in der Wiederaufladezeitperiode t1 beginnt, und dem Zeitpunkt, zu dem die Summe der Zeitperioden t1, t2 und t3 die Zeitperiode erreicht, die das (1 + 3/4)-fache des Zyklus der natürlichen Frequenz T (d. h., 8 us) der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 ist, eingestellt. Die Amplitude der Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 wird höher als jene, die in Fig. 7 dargestellt ist, wenn die Zeitsteuerung in dem Zeitbereich eingestellt ist, der schmäler oder breiter als der vorangehende Zeitbereich ist.
Nach dem Ausstoßen eines Tintentröpfchens wird der Meniskus tief in die Druckerzeugungskammer 4 gezogen. Nach dem Verstreichen einer bestimmten Zeitperiode wird die Richtung, in welche der Meniskus gezogen wird, umgekehrt, und der Meniskus bewegt sich zu der Entladeöffnung (in die Richtung, die mit dem Bezugszeichen 7 in Fig. 1 bezeichnet ist), während die Vibration synchron mit den Eigenschwingungen der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 wiederholt wird (d. h., den Schwingungen, die in Fig. 7 und 8 dargestellt sind). Je kürzer die Zeitperiode ist zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Meniskus nach dem Ausstoßen eines Tintentröpfchens zu der Druckerzeugungskammer 4 gezogen wird, und dem Zeitpunkt, zu dem der Meniskus die Ausgabeöffnung 7 erreicht, um so kürzer kann das Zeitintervall werden, in dem die erforderliche Tintenmenge für den nächsten Ausstoßvorgang stabil bereitgestellt werden kann. Selbst wenn die Antriebsfrequenz erhöht wird, kann infolgedessen für Tinte gesorgt werden, deren Menge gleich dem nächsten auszustoßenden Tintentröpfchen ist, während die Vibration des Meniskus vollständig gedämpft ist.
Bei einer Umgebungstemperatur von 15ºC ist die Amplitude der Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 während der Entladezeitperiode t3 erhöht. Nach Beendigung der Entladezeitperiode t3 (d. h., der Restvibration 84), wird der Meniskus in eine viel tiefere Position in der Druckerzeugungskammer 4 gezogen. Wenn die Entladezeitperiode t3, in welcher die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 gedämpft wird, verwendet wird, befindet sich der Druckkopf in einem Zustand ähnlich jenem von dem (in Fig. 7 dargestellten) Beispiel mit einer Umgebungstemperatur von 40ºC. Bei Beendigung der Entladezeitperiode t3 (d. h., während der Periode der Restvibration 72), wird der Meniskus im Vergleich zu der Position, in welche der Meniskus gezogen wird, wenn die Amplitude der Restvibration noch immer hoch bleibt, in eine weniger tiefe Position in der Druckerzeugungskammer 4 gezogen.
Fig. 9 zeigt den Ablauf der Abschwächung des Düsenmeniskus, wenn die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 eine hohe Amplitude hat, wie auch wenn die Restvibration eine geringe Amplitude hat. Das Bezugszeichen 91 bezeichnet einen Fall, in dem der Meniskus nach der Entladezeitperiode t3 (d. h., in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, in welcher die Amplitude der Restvibration hoch ist) stark gezogen wird, und das Bezugszeichen 92 bezeichnet die Dämpfungsschwingung, wenn der Meniskus geringfügig zurückgezogen wird. Bei der Abschwächung 92 des Meniskus ist die Amplitude der Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 nicht so hoch, und der Meniskus zeigt ein ähnliches Verhalten wie bei einer natürlichen Dämpfung. Im Gegensatz dazu hat im Falle der Abschwächung 91 des Meniskus zu dem Zeitpunkt unmittelbar nach Beendigung der Entladezeitperiode t3 die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 eine Phase, in welcher der Maximaldruck in die Richtung erzeugt wird, in welche die Druckerzeugungskammer 4 in ihr größtes Ausmaß ausgedehnt wird (d. h., in die Richtung, in welche der Meniskus zu der Ausgabeöffnung 7 geschoben wird). Da die Restvibration die höchste Amplitude hat, hat ferner die Restvibration den größten Druck, um den Meniskus anzuschieben. Die Druckerzeugungskammer 4 wird durch eine Reaktion von der Restvibration ausgedehnt. Insbesondere wird infolge der Abschwächung der Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 der Druck, bei dem der Meniskus zu der Druckerzeugungskammer 4 zurückgezogen wird, unvermeidlich geringer als der unmittelbar vorangehende Druck, bei dem der Meniskus zu der Düsenausgabe geschoben wird. Infolge der Abschwächung 91 des Meniskus, kann der Maximaldruck für den Zweck der Wiederherstellung des Meniskus an der Ausgabeöffnung 7 auf einen Kanal ausgeübt werden.
