DE69836067T2

DE69836067T2 - Vorrichtung und Verfahren zum Antreiben eines Aufzeichnungskopfes für einen Tintenstrahldrucker

Info

Publication number: DE69836067T2
Application number: DE69836067T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Shinagawa-ku Horii; Yuichiro Shinagawa-ku Ikemoto; Yasuo Shinagawa-ku Yukita; Hiroshi Shinagawa-ku Tokunaga; Masaki Shinagawa-ku Kishimoto; Yuji Shinagawa-ku Yakura; Tooru Shinagawa-ku Tanikawa; Shota Shinagawa-ku Nishi; Kenji Shinagawa-ku Suzuki
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1998-11-25
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2018-11-26
Also published as: EP0919382B1; CN1170679C; KR19990045649A; DE69836067D1; DE69841410D1; EP1514686B1; EP1512532A3; EP0919382A2; EP0919382A3; CA2254697C; KR100576810B1; ID21390A; CN1223201A; EP1514686A1; CA2254697A1; AU755025B2; EP1512532A2; US6494554B1; AU9405998A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich einen Tintenstrahldrucker zum Ausstoß von Tintentropfen durch eine Tropfenauslassöffnung (eine Düse) und die Aufzeichnung eines Bildes auf Papier sowie eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern eines Aufzeichnungskopfes für einen Tintenstrahldrucker.
Tintenstrahldrucker zum Ausstoßen von Tintentropfen durch eine Tropfenauslassöffnung, die mit einer Tintenkammer verbunden ist, und die Aufzeichnung auf Papier sind weit verbreitet. In solch einem Tintenstrahldrucker nach dem Stand der Technik ist ein einzelnes piezoelektrisches Element für jede Düse vorgesehen. Das piezoelektrische Element ist an einer Schwingungsplatte befestigt, die eine Außenwand der Tintenkammer bildet, in die die Tinte durch die Tintenführung zugeführt wird. Das piezoelektrische Element ändert das Volumen der Tintenkammer durch Biegen als Reaktion auf eine Spannungswellenform eines angelegten Ansteuerungssignals, um so einen Ausstoßdruck zu erzeugen. Ein Tintentropfen wird durch die Auslassöffnung durch den Ausstoßdruck ausgestoßen.
Da der Ausstoßdruck in solch oben beschriebenen Tintenstrahldruckern durch die Veränderung der Tintenkammer erzeugt wird, fliegt die durch die Öffnung ausgestoßene Tinte in Säulenform (in Form eines langen Schweifes). Unterschiede in Zeit und Geschwindigkeit bestehen zwischen Spitze und Ende des fliegenden Tintentropfens. In der Folge wird der vorangehende Haupttintentropfen durch unerwünschte winzige Tropfen begleitet (in der folgenden Beschreibung als Begleittropfen bezeichnet). Diese Begleittropfen landen auf dem Papier und beeinflussen das Druckergebnis. Obwohl die Begleittropfen keine große Auswirkung auf die Qualität eines sehr dichten Bildes haben, das mit relativ großen Tropfen aufgezeichnet wurde, ist eine erhebliche schlechtere Bildqualität durch die Begleittropfen zu erwarten, wenn das Bild mit kleineren Tropfen zur Darstellung eines Bildes mit niedriger Dichte oder bei Halbtonbildern aufgezeichnet wird. Begleittropfen, die beim Ausstoß von kleinen Tropfen erzeugt werden, stellen daher ein großes Problem dar.
Eine Verfahren wurden vorgeschlagen, um das Problem in den Griff zu bekommen. So wird beispielsweise ein Verfahren in der japanischen Patentanmeldung Hei 7-76087 (1995) offen gelegt, bei dem ein einzelnes piezoelektrisches Element für jede Düse vorgesehen ist und die Geschwindigkeit der Änderung der Ausstoßspannung, die auf das piezoelektrische Element angelegt wird, wird zwischen zwei Stufen zum Ausstoß von Tintentropfen umgeschalten. In dem Verfahren, wie in 1 gezeigt, wird die Ausstoßspannung anfangs auf eine erste Spannungsänderungsgeschwindigkeit ‚v1’ erhöht. Die Ausstoßspannung wird dann auf eine zweite Spannungsänderungsgeschwindigkeit ‚v2’ erhöht, die über v1 liegt. In 1 gibt die vertikale Achse die Spannung an. Die horizontale Achse gibt die Zeit an. Gemäß dem Verfahren wird der nächste Tropfen ausgestoßen, um auf die Spitze des vorhergehenden Tropfens zu folgen. Der Unterschied in der Geschwindigkeit zwischen der Spitze und dem Ende der Tintensäule wird hierdurch verringert und die Begleittropfen reduziert.
Ein weiteres Verfahren wird in der japanischen Patentanmeldung Sho 59-133067 (1984) offen gelegt, in der ein einzelnes piezoelektrisches Element für jede Düse vorgesehen ist und ein Tintentropfen ausgestoßen wird, indem zwei unabhängige Spannungsimpulse an das piezoelektrische Element angelegt werden. In dem Verfahren, wie in 2 gezeigt, wird der erste Impuls P1 an das piezoelektrische Element angelegt, um eine erste Druckschwankung zum Start des Tintentropfenausstoßes durch eine Düse zu erzeugen. Der erste Impuls P1 wird dann beendet und der zweite Impuls P2 wird dann an das piezoelektrische Element angelegt, bevor der Ausstoß des Tropfens durch die Düse abgeschlossen ist, um eine zweite Druckschwankung zu erzeugen. In 2 gibt die vertikale Achse die Spannung an. Die horizontale Achse gibt die Zeit an. Gemäß dem Verfahren bricht die durch die Düsen ausgestoßene Tintensäule in einer frühen Phase ab und die Erzeugung von Begleittropfen wird unterdrückt.
Eine Tintentropfen-Ausstoßvorrichtung wird in der japanischen Patentanmeldung Sho 51-45931 (1976) offen gelegt, wobei die beiden druckerzeugenden Einrichtungen für jede Düse bereitgestellt werden, und ein Tintentropfen durch schwingende Tinte ausgestoßen wird, indem die von den beiden Druckerzeugungseinrichtungen erzeugten Schwingungen kombiniert werden.
In dem Verfahren, das in der oben beschriebenen japanischen Patentanmeldung Hei 7-76087 (1995) offen gelegt wird, muss die erste Spannungsänderungsgeschwindigkeit v1 niedriger sein als die zweite Spannungsänderungsgeschwindigkeit v2. In der Folge wird die Geschwindigkeit eines ausgestoßenen Tintentropfens reduziert, im Vergleich zu dem Fall, wenn die Spannung mit der hohen Geschwindigkeit v2 während des Ausstoßzyklus geändert wird. Eine Verringerung der Geschwindigkeit eines ausgestoßenen Tintentropfens führt zu einem instabilen Ausstoß, wie eine beeinträchtige Linearität der Tropfenflugpfades und Abweichungen in der Tropfengeschwindigkeit. In der Folge können die aufgezeichneten Punkte verschoben oder die Druckqualität verringert sein.
In dem in der oben beschriebenen japanischen Patentanmeldung Sho 59-133067 (1984) offen gelegten Verfahren, wird ein zweiter Impuls P2 nach einem Intervall Ti angelegt, nachdem der erste Impuls P1 beendet wurde. Wenn das Intervall Ti zu lang ist, wird der Schweif der Tintensäule zu lang und Begleittropfen können entstehen. Wenn andererseits das Intervall Ti zu kurz ist, folgt das piezoelektrische Element nicht der Spannungsänderung und die beabsichtigte Operation wird nicht ausgeführt. Der Grund hierfür ist, dass das piezoelektrische Element im Allgemeinen inhärente Schwingungseigenschaften aufweist und nicht auf einer Frequenz über der inhärenten Schwingung arbeitet. Obwohl dieses Problem durch die Herstellung eines piezoelektrischen Elements mit einer hohen inhärenten Frequenz gelöst werden kann, ist dies nicht realistisch, da in der Praxis eine Beschränkung der inhärenten Frequenz des erhaltenen piezoelektrischen Elements besteht. Darüber hinaus geht die Herstellung eines solchen piezoelektrischen Elements mit technischen Schwierigkeiten und erhöhten Fertigungskosten einher. Obwohl darüber hinaus in der oben erwähnten Veröffentlichung die Spannung V1 des ersten Impuls P2 niedriger ist als die Spannung V2 des zweiten Impuls P2, muss die Spannung V1 höher sein als die Spannung V2, so dass das Schweifende der Tintensäule die Spitze davon erreicht und mit der Spitze eine Einheit bildet. Eine Erhöhung der Spannung aber, die an das piezoelektrische Element angelegt wird, bewirkt eine Verringerung der Lebensdauer des piezoelektrischen Elements und der Schwingungsplatte, die durch das piezoelektrische Element schwingt. Eine Restschwingung wird ebenso erhöht und die Frequenzeigenschaften können beeinflusst werden.