Im Falle der Abschwächung 92 des Meniskus, wobei die Restvibration nach der Entladezeitperiode t3, zu dem Zeitpunkt unmittelbar nach Beendigung der Entladzeitperiode t3 sehr gering wird, hat die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 eine Phase, in welcher der Maximaldruck in die Richtung erzeugt wird, in welche sich die Druckerzeugungskammer 4 im größten Ausmaß ausdehnt (d. h., in die Richtung, in welche der Meniskus zu der Druckerzeugungskammer 4 zurückgezogen wird). Da die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 jedoch eine sehr geringe Amplitude aufweist, ist sowohl wenig Druck zur Wiederherstellung des Meniskus an der Ausgabeöffnung 7 als auch wenig Druck zum Zurückziehen des Meniskus zu der Druckerzeugungskammer 4 vorhanden.
Im Falle der Abschwächung 93 des Meniskus, die zwischen der Abschwächung 91 des Meniskus und der Abschwächung 92 des Meniskus im Sinne der Dämpfungswirkung der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 liegt, hat die Abschwächung 93, zum Zeitpunkt unmittelbar nach Beendigung der Entladezeitperiode t3, eine Phase, die zwischen der Phase der Abschwächung 91 und der Phase der Abschwächung 92 liegt. Ferner liegt im Sinne der Amplitude die piezoelektrische Vibrationsplatte 3, die bei der Abschwächung 93 erhalten wird, zwischen der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3, die bei der Abschwächung 91 erhalten wird, und der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3, die bei der Abschwächung 92 erhalten wird. Daher liegt der Druck zur Wiederherstellung des Meniskus an der Ausgabeöffnung 7 zwischen dem Druck, der bei der Abschwächung 91 erhalten wird, und dem Druck, bei der Abschwächung 92 erhalten wird.
Zur sofortigen Wiederherstellung des Düsenmeniskus an der Entladeöffnung 7 nach der Entladezeitperiode t3 ist es daher besser, die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 im größten Ausmaß zu schwingen, wie in dem Ausführungsbeispiel.
Wie zuvor erwähnt, bewirkt eine Dämpfung der Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 eine Phasenverschiebung während der Entladezeitperiode t3. Wie in dem Ausführungsbeispiel mit einer Umgebungstemperatur von 15ºC tritt in dem Zustand, in dem die Restvibration im größten Ausmaß während der Entladezeitperiode t3 schwingt, keine Phasenverschiebung auf. Das heißt, wenn die Restvibration gedämpft ist, tritt eine Phasenverschiebung auf, aber wenn die Restvibration verstärkt ist, tritt keine Phasenverschiebung auf. Während der Entladezeitperiode t3 schiebt sich die Phase der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3, da die Restvibration gedämpft wird, in die Richtung vor, in welcher die Phase um maximal die Zeitperiode nachhinkt, die ein halber Zyklus der Eigenschwingung T ist. Die Restvibration, die anfangs die Druckerzeugungskammer 4 nach der Entladezeitperiode t3 einengt, hinkt nur die Zeitperiode nach, die der Phasenverschiebung entspricht. Infolgedessen kommt es zu einer zeitlichen Verzögerung, die zur Wiederherstellung des Meniskus an der Ausgabeöffnung 7 notwendig ist. Wenn die Phasenverschiebung kleiner wird, das heißt, die piezoelektrische Vibrationsplatte 3 während der Entladezeitperiode t3 schwingt, wird die Zeit kürzer, die zur Wiederherstellung des Meniskus an der Ausgabeöffnung 7 nach dem Ausstoß eines Tintentröpfchens notwendig ist. Selbst in einem Fall, in dem ein Tintentröpfchen bei einer hohen Antriebsfrequenz bei einer Umgebungstemperatur von 15 ºC ausgestoßen wird, kann daher die Versorgung mit Tintentröpfchen mit der Ausstoßleistung des Kopfes Schritt halten.
Bei einer Umgebungstemperatur von 15ºC hat die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 die höchste Amplitude in dem Zustand gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel (in Fig. 8 dargestellt). Wenn die Summe der Zeitperioden t1, t2 und t3 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verringert oder erhöht wird, wird die Amplitude der Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 nach der Entladezeitperiode t3 kleiner. Im Sinne der Position, zu welcher der Meniskus nach der Entladezeitperiode t3 zurückgezogen wird, wie auch der Phasenverschiebung entsteht eine zeitliche Verzögerung, die für das Zurückschieben des Düsenmeniskus zu der Ausgabeöffnung 7 erforderlich ist, nachdem er infolge des Ausstoßes eines Tintentröpfchens in eine tiefe Position in der Druckerzeugungskammer 4 zurückgezogen wurde. Folglich kommt es zu einer Verringerung in der Tintenmenge, die bei einer hohen Frequenz bei einer Umgebungstemperatur von 15ºC auszustoßen ist.
Das vorangehende Verfahren, das heißt, das Verfahren, durch welches die Fähigkeit des Tintenkopfes, ein Tintentröpfchen zum Zeitpunkt eines Hochfrequenzbetriebs bereitzustellen, durch Anregung der Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 nach der Entladezeitperiode t3 erhöht wird, wird vorzugsweise in einem Zustand angewendet, in dem die Tinte eine vergleichsweise hohe Viskosität aufweist. Insbesondere ist es wünschenswert, das Verfahren in einem Zustand anzuwenden, wie jenem, der gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Umgebungstemperatur von 15ºC aufweist.
Wie in dem vorangehenden Ausführungsbeispiel wird in einem Zustand, in dem die Umgebungstemperatur 40ºC beträgt und die Tinte eine geringe Viskosität aufweist, die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 mit einer Abnahme in der Viskosität der Tinte (d. h., einem Anstieg in der Umgebungstemperatur) allmählich gedämpft. Infolgedessen wird ein unerwartetes Ausstoßen eines Tintentröpfchens verhindert, das andernfalls durch die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 verursacht wird, wodurch es wiederum möglich ist, einen übermäßigen Anstieg in der auszustoßenden Tintenmenge zu verhindern, der andernfalls durch eine Abnahme in der Viskosität der Tinte verursacht wird.
In dem Zustand, in dem die Umgebungstemperatur 15ºC beträgt und die Tinte eine hohe Viskosität aufweist, kann die ausreichende auszustoßende Tintenmenge durch Maximierung der Fähigkeit des Tintenkopfes garantiert werden, die Tinte ohne Dämpfung der Vibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 bereitzustellen, wie im Falle des vorangehenden Ausführungsbeispiels. Ein unerwartetes Ausstoßen eines Tintentröpfchens, das andernfalls durch die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 verursacht wird, tritt in dem Zustand kaum auf, in dem die Umgebungstemperatur 15ºC beträgt und die Tinte eine hohe Viskosität hat. Daher wird es im Sinne der Frequenzeigenschaften möglich, eine analoge Tendenz über den gesamten Bereich von Umgebungstemperaturen zu garantieren. Ferner, selbst wenn der Druckkopf bei hoher Frequenz bei einer Umgebungstemperatur von 15ºC angetrieben wird, können körnige Tintentröpfchen erhalten werden.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird Eins als der numerische Wert "n" gewählt und die Summe der Zeitperioden t1, t2 und t3 wird auf die Zeitperiode eingestellt, die das (1 + 3/4)-fache des Zyklus der Eigenschwingung T der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 ist. Ferner wird die Umgebungstemperatur in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf eine niedere Temperatur eingestellt. Es gibt drei Gründe für die Verwendung dieser Einstellungen. Erstens kann die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 bei einer Umgebungstemperatur von 40ºC gut gedämpft werden. Zweitens wird die größte Fähigkeit des Tintenkopfes zur Bereitstellung von Tinte bei einer Umgebungstemperatur von 15ºC erreicht. Drittens wird ein unerwünschtes Ausstoßen eines Tintentröpfchens verhindert, das andernfalls durch die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 verursacht wird. Es ist allgemein wünschenswert, dass die Summe der Zeitperioden t1, t2 und t3 im Bereich von der Zeitperiode, welche eine Referenzzeitperiode ist und das (n + 1/4)-fach (wobei n - 1, 2, 3) des Zyklus der Eigenschwingung T beträgt, bis zu einer Zeitperiode, die um ein halbes T größer oder kleiner als die Referenzzeitperiode ist, liegt. Die Restvibration der piezoelektrischen Vibrationsplatte 3 liegt gut in dem obengenannten Bereich von Zeitperioden.