Die oben erwähnte Tintentropfenausstoßvorrichtung, die in der japanischen Patentanmeldung Sho 51-45931 (1976) offen gelegt wurde, dient dem effizienten Ausstoß von Tintentropfen bei geringer Stromaufnahme. Um das Ziel zu erreichen, werden die Hochfrequenz-Ansteuerungssignale an zwei Druckerzeugungseinrichtungen angelegt und die Phasendifferenz zwischen dem Ansteuerungssignalen und der Amplitude werden so geändert, dass die durch die Druckerzeugungseinrichtung erzeugten Schwingungen erfolgreich zum Schwingen der Tinte kombiniert werden. Hierdurch wird ein Tintentropfen ausgestoßen. Das heißt, die Vorrichtung ist nicht dafür ausgelegt, Begleittropfen zu verhindern. Das Verfahren der Ansteuerung einer Druckerzeugungseinrichtung und die für das Vermeiden von Begleittropfen erforderliche Konfiguration werden beide ebenso nicht offen gelegt. Es wird auch kein Vorschlag zu einem solchen Verfahren in der Veröffentlichung gemacht.
Wie daher beschrieben, ist es schwierig, die Begleittropfen im Stand der Technik zufriedenstellend ohne Verringerung der Geschwindigkeit eines ausgestoßenen Tropfens, der Lebensdauer der Vorrichtung, den Frequenzeigenschaften und ohne Beschränkung der inhärenten Schwingungseigenschaften des piezoelektrischen Elements zu reduzieren.
Die Tintenstrahldrucker des Stands der Technik weisen weitere Probleme auf. 3 ist ein schematisches Diagramm eines Aufzeichnungskopfes und einer zugehörigen Ansteuerungsschaltung in einem Tintenstrahldrucker des Stands der Technik. Wie dargestellt, enthält ein Aufzeichnungskopf 500 eine Düse 501 und ein piezoelektrisches Element 502, das in Übereinstimmung mit einer Düse 501 vorgesehen ist. Das piezoelektrische Element 502 ist an einer Wand der Tintenkammer (nicht dargestellt) befestigt, in die Tinte durch eine Tintenführung (nicht dargestellt) zugeführt wird. Ein Steuerungssignal 504 einer speziellen Wellenform geht selektiv in das piezoelektrische Element 502 über eine An-/Ausschaltung 503 ein. Das heißt, das Ansteuerungssignal 504 geht nur an das piezoelektrische Element 502 ein, wenn die Schaltung 503 eingeschaltet ist. Bei Anwendung des Ansteuerungssignals 504 wird das piezoelektrische Element 502 in solch eine Richtung gebogen, dass das Volumen der Tintenkammer verringert wird. Hierdurch wird ein Tintentropfen durch die Düse 501 ausgestoßen.
Für solche Drucker ist eines der Verfahren zum Erzeugen von Halbtonbildern das punktweise Variieren der Tropfengröße. In der in 3 dargestellten Ansteuerungsschaltung des Aufzeichnungskopfes des Stands der Technik geht aber nur eine Art von Ansteuerungssignal 504 ein, so dass nur gesteuert wird, ob ein Ausstoß stattfindet oder nicht. In der Folge ist es unmöglich, das Variieren der Größe der ausgestoßenen Tropfen Tropfen für Tropfen zu steuern, obwohl das Intervall zwischen den aufgezeichneten Punkten gesteuert wird. Es ist daher schwierig, genau verschiedene Bilddarstellungen wie natürlichere Halbtonbilder zu erzeugen.
JP-A-08-118,622, auf dem die zweiteilige Form der Hauptansprüche beruht, legt einen Tintenstrahldrucker mit einer Tropfenauslassöffnung offen, durch die Tinte ausgestoßen werden kann, eine Tintenkammer und auch eine Tintenpassage und eine Tintenstrahlbahn, die die Tintenkammer und die Auslassöffnung verbindet, wobei die Auslassöffnung das Ende der Tintenstrahlbahn bildet. Die Querschnittsfläche der Tintenstrahlbahn ist viel kleiner als die Querschnittsfläche der Tintenkammer, in der beschriebenen Ausführungsform ist sie etwa 60 Mal kleiner. Der Drucker hat ein erstes piezoelektrisches Element ausgebildet, um das Volumen der Tintenstrahlkammer zu ändern und dadurch einen Druck in der Tintenkammer zu erzeugen. Der Drucker hat auch ein zweites piezoelektrisches Element ausgebildet, um das Volumen der Tintenstrahlbahn zu ändern. Eine Ausstoßsteuerungseinrichtung steuert das erste piezoelektrische Element zum Ausstoß von Tintentropfen und das zweite piezoelektrische Element zum Absondern des Tintentropfens aus der Tintenstrahlbahn.
Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ist ein Tintenstrahldrucker vorgesehen, umfassend:
eine Tropfenauslassöffnung, durch die ein Tintenstrahltropfen ausgestoßen werden kann;
eine Tintenkammer;
ein Durchführungsloch, das eine Verbindung zwischen der Tintenkammer und der Auslassöffnung herstellt, um die Auslassöffnung mit Tinte aus der Tintenkammer zu versorgen;
eine erste Druckerzeugungseinrichtung, die ausgebildet ist, um das Volumen der Tintenkammer durch Verstellen zu ändern und dadurch einen Druck in der Tintenkammer zu erzeugen; und
eine Ausstoßsteuerungseinrichtung, die zur Steuerung der ersten Druckerzeugungseinrichtung ausgebildet ist, um einen Druck zum Ausstoß eines Tintentropfens über die Auslassöffnung zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Tintenstrahldrucker weiterhin eine zweite Druckerzeugungseinrichtung enthält, die ausgebildet ist, um das Volumen der Tintenkammer durch Verstellen zu ändern und dadurch einen Druck in der Tintenkammer zu erzeugen; und
die Ausstoßsteuerungseinrichtung weiterhin ausgebildet ist, um die zweite Druckerzeugungseinrichtung zu steuern, um einen Druck zur Unterdrückung der Erzeugung winziger Tintentropfen zu erzeugen, die den Tintentropfen begleiten, der durch die Auslassöffnung ausgestoßen wird.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht ein Verfahren zum Ansteuern eines Aufzeichnungskopfes eines Tintenstrahldruckers aus einer Tropfenauslassöffnung, durch die ein Tintentropfen ausgestoßen werden kann; einer Tintenkammer; einem Durchführungsloch, das zwischen der Tintenkammer und der Auslassöffnung zur Versorgung der Auslassöffnung mit Tinte eine Verbindung herstellt; und einer ersten Druckerzeugungseinrichtung, die ausgebildet ist, um das Volumen der Tintenkammer durch Verstellen zu ändern und so einen Druck in der Tintenkammer zu erzeugen;
wobei das Verfahren das Erzeugen eines Ausstoßdrucks umfasst, der einen Tintentropfen über die Auslassöffnung ausstößt, indem das Volumen der Tintenkammer durch Verstellen der ersten Druckerzeugungseinrichtung geändert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenstrahldrucker weiterhin eine zweite Druckerzeugungseinrichtung enthält, die ausgebildet ist, um das Volumen der Tintenkammer durch Verstellen zu ändern und dadurch einen Druck in der Tintenkammer zu erzeugen, und das Verfahren weiterhin das Erzeugen eines Hilfsdrucks umfasst, der die Erzeugung winziger Tintentropfen unterdrückt, die den Tintentropfen begleiten, der durch die Auslassöffnung ausgestoßen wird, indem das Volumen der Tintenkammer durch Verstellen der zweiten Druckerzeugungseinrichtung geändert wird.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung anhand nicht als Einschränkung zu verstehender Beispiele mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlich, in denen:
1 eine Darstellung eines Ansteuerverfahrens eines Tintenstrahldruckers nach dem Stand der Technik ist.
2 eine Darstellung eines Ansteuerverfahrens eines weiteren Tintenstrahldruckers nach dem Stand der Technik ist.
3 ein Blockdiagramm eines Aufzeichnungskopfes und einer zugehörigen Ansteuerschaltung eines Tintenstrahldruckers nach dem Stand der Technik ist.
4 ein Blockdiagramm eines Tintenstrahldruckers einer Ausführungsform der Erfindung ist.
5 ein perspektivischer Querschnitt eines Beispiels eines Aufzeichnungskopfes ist.
6 ein Querschnitt des Aufzeichnungskopfes ist.
7A und 7B Beispiele von Ansteuerungssignalen zeigen, die von der in 4 dargestellten Kopfsteuereinheit ausgegeben werden.
8A bis 8C die Beziehung zwischen der Wellenform des in 7A dargestellten Ansteuerungssignals zum Ausstoß, den Zustand der Tintenkammer und der Meniskusposition in der Düse zeigen.
9A bis 9D die Beziehung zwischen den Wellenformen der in 7A und 7B dargestellten Ansteuerungssignale und den Verstellungsbeträgen des piezoelektrischen Elements zeigen.
10 Beispiele der Zustände von Tintentropfen zeigt, die durch Ansteuerungssignal-Wellenformen, die in 7A und 7B dargestellt wurden, ausgestoßen wurden.
11A und 11B Beispiele von Ansteuerungssignalen zeigen, die von der Kopfsteuereinheit eines Tintenstrahldruckers einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgegeben wurden.
12A bis 12D die Beziehung zwischen den Wellenformen der in 11A und 11B dargestellten Ansteuerungssignale und die Verstellungsbeträge der piezoelektrischen Elemente zeigen.