Obwohl die Erklärung das Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf das Beispiel beschrieben hat, in dem der Zyklus der Eigenschwingung T des Druckerzeugungsmittels 8 us ist, ist es offensichtlich, dass der Aufzeichnungskopf in jedem Zyklus einer Eigenschwingung auf dieselbe Weise arbeitet wie in dem vorangehenden Ausführungsbeispiel.
Im Falle eines anderen Aufzeichnungskopfes, der sich von dem Kopf unterscheidet, der die Biegungsschwingung der piezoelektrischen Vibrationsplatte nutzt und in dem vorangehenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, z. B. eines Tintenstrahlaufzeichnungskopfes, der eine Längsschwingung eines piezoelektrischen Vibrators verwendet, wird die Arbeitswirkung analog zu jener erhalten, die in dem vorangehenden Ausführungsbeispiel erreicht wurde.
In dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden die Perioden t1 und t3 gleich gehalten, aber die Halteperiode t2 wurde so eingestellt, dass sich die Summe von t1, t2 und t3 änderte. Andere Möglichkeiten zur Änderung der Summe sind dem Fachmann in diesem Gebiet vertraut.
Ebenso wurde das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel in Bezug auf einen Kopf beschrieben, bei dem eine anfängliche Ausdehnung der Druckerzeugungskammer vor dem Zusammenziehen erfolgte, bei dem ein Tintentröpfchen ausgestoßen wird. Es ist offensichtlich, dass eine solche anfängliche oder vorbereitende Ausdehnung zur Durchführung der Erfindung nicht notwendig ist. Es ist auch offensichtlich, dass ein Druckkopf verwendet werden kann, in dem die Druckerzeugungskammer ausgedehnt, dann auf ihre ursprüngliche Größe zum Ausstoßen eines Tröpfchens zusammengezogen, und dann ausgedehnt wird, um Tinte für den nächsten Ausstoßvorgang anzusaugen. Mit anderen Worten, ein Druckkopf kann ohne Komprimieren der Druckerzeugungskammer unter ihre "normale" Größe betrieben werden. Die Erfindung ist natürlich gleichermaßen bei einem solchen Druckkopf anwendbar. Insbesondere wird der zuvor beschriebene Tintenausstoßzyklus wie folgt bei einem solchen Druckkopf angewendet. Wie zuvor muss zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens die Druckerzeugungskammer zusammengepresst werden. Die Größe der Druckerzeugungskammer ist zu Beginn des Zyklus groß und wird zum Ausstoßen des Tröpfchens auf ihre normale Größe zusammengepresst. Hier ist die normale Größe in Bezug auf den Tintenstrahlausstoßzyklus ihre komprimierte Größe. Mit anderen Worten, die Druckerzeugungskammer ist so klein, wie sie während des Betriebs wird. Nach dem Ausstoß des Tintentröpfchens muss die Druckerzeugungskammer aus ihrer komprimierten Größe ausgedehnt werden, so dass die Tinte in der Druckerzeugungskammer nachgefüllt werden kann. Das heißt, die Druckerzeugungskammer wird wieder groß gemacht, so dass Tinte angesaugt wird. Dieses Zusammenziehen und Nachfüllen erfolgt beim jedem Ausstoß eines Tröpfchens und bildet den Tintenausstoßzyklus.
Wie zuvor beschrieben wurde, ist in der vorliegenden Erfindung die Summe der Zeitperioden t1, t2 und t3 auf eine Zeitperiode eingestellt, die das (n + 1/4)-fache (n = 1, 2, 3) des Zyklus der Eigenschwingung T der piezoelektrischen Vibrationsplatte beträgt. In Übereinstimmung mit einer Abnahme in der Umgebungstemperatur wird die Summe der Zeitperioden geändert, so dass sie annähernd eine Zeitperiode wird, die das (n + 3/4)-fache von T ist, oder eine Zeitperiode, die das (n - 1/4)-fache von T ist. Infolgedessen kann die Tintenmenge über ein Hochfrequenzantriebsband bei der geringen Umgebungstemperatur erhöht werden und es können auch körnige Tintentröpfchen erhalten werden.
Die Änderung in den Frequenzeigenschaften des Druckkopfes auf Grund einer Änderung in der Umgebungstemperatur kann deutlich verbessert werden, wodurch die Änderung im Farbton eines Druckergebnisses auf Grund einer Änderung in der Umgebungstemperatur ebenfalls verbessert werden kann, und der Bedarf an einer Tintenheizvorrichtung entfällt.