13A und 13A Beispiele von Ansteuerungssignalen zeigen, die von der Kopfsteuereinheit eines Tintenstrahldruckers einer dritten Ausführungsform der Erfindung ausgegeben wurden.
14A bis 14D die Beziehung zwischen den Wellenformen der in 13A und 13B dargestellten Ansteuerungssignale und die Verstellungsbeträge der piezoeleketrischen Elemente zeigen.
15 Beispiele der Zustände von Tintentropfen zeigt, die durch Ansteuerungssignal-Wellenformen, die in 13A und 13B dargestellt wurden, ausgestoßen wurden.
16 eine Draufsicht eines Modifikationsbeispiels eines Aufzeichnungskopfes ist, der in einem Tintenstrahldrucker der Ausführungen der Erfindung verwendet wird.
17 eine Darstellung eines Beispiels der Beziehung zwischen dem Durchmesser des ausgestoßenen Tropfens und der an das piezoelektrische Element angelegten Spannung ist.
18 eine Darstellung eines Beispiels der Beziehung zwischen der Geschwindigkeit des ausgestoßenen Tropfens und der an das piezoelektrische Element angelegten Spannung ist.
19 ein Blockdiagramm der Kopfsteuereinrichtung als Steuerungsvorrichtung eines Aufzeichnungskopfes eines Tintenstrahldruckers einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist.
20A und 20B Beispiele von Ansteuerungssignalen zeigen, die von dem in 4 dargestellten Ansteuerungswelleform-Generator ausgegeben wurden.
21A bis 21C die Beziehung zwischen der Wellenform des in 20A dargestellten Ansteuerungssignals zum Ausstoß, dem Zustand der Tintenkammer und der Meniskusposition in der Düse zeigen.
22 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Haupttätigkeit der Kopfsteuereinheit ist.
23 einige Ausstoßmuster zeigt, die von den in 19 dargestellten Selektoren ausgewählt und zusammengestellt wurden.
24 weitere Ausstoßmuster zeigt, die von den in 19 dargestellten Selektoren ausgewählt und zusammengestellt wurden.
25 ebenso weitere Ausstoßmuster zeigt, die von den in 19 dargestellten Selektoren ausgewählt und zusammengestellt wurden.
26 ebenso weitere Ausstoßmuster zeigt, die von den in 19 dargestellten Selektoren ausgewählt und zusammengestellt wurden.
27 eine Draufsicht eines Modifikationsbeispiels eines Aufzeichnungskopfes ist, der in einem Tintenstrahldrucker der Ausführungen der Erfindung verwendet wird.
[Erste Ausführungsform]
4 ist eine Prinzipdarstellung zur Veranschaulichung des Hauptteils eines Tintenstrahldruckers einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Obwohl in der Ausführungsform ein Tintenstrahldrucker mit einem Kopf mit mehreren Düsen beschrieben wird, kann die Erfindung auf einen Tintenstrahldrucker mit einem Kopf mit einer Düse angewendet werden. Eine Vorrichtung und ein Verfahren der Ansteuerung eines Aufzeichnungskopfes eines Tintenstrahldruckers der Ausführungsform, die mit dem Tintenstrahldrucker der Ausführungsform implementiert werden, werden ebenso beschrieben.
Ein Tintenstrahldrucker 1 umfasst: einen Aufzeichnungskopf 11 für die Aufzeichnung auf Aufzeichnungspapier 2 durch den Ausstoß von Tintentropfen darauf; eine Tintenpatrone 12 zur Zufuhr von Tinte in den Aufzeichnungskopf 11; eine Steuereinheit 13 zur Steuerung der Position des Aufzeichnungskopfes 11 und der Zufuhr von Papier 2; eine Kopfsteuereinheit 14 zur Steuerung des Ausstoßes der Tintentropfen des Aufzeichnungskopfes 11 mit einem Ansteuerungssignal 21; eine Bildverarbeitungseinrichtung 15 zur Durchführung einer speziellen Bildverarbeitung für Eingangsbilddaten und Bereitstellen der Daten als Bilddruckdaten 22 an die Kopfsteuereinrichtung 14; und eine Systemsteuereinrichtung 16 zur Steuerung der Steuereinheit 13, der Kopfsteuereinrichtung 14 und der Bildverarbeitungseinrichtung 15 mit jeweils den Steuersignalen 23, 24 und 25. Die Kopfsteuereinrichtung 14 entspricht der ‚Ausstoßsteuerungseinrichtung’ der Erfindung.
5 ist ein perspektivischer Querschnitt des in 4 dargestellten Aufzeichnungskopfes 11. 6 ist ein Querschnitt des in 5 dargestellten Aufzeichnungskopfes 11 in Richtung des Pfeils Z betrachtet. Wie dargestellt, umfasst der Aufzeichnungskopf 11 eine dünne Düsenplatte 111, eine Führungsplatte 112, die auf der Düsenplatte 111 angebracht ist; und eine Schwingungsplatte 113, die auf der Führungsplatte 112 angebracht ist. Die Platten sind beispielsweise mit einem nicht dargestellten Kleber zusammengeklebt.
Auf der Oberfläche der Führungsplatte 112 werden selektiv konkave Aussparungen gebildet. Die konkaven Aussparungen und die Schwingungsplatte 113 bilden eine Vielzahl von Tintenkammern 114 und eine gemeinsame Führung 115, die mit den Tintenkammer 114 in Verbindung steht. Die Verbindungsabschnitte zwischen der gemeinsamen Führung 115 und den Tintenkammern 114 sind schmal. Die Breite einer jeder Tintenkammer 114 nimmt in Richtung der der gemeinsamen Führung 115 abgewandten Seite zu. Ein Paar piezoelektrischer Elemente 116a und 116b werden jeweils auf der Schwingungsplatte 113 direkt über jeder Tintenkammer 114 befestigt. Nicht dargestellte Elektroden werden auf der Oberseite und Unterseite eines jeden der piezoelektrischen Elemente 116a und 116b aufgebracht. Ein Ansteuerungssignal von der Kopfsteuereinheit 14 (4) wird an die Elektroden angelegt. Beide piezoelektrischen Elemente 116a und 116b und die Schwingungsplatte 113 werden dadurch gebogen, um das Volumen einer jeden Tintenkammer 114 zu erhöhen (ausdehnen) und zu verringern (zusammenziehen). Die Tintenkammer entspricht einer ‚Tintenkammer der Erfindung’.
In der Ausführungsform werden die piezoelektrischen Elemente 116a und 116b so gebildet, dass die Verstellungsbeträge (in der folgenden Beschreibung als Verstellungskapazität bezeichnet) als Reaktion auf dieselbe angelegte Spannung gleich sind. Die piezoelektrischen Elemente 116a und 116b bestehen daher aus demselben Material und weisen dieselbe Dickenerstreckung und denselben Flächeninhalt auf. In der Folge wird eine spezielle Änderung im Volumen der Tintenkammer 114 durch dieselbe angelegte Spannung bewirkt. Alternativ können die Verstellungskapazitäten der piezoelektrischen Elemente 116a und 116b geändert werden, indem die Dickenerstreckung und Flächeninhalte von den Elementen 116a und 116b variiert werden. Das piezoelektrische Element 116a entspricht einer ‚ersten Druckerzeugungseinrichtung’ und das piezoelektrische Element 116b entspricht einer ‚zweiten Druckerzeugungseinrichtung’ der Erfindung.
Die Breite des Abschnitts einer jeder Tintenkammer 114, die der Seite, die mit der gemeinsamen Führung 115 verbunden ist, abgewandt ist, wird um Grade reduziert. Am Ende der Tintenkammer 114 wird ein Durchführungsloch 117 durch die Dickenerstreckung der Führungsplatte 112 gebildet. Das Durchführungsloch 117 ist mit einer kleinen Düse 118 verbunden, die in der Düsenplatte 111 gebildet wird, die die unterste Platte darstellt. Ein Tintentropfen wird durch die Düse 118 ausgestoßen. In der Ausführungsform hat der Aufzeichnungskopf 11 eine Vielzahl von Düsen 118 in gleichmäßigen Abständen in einer Reihe entlang der Richtung (Pfeil X in 5) der Papierzufuhr 2 (4). Die Düsen 118 können in anderer Weise als zweireihig versetzt angeordnet sein. Die Düse 118 entspricht einer ‚Tropfenauslassöffnung’ der Erfindung.
Die gemeinsame Führung 115 ist mit der in 4 dargestellten Tintenpatrone 12 verbunden (in 5 und 6 nicht dargestellt). Die Tinte wird regelmäßig in jede Tintenkammer 114 in konstanter Geschwindigkeit von der Tintenpatrone 12 über die gemeinsame Führung 115 zugeführt. Eine solche Tintenzufuhr kann durch Kapillarität durchgeführt werden. Alternativ kann ein Druckmechanismus für die Zufuhr der Tinte durch Anwendung von Druck in der Tintenpatrone 12 vorgesehen werden.
Durch einen Wagenansteuerungsmotor und dem zugehörigen Wagenmechanismus, die nicht abgebildet sind, wird der Aufzeichnungskopf 11 einer solchen Gestaltung in Richtung Y orthogonal zur Richtung X, in der das Papier 2 befördert wird, hin- und herbewegt während Tintentropfen ausgestoßen werden. Hierbei wird ein Bild auf das Papier 2 aufgezeichnet.
Obwohl nicht dargestellt, besteht die Kopfsteuereinheit 14 aus einem Mikroprozessor; einem Festspeicher (ROM, Read Only Memory) zum Speichern eines Programms, das vom Mikroprozessor ausgeführt wird; einem Schreib-Lese-Speicher (RAM, Random Access Memory) als Arbeitsspeicher für bestimmte Berechnungen, die vom Mikroprozessor ausgeführt werden, und temporärem Datenspeicher usw.; einem Ansteuerungswellenform-Speicherabschnitt aus nichtflüchtigem Speicher; einem Digital-Analog(D-A)-Wandler zur Konvertierung aus dem Speicherabschnitt gelesener digitaler Daten in analoge Daten, und einem Verstärker zur Verstärkung eines Ausgangssignals des D-A-Wandlers. Der Ansteuerungswellenform-Speicherabschnitt enthält Paare von Wellenform-Datenelementen, die Spannungswellenformen von Steuerungssignalen 21a und 21b zum Ansteuern der piezoelektrischen Elemente 116a und 116b jeder Düse des Aufzeichnungskopfes 11 darstellen. Die Wellenform-Datenelemente werden beispielsweise durch Eingang verschiedener Werte für die Parameter (Zeit- und Spannungsparameter) erzeugt, wie in 7 gezeigt. Es besteht eine spezielle Beziehung zwischen jedem Paar der Ansteuerungssignale 21a und 21b, die im Folgenden beschrieben wird. Die Wellenform-Datenelemente werden jeweils vom Mikroprozessor gelesen und vom D- A-Wandler in analoge Signale umgewandelt. Die Signale werden durch den Verstärker verstärkt und als Paare von Ansteuerungssignalen 21a und 21b ausgegeben. Die Anzahl der Paare ist gleich der Anzahl der Düsen ‚n’. Die Gestaltung der Kopfsteuereinheit 14 ist nicht auf die obige beschränkt, sondern kann auch auf andere Weise implementiert werden.
Aus dem Paar Ansteuerungssignale wird das Ansteuerungssignal 21a an das piezoelektrische Element 116a der entsprechenden Düse angelegt. Das Ansteuerungssignal 21b wird auf das piezoelektrische Element 116b der entsprechenden Düse angelegt. In 4 werden Paare der Ansteuerungssignale 21a und 21b als das Ansteuerungssignal 21 dargestellt, wobei die Anzahl der Paare ‚n’ ist.
7A und 7B zeigen Beispiele eines Zyklus (T) von Wellenformen der Ansteuerungssignale 21a und 21b. 7A und 78 zeigen jeweils die Ansteuerungssignale 21a und 21b. Die vertikale Achse gibt die Spannung an. Die horizontale Achse gibt die Zeit an. Die Zeit verläuft in den Graphen von links nach rechts. Bei den Ansteuerungssignalen ist das Ansteuerungssignal 21a ein Ansteuerungssignal zum Erzeugen eines Drucks zum Ausstoß eines Tintentropfens. Die Spannung des Ansteuerungssignals 21a enthält eine Rückzugsspannung Vp und eine Ausstoßspannung Va neben der Referenzspannung 0 V. Das Ansteuerungssignal 21b ist ein Hilfsansteuerungssignal zum Erzeugen von Druck zum Unterdrücken von Begleittropfen beim Ausstoß eines Tintentropfens. Die Spannung des Ansteuerungssignals 21b umfasst die Rückzugsspannung Vp und die Hilfsspannung Vb neben der Referenzspannung 0 V. Das Paar von Ansteuerungssignalen 21a und 21b wird entsprechend auf ein anderes Paar durch die Kopfsteuereinheit 14 zwischen den Ausstoßzyklen umgeschalten und an die entsprechende Düse übertragen.
Es werden im Folgenden 8A bis 8C für die Beschreibung der Bedeutung des Ansteuerungssignals 21a referenziert. 8A bis 8C zeigen die Beziehung zwischen der Wellenform des Ansteuerungssignals, dem Verhalten des piezoelektrischen Elements 116a, an das das Ansteuerungssignal angelegt wird; und die Veränderung in der Position des Endpunkts der Tinte in der Düse 118 (in der folgenden Beschreibung als Meniskusposition bezeichnet). 8A zeigt fast einen gesamten Zyklus der Wellenform des typischen Ansteuerungssignals 21a. 8B veranschaulicht den sich verändernden Zustand der Tintenkammer 114, wenn das Ansteuerungssignal 21a mit einer Wellenform wie in 8A dargestellt an das piezoelektrische Element 116a angelegt wird. 8C veranschaulicht die sich verändernde Meniskuspositionen in der Düse 118.
In 8A ist ein erster vorbereitender Schritt der Schritt, in dem eine Ansteuerungsspannung von der Referenzspannung von 0 V auf die Rückzugsspannung Vp (von A auf B) geändert wird. Ein zweiter vorbereitender Schritt ist der Schritt, in dem die Rückzugsspannung Vp für eine bestimmte Zeitspanne (von B bis C) gehalten wird. Ein erster Schritt ist der Schritt, in dem die Ansteuerungsspannung von der Rückzugsspannung Vp1 auf die Referenzspannung 0 V (von C auf D) geändert wird. Die für den ersten Schritt benötigte Zeit wird als t1 definiert. Ein zweiter Schritt ist der Schritt, in dem die Spannung 0 V in Bereitschaft beibehalten wird (von D auf E). Die für den zweiten Schritt benötigte Zeit wird als t2 definiert. Ein dritter Schritt ist der Schritt, in dem die Spannung 0 V auf die Ausstoßspannung Va (von E auf F) geändert wird. Die für den dritten Schritt benötigte Zeit wird als t3 definiert.
Punkt E der Ausführungsform, an dem der dritte Schritt gestartet wird, ist der Punkt, an dem der Ausstoß gestartet wird. Der erste und zweite vorbereitende Schritt und die ersten und zweiten Schritte gehen dem Beginn des Ausstoßes voran.
Da die an das piezoelektrische Element 116a angelegte Spannung 0 V beträgt, besteht an und vor Punkt A in der Schwingungsplatte 113 keine Biegung und das Volumen der Tintenkammer 114 ist maximal wie P_A in 8B. Am Punkt A, wie M_A in 8C, tritt die Meniskusposition in der Düse 118 von der Düsenkante in einer bestimmten Distanz zurück.
Als Nächstes wird der erste vorhergehende Schritt ausgeführt, um die Ansteuerungsspannung schrittweise von der Spannung von 0 V am Punkt A auf die Rückzugsspannung Vp an Punkt B zu erhöhen. Die Schwingungsplatte 113 wird hierdurch nach innen gebogen und die Tintenkammer 114 kontrahiert (P_B in 8B). Da die Kontraktionsgeschwindigkeit der Tintenkammer 114 langsam ist, kann die Meniskusposition in der Düse 118 durch die Volumenverringerung der Tintenkammer 114 weitergehen und einen Rückfluss der Tinte in die gemeinsame Führung 115 bewirken. Das Verhältnis der Tintenmenge, die nach vorne fließt, zu der Menge, die zurück fließt, hängt vor allem von dem Flusspassagenwiderstand in der Düse 118 und von dem in Verbindungsabschnitt zwischen der Tintenkammer 114 und der gemeinsamen Führung 115 ab. Durch Optimierung des Verhältnisses wird die Meniskusposition an Punkt B gesteuert, um beinahe die Düsenkante zu erreichen, wie M_B in 8C, ohne aus der Düsenkante hervorzustehen.
Als Nächstes wird der zweite vorbereitende Schritt durchgeführt, um das Volumen der Tintenkammer 114 konstant zu halten, indem die Ansteuerungsspannung auf der Rückzugsspannung Vp von Punkt B zu Punkt C beibehalten wird. Da die Tinte während dieses Schritts fortlaufend aus der Tintenpatrone 12 zugeführt wird, verlagert sich die Meniskusposition in der Düse 118 in Richtung der Düsenkante. An Punkt C geht die Position zu einer Position weiter, die aus der Düsenkante etwas hervortritt, wie M_C in 8C.
Als Nächstes wird der erste Schritt ausgeführt, um die Ansteuerungsspannung von der Rückzugsspannung Vp an Punkt C auf die Referenzspannung von 0 V an Punkt D zu reduzieren. Die an das piezoelektrische Element 116 angelegte Spannung wird hierdurch auf Null reduziert, so dass die Biegung in der Schwingungsplatte 113 beseitigt wird und die Tintenkammer 114 erweitert wird, wie bei P_D in 8B. In der Folge wird der Meniskus in der Düse 118 in Richtung Tintenkammer 114 zurückgezogen. An Punkt D geht der Meniskus so tief wie bis zu M_D in 8C zurück, das heißt, er bewegt sich von der Düsenkante weg. Der Rückzugsbetrag des Meniskus im ersten Schritt wird durch die Änderung der Rückzugsspannung Vp verändert, das heißt, der möglichen Differenz zwischen den Punkten C und D. Hierdurch kann die Tropengröße gesteuert werden. Dies liegt darin begründet, dass die Tropfengröße von der Meniskusposition zu Beginn des Ausstoßes abhängt. Je tiefer die Meniskusposition ist, umso kleiner ist die Tropfengröße.