Claims

1. Verfahren zum Antreiben eines Tintenstrahldruckkopfes zum Ausstoßen von Tintentropfen aus Düsenöffnungen (7) durch Anlegen einer Antriebsspannung an eine Druckerzeugungskammer (4), wobei die Druckerzeugungskammer (4) in Verbindung mit einer Tintenkammer (10) und mit den Düsenöffnungen (7) steht, wobei das Verfahren zum Antreiben des Tintenstrahldruckkopfes folgende Schritte umfasst:

- einen ersten Schritt, um eine Antriebsspannung zur Kontraktion der Druckerzeugungskammer (4) anzulegen;

- einen zweiten Schritt, um die Antriebsspannung nach dem ersten Schritt im Wesentlichen aufrecht zu erhalten; und

- einen dritten Schritt, um die Druckerzeugungskammer (4) nach dem zweiten Schritt auszudehnen; wobei:

- ein Zeitablauf der Ausführung des dritten Schrittes zur Kontrolle von Restvibrationen der Druckerzeugungskammer (4) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur der Tinte variiert wird, und

- der Zeitablauf der Ausführung des dritten Schritts variiert wird, um die Restvibrationen der Druckerzeugungskammer (4) im Wesentlichen nicht zu ändern, und zwar selbst wenn die Umgebungstemperatur sinkt,

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Summe der Zeitdauern für den ersten, zweiten und dritten Schritt in einem Bereich von (n + 1/4) T bis (n + 3/4) T zunimmt, oder die Summe der Zeitdauern für den ersten, zweiten und dritten Schritt in einem Bereich von (n + 1/4) T bis (n - 1/4) T abnimmt, und zwar in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur der Tinte, wobei n {1, 2, 3} und T ein Zyklus der Eigenschwingung der Druckerzeugungskammer (4) ist.

2. Antriebsvorrichtung für einen Tintenstrahldruckkopf zum Ausstoßen von Tintentropfen aus einem Tintenstrahldruckkopf, der Düsenöffnungen (7) und eine Druckerzeugungskammer (4) umfasst, die in Verbindung mit einer Tintenkammer (10) und mit den Düsenöffnungen (7) steht, wobei die Antriebsvorrichtung ein Antriebssignal erzeugt, welches die Druckerzeugungskammer (4) betätigt, wobei das Antriebssignal Antriebswellenformen umfasst:

- eine erste Antriebswellenform, um eine Antriebsspannung zur Kontraktion der Druckerzeugungskammer (4) anzulegen;

- eine zweite Antriebswellenform, um die Antriebsspannung nach dem ersten Schritt im Wesentlichen aufrecht zu erhalten; und

- eine dritte Antriebswellenform, um die Druckerzeugungskammer (4) nach dem zweiten Schritt auszudehnen;

- wobei der Zeitablauf der Ausführung des dritten Schrittes zur Kontrolle von Restvibrationen der Druckerzeugungskammer (4) in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur der Tinte variiert wird, und

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Summe der Zeitdauern für den ersten, zweiten und dritten Schritt in einem Bereich von (n + 1/4) T bis (n + 3/4) T zunimmt, oder die Summe der Zeitdauern für den ersten, zweiten und dritten Schritt in einem Bereich von (n + 1/4) T bis (n - 1/4) T abnimmt, und zwar in Abhängigkeit von Abnahme der Umgebungstemperatur der Tinte, wobei n (1, 2, 3) und T ein Zyklus der Eigenschwingung der Druckerzeugungskammer (4) ist.