Als Nächstes wird der zweite Schritt durchgeführt, um das Volumen der Tintenkammer 114 durch Feststellen der Ansteuerungsspannung auf null zu halten, um die Schwingungsplatte 113 während der Zeitspanne t2 von Punkt D zu Punkt E ohne Biegung zu halten (P_D bis P_E in 8C). Die Tinte wird während der Zeitspanne t2 fortlaufend aus der Tintenpatrone 12 zugeführt. Die Meniskusposition in der Düse 118 verlagert sich in Richtung der Düsenkante. Die Meniskusposition geht bis zum Zustand M_E weiter, der in 8C gezeigt wird. Der Betrag der Bewegung des Meniskus kann verändert werden, indem im zweiten Schritt die Zeit t2 geändert wird. Hierdurch wird die Meniskusposition am Startpunkt des dritten Schritts gesteuert. Das heißt, die Tropfengröße ist durch Anpassen der Zeit t2 steuerbar.
Als Nächstes wird der dritte Schritt ausgeführt, um die Ansteuerungsspannung von der Spannung 0 V an Punkt E auf die Ausstoßspannung Va an Punkt F plötzlich zu erhöhen. Punkt E ist der Startpunkt des Ausstoßes, wie oben beschrieben. An Punkt F wird die Schwingungsplatte 113 stark nach innen gebogen, wie P_F in 8B. Die Tintenkammer 114 wird dadurch plötzlich kontrahiert. In der Folge, wie M_F in 8C, wird der Meniskus in der Düse 118 ohne Unterbrechung gegen die Düsenkante gedrückt, wodurch ein Tintentropfen ausgestoßen wird. Der ausgestoßene Tropfen fliegt durch die Luft und landet auf dem Papier 2 (5).
Als Nächstes wird an Punkt G, bis zu dem eine bestimmte Zeitspanne mit der Ansteuerungsspannung als Ausstoßspannung Va verstrichen ist, die Ansteuerungsspannung wieder auf 0 V reduziert. Die Schwingungsplatte 113 kehrt hierdurch in einen nicht gebogenen Zustand zurück, wie in P_G in 8B an Punkt H. Dieser Zustand wird bis zum Punkt I gewahrt, an dem der erste vorbereitende Schritt des nächsten Ausstoßzyklus gestartet wird. An Punkt H wird sofort nach Verringerung der Ansteuerungsspannung auf erneut 0 V, wie M_H in 18C, die Meniskusposition um den Betrag zurückgezogen, der dem Gesamtvolumen der ausgestoßenen Tinte und der Erhöhung des Volumens der Tintenkammer 114 entspricht. Mit der Tintennachfüllung verlagert sich die Meniskusposition auf eine Stufe ähnlich wie M_A am Anfangspunkt A, wie M_I in 8C, am Punkt I, an dem der erste vorbereitende Schritt des nächsten Ausstoßzyklus begonnen wird.
Der Ausstoßzyklus ist somit abgeschlossen. Solch ein Operationszyklus wird für alle Düsen 118 auf parallele Weise wiederholt. Die Bildaufzeichnung auf dem Papier 2 (5) wird dadurch fortlaufend durchgeführt.
In der Ausführung ist die für den zweiten Schritt benötigte Zeit t2 kürzer als dafür, dass der Meniskus im ersten Schritt zurückgezogen wird, um die Düsenkante zu erreichen. Die Ausstoßspannung Va im dritten Schritt fallt in den Bereich, der den Ausstoß einen Tintentropfens ermöglicht. In 7A wird die Zeit, die für andere Zeitspannen als CD, DE und EF benötigt wird, dargestellt als: AB = τ1, BC = τ2, FG = t4 und GH = t5.
Im Folgenden wird nun mit Bezug auf 7A und 7B die Wellenform des Ansteuerungssignals 21b beschrieben. In der Ausführungsform ist der Abschnitt von A bis D des Ansteuerungssignals 21b derselbe wie die Wellenform des Ansteuerungssignals 21a. Die Zeit t6, die für die Zeitspanne DE' während der Spannung 0 V erforderlich ist, ist länger als die Zeit t2, die im zweiten Schritt für die Ansteuerungsspannung 21a erforderlich ist. Der Punkt E', an dem das Ansteuerungssignal 21b von der Referenzspannung 0 V auf die Hilfsspannung Vb anzusteigen beginnt, liegt hinter dem Startpunkt des Ausstoßes ‚te’ (Punkt E) des Ansteuerungssignals 21a der Zeit ‚td’. In 7B wird die für die Zeitspanne E'F' benötigte Zeit als ‚t7’ dargestellt, in der die Ansteuerungsspannung 21b von der Referenzspannung 0 V auf die Hilfsspannung Vb wechselt. Die ab Punkt F' erforderliche Zeit, an der die Ansteuerungsspannung 21b die Hilfsspannung Vb erreicht, bis zum Endpunkt G' des Aufrechterhaltens der Hilfsspannung Vb, wird als ‚t8’ dargestellt. Die für die Zeitspanne G'H' benötigte Zeit wird als ‚t9’ dargestellt, während der die Ansteuerungsspannung 21b von der Hilfsspannung Vb auf die Referenzspannung 0 V wechselt. Wie im Folgenden beschrieben, ist ein Merkmal der Erfindung, dass die Verzögerungszeit td entsprechend bestimmt wird.
Die Operation des in 4 dargestellten Tintenstrahldruckers 1 als Ganzes wird im Folgenden kurz beschrieben.
In 4 werden die zu druckenden Daten in den Tintenstrahldrucker von einer Informationsverarbeitungsvorrichtung wie einem Personal Computer eingegeben. Die Bildverarbeitungseinrichtung 15 führt eine spezielle Bildverarbeitung für die Eingangsdaten durch (wie die Erweiterung der komprimierten Daten) und die Daten gehen als Bilddruckdaten 22 an die Kopfsteuereinrichtung 14 aus.
Bei Empfang der Bilddruckdaten 22 von ‚n’ Punkten, die der Anzahl der Düsen im Aufzeichnungskopf 11 entsprechen, bestimmt die Kopfsteuereinrichtung 14 eine Tintentropfengröße zur Bildung eines Punktes für jede Düse 118 basierend auf den Bilddruckdaten 22. Die Kopfsteuereinrichtung 14 bestimmt dann Paare von Ansteuerungssignalen 21a und 21b, die jeweils an die einzelnen Düsen basierend auf den ermittelten Tropfengrößen übertragen werden. So wird zum Beispiel ein Paar von Ansteuerungswellenformen (wobei t2, Vp und Va groß sind), die eine große Tropfengröße erzielen, ausgewählt zur Darstellung von hoher Dichte. Ein Paar von Ansteuerungswellenformen (wobei t2, Vp und Va klein sind), die eine kleine Tropfengröße erzielen, wird ausgewählt, um eine niedrige Dichte oder eine hohe Auflösung darzustellen. Zur Darstellung zarter Halbtonbilder werden ein Paar von Ansteuerungswellenformen ausgewählt, die eine Tropfengröße erzielen, die sich etwas von den Nachbarpunkten unterscheiden. Wenn es Abweichungen in den Tropfenausstoßeigenschaften zwischen den Düsen gibt, kann ein Paar von Wellenformen ausgewählt werden, das die Abweichungen ausgleicht.
Nachdem die Punkte der Ansteuerungssignale für ‚n’ Punkte ermittelt wurden (das heißt, die Ansteuerungssignale, die an die Düsen übertragen wurden, der Anzahl ‚n’ ist), überträgt die Kopfsteuereinrichtung 14 das ausgewählte Ansteuerungssignal 21a an das piezoelektrische Element 116a einer jeder Düse 118 des Aufzeichnungskopfes 11 an dem Punkt zwischen den Ausstoßzyklen. Gleichzeitig überträgt die Kopfsteuereinrichtung 14 das ausgewählte Ansteuerungssignal 21b an das piezoelektrische Element 116b einer jeden Düse 118. Das piezoelektrische Element 116a einer jeden Düse 118 führt die Schritte aus, die mit Bezugnahme auf 8B beschrieben wurden, gemäß der Spannungswellenform des übertragenen Signals 21a zum Ausstoß eines Tintentropfens. Das piezoelektrische Element 116b einer jeden Düse 118 wird gemäß der Spannungswellenform des übertragenen Ansteuerungssignals 21b verstellt und führt die Operation zur Unterstützung des Ausstoßes durch, der vom piezoelektrischene Element 116a durchgeführt wird.
Mit Bezugnahme auf die 7A und 7B, 9A bis 9D und 10A sowie 10B werden im Folgenden die speziellen Funktionen des Tintenstrahldruckers der Ausführungsform beschrieben.
Wie im Abschnitt über die Techniken des Stands der Technik beschrieben, werden beim Ausstoß eines Tintentropfens oftmals Begleittropfen, das heißt winzige Tropfen, in einem System erzeugt, in dem ein Tintentropfen durch Erzeugen eines Drucks mit einem piezoelektrischen Elements ausgestoßen wird. Das Schweifende der Tinte, die in säulenförmiger Form fliegt, wird von seiner Spitze durch Unterschiede in Zeit und Geschwindigkeit getrennt. Der getrennte Endteil der Tinte bildet kleine Tropfen.
In der Ausführungsform wird die Tintenkammer 114 kontrahiert, um die Erzeugung solcher Begleittropfen zu verhindern, indem das Ansteuerungssignal 21a auf den Punkt E (Startpunkt des Ausstoßes ‚te’) ansteigt und die Referenzspannung 0 V auf die Ausstoßspannung Va geändert wird. Die Tintenkammer 114 wird durch Erhöhen des Ansteuerungssignals 21b von der Referenzspannung 0 V auf die Hilfsspannung Vb weiterhin kontrahiert, während das Ansteuerungssignal 21a auf der Ausstoßspannung Va gehalten wird und die Tintenkammer 114 sich im kontrahierten Zustand befindet. Dieses Merkmal wird ausführlicher mit Bezug auf 9A bis 9D beschrieben.
9A bis 9D zeigen die Beziehung zwischen den Änderungen in den Spannungswellenformen der Ansteuerungssignale 21a und 21b und den Verstellungen der piezoelektrischen Elemente 116a und 116b. Genau formuliert, zeigt 9A einen Hauptbestandteil der Wellenform des Ansteuerungssignals 21a. 9B zeigt die Verstellung des piezoelektrischen Elements 116a. 9C zeigt einen Hauptbestandteil der Wellenform des Ansteuerungssignals 21b. 9D zeigt die Verstellung des piezoelektrischen Elements 116b. Die horizontalen Achsen geben immer die Zeit an. Die vertikalen Achsen in 9A und 9C geben jeweils die Spannung an. Die vertikalen Achsen in 9A und 9C geben jeweils die Verstellung an.
Wie in 9A und 9B gezeigt, wird das piezoelektrische Element 116a in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer 114 durch eine Erhöhung der Spannung des Ansteuerungssignals 21a, das ab Punkt E begann, verschoben. Der Verstellungsbetrag des piezoelektrischen Elements 116b erreicht das Maximum an Punkt P, der Punkt F übersteigt, an dem die Spannung die Ausstoßspannung Va durch eine Massenkraft erreicht. Die Tintenkammer 114 ist am Punkt P am stärksten kontrahiert. Wie in 9C und 9D gezeigt, beginnt das Ansteuerungssignal 21b sich von der Referenzspannung 0 V auf die Hilfsspannung Vb an Punkt P (das heißt Punkt E') zu ändern, an dem der Verstellungsbetrag des piezoelektrischen Elements 116b das Maximum erreicht. Das piezoelektrische Element 116b wird hierdurch weiter in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer 114 verschoben. Der Verstellungsbetrag des piezoelektrischen Elements 116b erreicht ein Maximum an Punkt P', der Punkt F übersteigt, an dem die Spannung die Ausstoßspannung Vb durch eine Massenkraft wie oben beschrieben erreicht. Die Tintenkammer 114 wird daher am meisten an Punkt P kontrahiert. Auf diese Weise wird die Zeit, die das piezoelektrische Element 116a zum Erreichen des maximalen Verstellungspunktes P von der Verstellung von null benötigt, in der Ausführungsform als Verzögerungszeit ‚td’ definiert.
Das piezoelektrische Element 116a, an das die Ausstoßspannung Va des Ansteuerungssignals 21a angelegt wird, wird in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer verschoben, um damit einen Druck in der Tintenkammer 114 zu erzeugen. Tinte wird durch die Düse 118 durch Druck ausgestoßen. An diesen Punkt ist die aus der Düse 118 ausgestoßene Tinte im Auslauf und nimmt eine säulenförmige Form an. Das piezoelektrische Element 116b, an das die Hilfsspannung Vb des Ansteuerungssignals 21b am Punkt der maximalen Verstellung angelegt wird, wird so verstellt, um zusätzlichen Druck in der Tintenkammer 114 zu erzeugen. Die aus der Düse 118 ausgestoßene Tintensäule wird durch den Druck weiter ausgestoßen. Das Schweifende der Tintesäule erreicht daher die Spitze und wird in die Spitze integriert und bildet so einen einzigen Tropfen. Gleichzeitig wird der Tintenfluss unterbrochen und die Tintensäule wird sofort nach dem Schweifende abgeschnitten. Somit wird vermieden, dass sich der Schweif der Tintensäule ausdehnt, und die Erzeugung von Begleittropfen wird vermieden.
Während die Ausstoßspannung Va beibehalten wird, werden im piezoelektrischen Element 116a inhärente Schwingungen bewirkt. Das Verstellen des piezoelektrischen Elements 116a kehrt auf null zurück, wenn das Ansteuerungssignal 21a sich von der Ausstoßspannung Va an Punkt G in die Referenzspannung 0 V an Punkt H ändert. Inhärente sich allmählich abschwächende Schwingungen werden weiterhin bewirkt. Ebenso werden inhärente Schwingungen im piezoelektrischen Element 116b bewirkt, während die Hilfsspannung Vb beibehalten wird. Das Verstellen des piezoelektrischen Elements 116b kehrt auf null zurück, wenn das Ansteuerungssignal 21b sich von der Hilfsspannung Vb an Punkt G' in die Referenzspannung 0 V an Punkt H' ändert. Weiterhin werden inhärente sich allmählich abschwächende Schwingungen bewirkt.
10A und 10B zeigen die Zustände des Tintentropfenausstoßes, wobei die Verzögerungszeit td auf unterschiedliche Werte geändert wird. 10A zeigt die Veränderungen der Abschnittspunkte der Schweife der Tintentropfen, wobei die Verzögerungszeit td auf jeweils 14, 15 und 16 μs festgelegt wird. 10B zeigt die Zustände der Tintentropfen 36 μs nach dem Startpunkt des Ausstoßes ‚te’, wobei das piezoelektrische Element 116a nur durch das Ansteuerungssignal 21a verschoben wird und die Verzögerungszeit td auf jeweils 14, 15 und 16 μs festgelegt wird. Die Dickenerstreckung der piezoelektrischen Elemente 116a und 116b beträgt 25 m und die Dickenerstreckung der Schwingungsplatte 113 beträgt 25 μm. Die Zeit- und Spannungsparameter der in 7A und 7B dargestellten Ansteuerungssignale 21a und 21b werden wie folgt bestimmt. Die Einheit eines jeden Zeitparameters ist ‚μs'. Die Einheit eines jeden Spannungsparameters ist ‚V’.
τ1 = 30, τ2 = 10;
t1 = 9, t2 = 2, t3 = 4, t4 = 20, t5 = 8, t6 = 17, t7 = 4, t8 = 20, t9 = 8;
td = 15;
Vp = 35, Va = 30, Vb = 30.
Wie in 10A gezeigt, sind die Punkte des Abschneidens der Tintentropfen, an denen die Verzögerungszeit td auf jeweils 14, 15 und 16 μs festgelegt ist, die Punkte, an denen jeweils 31,2, 29,2 und 31,6 μs vom Startpunkt des Ausstoßes ‚te’ verstrichen sind. In jeweils den Zuständen nach Verstreichen von 36 μs vom Startpunkt des Ausstoßes ‚te’, wie in 10B dargestellt, wird der Schweif des Tintentropfens in den Fällen früher abgeschnitten, in denen die Verzögerungszeit td auf jeweils 14, 15 und 16 μs festgelegt ist, als in dem Fall, in dem der Ausstoß nur mit dem piezoelektrischen Element 116a durchgeführt wird. Insbesondere ist die Tropfenlänge, wenn die Verzögerungszeit td auf 15 μs festgelegt wird, kürzer als in den Fällen, in denen die Verzögerungszeit td auf jeweils 14 und 16 μs festgelegt wird.
Wie daher beschrieben, rückt der Punkt des Abschneidens des Tintentropfenschweifes vor, indem das Ansteuerungssignal 21b an das piezoelektrische Element 116b angelegt wird. Das Erzeugen von Begleittropfen wird daher unterdrückt. Insbesondere wird der Tropfenschweif am frühesten Punkt abgeschnitten, an dem die Verzögerungszeit td auf 15 μs festgelegt ist und das Erzeugen von Begleittropfen am wirkungsvollsten unterdrückt wird. In der Ausführungsform ist die Verzögerungszeit von 15 μs nahezu gleich der Zeit, die das piezoelektrische Element 116a benötigt, um den maximalen Verstellungspunkt von dem Punkt zu erreichen, an dem die Verstellung des piezoelektrischen Elements 116a beginnt. Das heißt, die Erzeugung von Begleittropfen wird am wirkungsvollsten unterdrückt, indem die Steuerung dergestalt ausgeübt, dass das Verschieben des piezoelektrischen Elements 116b durch Erhöhen der Hilfsspannung Vb des Ansteuerungssignals 21b an dem Punkt beginnt, an dem der Verstellungsbetrag des piezoelektrischen Elements 116a durch die Ausstoßspannung Va des Ansteuerungssignals 21a maximal ist.
Gemäß der bislang beschriebenen Ausführungsform ist jede Tintenkammer 114 entsprechend jeder Düse mit zwei piezoelektrischen Elementen 116a und 116b versehen. Nachdem der Tintentropfenausstoß durch das piezoelektrische Element 116a begonnen wurde, wird die Tintenkammer 114 weiter kontrahiert, wobei eine Verstellung des anderen piezoelektrischen Elements 116b bewirkt wird, während die Tintenkammer 114 durch Verstellen des piezoelektrischen Elements 116a kontrahiert wird. In der Folge wird der Tintentropfenschweif in einer frühen Phase abgeschnitten und die Erzeugung von Begleittropfen unterdrückt. Im Besonderen wird die Erzeugung von Begleittropfen am wirkungsvollsten durch den Beginn des Verstellens des piezoelektrischen Elements 116b an dem Punkt unterdrückt, an dem der Verstellungsbetrag des piezoelektrischen Elements 116a maximal ist.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt, in der die Verstellung des piezoelektrischen Elements 116b an dem Punkt gestartet wird, an dem der Verstellungsbetrag des piezoelektrischen Elements 116a maximal ist, wie in 9A bis 9D gezeigt. Obwohl diese Ausführungsform bevorzugt ist, können ähnliche Wirkungen erzielt werden, indem die Verstellung des piezoelektrischen Elements 116b zu beliebiger Zeit begonnen wird, wenn die Tintenkammer 114 kontrahiert ist (das heißt, die zwischen den Punkten E und H in 9B).
[Zweite Ausführungsform]
Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Im Tintenstrahldrucker der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird, um das Erzeugen von Begleittropfen zu vermeiden, wie in 11A und 11B gezeigt, ein von der Kopfsteuereinrichtung 14 ausgehendes Ansteuerungssignal 21a' von der Referenzspannung 0 V auf die Ausstoßspannung Va an Punkt E (Startpunkt des Ausstoßes ‚te’) erhöht, um das piezoelektrische Element 116a in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer zu verschieben. Dann wird die Operation zum Verschieben des piezoelektrischen Elements 116a in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer 114 an Punkt G begonnen. Gleichzeitig wird ein von der Kopfsteuereinrichtung 14 ausgegebenes Ansteuerungssignal 21b' von der Referenzspannung 0 V auf eine Hilfsspannung Vb dergestalt erhöht, dass das piezoelektrische Element 116b in Richtung des Kontrahierens der Tintenkammer mit einer Zeitsteuerung, die nahezu parallel zur Verstelloperation des piezoelektrischen Elements 116a in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer ist, verschoben wird. Die Grundgestaltung des Tintenstrahldruckers der zweiten Ausführungsform entspricht der ersten Ausführungsform, die in 4 bis 6 dargestellt wird, und wird daher nicht beschrieben.
11A und 11B zeigen die Wellenformen der Ansteuerungssignale 21a' und 21b' des einen Zyklus (T), der 7A und 7B der vorherigen ersten Ausführungsform entspricht. Da die Ansteuerungssignale 21a' und 21b' Wellenformmuster aufweisen, die ähnlich denen der Ansteuerungssignale 21a und 21b sind, die in 7A und 7B dargestellt werden, werden zur einfacheren Beschreibung ähnliche Kennziffern für die entsprechenden Spannungswechselpunkte, Spannungsparameter und Zeitparameter verwendet.
Bei den Ansteuerungssignalen ist das Ansteuerungssignal 21a' ein Ansteuerungssignal zum Erzeugen eines Drucks zum Ausstoß eines Tintentropfens. Die Spannung des Ansteuerungssignals 21a' umfasst die Rückzugsspannung Vp und die Ausstoßspannung Va neben der Referenzspannung 0 V. Die Bedeutung des Ansteuerungssignals 21a' entspricht dem des Ansteuerungssignals 21a der vorherigen Ausführungsform, die in Bezug auf die Zeichnungen 8A bis 8C beschrieben wurde und wird daher nicht beschrieben. Das Ansteuerungssignal 21b' ist ein Hilfssignal zum Erzeugen eines Drucks zum Unterdrücken von Begleittropfen, wenn ein Tintentropfen ausgestoßen wird. Die Spannung des Ansteuerungssignals 21b' umfasst die Rückstellungsspannung Vp und die Hilfsspannung Vb neben der Referenzspannung 0 V. Das Paar von Ansteuerungssignalen 21a' und 21b' wird entsprechend auf ein anderes Paar durch die Kopfsteuereinheit 14 zwischen den Ausstoßzyklen umgeschalten und an die entsprechende Düse übertragen. In der zweiten Ausführungsform ist ebenso die für den zweiten Schritt benötigte Zeit t2 kürzer als dafür, dass der Meniskus im ersten Schritt zurückgezogen wird, um die Düsenkante zu erreichen. Die Ausstoßspannung Va im dritten Schritt fällt in den Bereich, der den Ausstoß einen Tintentropfens ermöglicht.
Im Folgenden wird nun für 11A und 11B die Wellenform des Ansteuerungssignals 21b' ausführlicher beschrieben. In der Ausführungsform ist der Abschnitt von A bis D des Ansteuerungssignals 21b' ähnlich zu dem der Wellenform des Ansteuerungssignals 21a'. Die Zeit t6, die für die Zeitspanne DE' während der bestehenden Spannung 0 V benötigt wird, ist gleich der Zeitspanne DG (= t2 + t3 + t4) des Ansteuerungssignals 21a'. Das Ansteuerungssignal 21b' wird beginnend bei der Referenzspannung 0 V auf die Hilfsspannung Vb an Punkt G (= Punkt E') erhöht, an dem das Ansteuerungssignal 21a' von der Ausstoßspannung Va auf die Referenzsspannung 0 V zu fallen beginnt. Wie daher beschrieben, ist ein Merkmal der Erfindung, dass das Ansteuerungssignal 21b' so erhöht wird, dass das piezoelektrische Element 116b in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer verschoben wird, wobei parallel dazu das Ansteuerungssignal 21a' sinkt, so dass das piezoelektrische Element 116a in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer verschoben wird. Dieses Merkmal wird im Folgenden beschrieben.
Mit Bezug auf 11A und 11B und 12A bis 12D wird nun die Operation speziell für die zweite Ausführungsform beschrieben. 12A bis 12D zeigen die Beziehung zwischen den Änderungen der Spannungswellenformen der Ansteuerungssignale 21a' und 21b' sowie die Verstellungen der piezoelektrischen Elemente 116a und 116b, die 9A bis 9D der vorherigen ersten Ausführungsform entsprechen.
Wie in 12A und 12B gezeigt, wird das piezoelektrische Element 116a in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer durch eine Erhöhung der Spannung des Ansteuerungssignals 21a' ab Punkt E verschoben. Der Verstellungsbetrag des piezoelektrischen Elements 116a erreicht das Maximum an Punkt P, der Punkt F übersteigt, an dem die Spannung die Ausstoßspannung Va durch eine Massenkraft erreicht. Die Tintenkammer 114 ist am stärksten an Punkt P kontrahiert. Das Ansteuerungssignal 21a' beginnt an Punkt P zu sinken (Punkt G in 12A) und erreicht die Referenzspannung 0 V an Punkt H. Das piezoelektrische Element 116a wird dadurch in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer verschoben und kehrt in den Anfangszustand zurück. Wie in 12C und 12D gezeigt, beginnt das Ansteuerungssignal 21b' von der Referenzspannung 0 V auf die Hilfsspannung Vb an Punkt E' zu steigen, der Punkt G entspricht, an dem das Ansteuerungssignal 21a' wieder zu sinken beginnt. Das piezoelektrische Element 116b wird hierdurch in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer 114 verschoben. Der Verstellungsbetrag des piezoelektrischen Elements 116b erreicht durch eine Massenkraft wie oben beschrieben ein Maximum an Punkt P', der Punkt F' übersteigt, an dem die Spannung die Ausstoßspannung Vb erreicht.
In der so beschriebenen Ausführungsform wird das piezoelektrische Element 116b von dem Zustand ohne Verstellung in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer parallel dazu verschoben, dass das piezoelektrische Element 116a in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer verschoben wird. Das heißt, die Verstellungen der piezoelektrischen Elemente 116a und 116b finden parallel in einander entgegengesetzten Richtungen statt.
Das piezoelektrische Element 116a, auf das die Ausstoßspannung Va des Ansteuerungssignals 21a angelegt wird, wird in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer verschoben, um dadurch einen Druck in der Tintenkammer 114 zu erzeugen. Tinte wird durch die Düse 118 durch Druck ausgestoßen. An diesen Punkt ist die aus der Düse 118 ausgestoßene Tinte im Auslauf und nimmt eine säulenförmige Form an. Als Nächstes wird damit begonnen, das piezoelektrische Element 116a in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer zu verschieben, das Schweifende der Tinte wird zurückgezogen und wird dünn. An Punkt P (Punkt E') wird das piezoelektrische Element 116b in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer verschoben, um weiteren Druck in der Tintenkammer 114 zu erzeugen. Die Tintensäule wird dann durch den Druck ausgeweitet und dies führt zu einer Unterbrechung des Tintenflusses. Die Tintensäule wird hierdurch in einer früheren Stufe abgeschnitten und es wird verhindert, dass der Schweif der Tintensäule sich ausdehnt. In der Folge wird das Erzeugen von Begleittropfen unterdrückt.
An Punkt H kehrt die Verstellung des piezoelektrischen Elements 116a auf null zurück und im piezoelektrischen Element 116a werden inhärente Schwingungen bewirkt, die allmählich abklingen. Ebenso kehrt die Verstellung des piezoelektrischen Elements 116b an Punkt H' auf null zurück und im piezoelektrischen Element 116b werden inhärente Schwingungen bewirkt, die allmählich abklingen.
Ein spezielles Beispiel wird im Folgenden beschrieben. Die Dickenerstreckung der piezoelektrischen Elemente 116a und 116b beträgt 25 μm und die Dickenerstreckung der Schwingungsplatte 113 beträgt 25 μm. Die Zeit- und Spannungsparameter der in 11A und 11B dargestellten Ansteuerungssignale 21a' und 21b' werden wie folgt bestimmt. Die Einheit eines jeden Zeitparameters ist ‘μs’. Die Einheit eines jeden Spannungsparameters ist ‚V’.
τ1 = 30, τ2 = 10;
t1 = 9, t2 = 2, t3 = 2, t4 = 3, t5 = 11, t6 = 7, t7 = 2, t8 = 8, t9 = 8;
Vp = 35, Va = 33, Vb = 30.
Gemäß der bislang beschriebenen Ausführungsform ist jede Tintenkammer 114 entsprechend jeder Düse mit zwei piezoelektrischen Elementen 116a und 116b versehen. Der Tintentropfenausstoß beginnt durch Verschieben des einen piezoelektrischen Elements 116a in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer. Das andere piezoelektrische Element 116b wird dann vom Zustand ohne Verstellung in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer parallel dazu verschoben, dass das piezoelektrische Element 116a in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer verschoben wird. In der Folge wird der Tintentropfenschweif in einer frühen Phase abgeschnitten und die Erzeugung von Begleittropfen dadurch unterdrückt. Im Besonderen wird die Erzeugung von Begleittropfen wirksamer unterdrückt, indem das piezoelektrische Element 116a beginnt, zu einem Punkt oder nahe einem Punkt zurückzukehren (Beginn der Verschiebung in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer), an dem der Verstellungsbetrag des piezoelektrischen Elements 116a maximal in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer ist.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt, wobei Punkt G, an dem das piezoelektrische Element 116a beginnt, in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer verschoben zu werden, mit dem Punkt E' zusammenfällt, an dem das piezoelektrische Element 116b beginnt, in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer verschoben zu werden.
Die Zeitsteuerung kann so festgelegt werden, dass das piezoelektrische Element 116b in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer nahezu parallel dazu verschoben wird, dass das piezoelektrische Element 116a in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer verschoben wird. Die Bedingung für das Erreichen dieses Zustands ist, dass die in 11A und 11B dargestellten Zeitparameter die folgenden Ausdrücke (1) und (2) erfüllen. t2 + t3 + t4 < t6 + t7 (1) t2 + t3 + t4 + t5 > t6 (2)
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt, in der das piezoelektrische Element 116a beginnt, in den Anfangszustand (in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer) an dem Punkt zurückzukehren, an dem der Verstellungsbetrag des piezoelektrischen Elements 116a maximal ist. Alternativ kann das piezoelektrische Element 116a an jedem anderen Punkt beginnen, in den Anfangszustand zurückzukehren. Der Tintentropfenschweif wird aber in einer früheren Phase dünner, wenn das piezoelektrische Element 116a an oder nahe einem Punkt beginnt, in den Anfangszustand zurückzukehren, an dem der Verstellungsbetrag des piezoelektrischen Elements 116a maximal ist. Die Tropfengrößer wird hierdurch kleiner.
[Dritte Ausführungsform]
Im Folgenden wird eine andere weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Im Tintenstrahldrucker der dritten Ausführungsform der Erfindung zum Verhindern der Erzeugung von Begleittropfen, wie in 13A und 13B gezeigt, wird ein von der Kopfsteuereinrichtung 14 ausgehendes Ansteuerungssignal 21b'' als Rückzugsspannung Vp vorab gehalten, um das piezoelektrische Element 116a kontrahiert zu halten. In diesem Zustand werden der ersten bis dritte Schritt des piezoelektrischen Elements 116a (8A bis 8C) durch ein von der Kopfsteuereinrichtung 14 ausgegangenes Ansteuerungssignal 21a'' durchgeführt. In dem Zustand, in dem das piezoelektrische Element 116a in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer durch das Ansteuerungssignal 21a'' nach dem dritten Schritt verschoben wird, wird das Ansteuerungssignal 21b'' gesenkt, um das piezoelektrische Element 116b in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer zu verschieben. Die Grundgestaltung des Tintenstrahldruckers der zweiten Ausführungsform entspricht der ersten Ausführungsform, die in 4 bis 6 dargestellt ist, und die zugehörige Beschreibung wird weggelassen.
13A und 13B zeigen die Wellenformen der Ansteuerungssignale 21a'' und 21b'' eines Zyklus (T), was 7A und 7B der vorherigen ersten Ausführungsform entspricht. Da das Ansteuerungssignal 21a'' ein Wellenformmuster aufweist, das ähnlich dem des in 7A dargestellten Ansteuerungssignals 21a ist, und das Ansteuerungssignal 21b'' ein Wellenformmuster aufweist, das ähnlich der ersten Hälfte der Wellenform des in 7B dargestellten Ansteuerungssignals 21b ist, werden zur einfacheren Beschreibung ähnliche Kennziffern für die entsprechenden Spannungswechselpunkte, Spannungsparameter und Zeitparameter verwendet.
Das Ansteuerungssignal 21a'' ist ein Ansteuerungssignal zum Erzeugen eines Drucks zum Ausstoß eines Tintentropfens. Die Spannung des Ansteuerungssignals 21a' umfasst die Rückzugsspannung Vp und die Ausstoßspannung Va neben der Referenzspannung 0 V. Die Bedeutung des Ansteuerungssignals 21a'' entspricht dem des Ansteuerungssignals 21a der vorherigen Ausführungsform, die in Bezug auf die Zeichnungen 8A bis 8C beschrieben wurde, und die Beschreibung wird daher weggelassen. Das Ansteuerungssignal 21b'' ist ein Hilfssignal zum Erzeugen eines Drucks zum Unterdrücken von Begleittropfen, wenn ein Tintentropfen ausgestoßen wird. Die Spannung des Ansteuerungssignals 21'' umfasst die Referenzspannung 0 V und die Rückzugsspannung Vp. Das Paar der Ansteuerungssignale 21a'' und 21b'' wird durch die Kopfsteuereinheit 14 entsprechend auf ein anderes Paar zwischen den Ausstoßzyklen umgeschalten und an die entsprechende Düse übertragen. In der dritten Ausführungsform ist ebenso die für den zweiten Schritt benötigte Zeit t2 kürzer als dafür, dass der Meniskus im ersten Schritt zurückgezogen wird, um die Düsenkante zu erreichen. Die Ausstoßspannung Va im dritten Schritt fällt in den Bereich, der den Ausstoß einen Tintentropfens ermöglicht.
Im Folgenden wird nun mit Bezug auf 13A und 138 die Wellenform des Ansteuerungssignals 21b'' ausführlicher beschrieben. In der Ausführungsform wechselt das Ansteuerungssignal 21b'' von der Referenzspannung 0 V auf die Rückzugsspannung Vp in Abschnitt AB als das Ansteuerungssignal 21a''. Die Rückzugsspannung Vp wird gehalten bis der spezifische Punkt C nach Punkt F im Ansteuerungssignal 21a'' die Ausstoßspannung Va erreicht. An Punkt C sinkt die Rückzugsspannung Vp plötzlich auf die Referenzspannung 0 V. In 13A und 13B geht die Zeit ‚td’ von Startpunkt des Ausstoßes ‚te’ des Ansteuerungssignals 21a'' (das heißt Punkt E, an dem das Ansteuerungssignal 21a'' von der Referenzspannung 0 V auf die Ausstoßspannung Va zu steigen beginnt) bis Punkt C', an dem das Ansteuerungssignal 21b'' von der Rückzugsspannung Vp auf die Referenzspannung 0 V zu sinken beginnt. Die für den Abschnitt BC' benötigte Zeit, in der die Rückzugsspannung Vp gehalten wird, wird als t1 + t2 + td ausgedrückt, wobei td > t3 ist. In 13B wird die Zeit, die für den Abschnitt C'D' benötigt wird, während dem das Ansteuerungssignal 21b'' von der Rückzugsspannung Vp auf die Referenzsspannung 0 V wechselt, als t1 dargestellt. Ein Merkmal der Erfindung ist, dass die Verzögerungszeit td in geeigneter Weise bestimmt wird.
Mit Bezug auf 13A und 13B bis 15 wird nun die Operation speziell für die dritte Ausführungsform beschrieben. 14A bis 14D zeigen die Beziehung zwischen den Änderungen der Spannungswellenformen der Ansteuerungssignale 21a'' und 21b'' sowie die Verstellungen der piezoelektrischen Elemente 116a und 116b, die 9A bis 9D der vorherigen ersten Ausführungsform entsprechen.
Wie in 14C und 14D dargestellt, wird das piezoelektrische Element 116b, das sich näher an der Düse befindet, in einem Zustand gehalten, der in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer verschoben ist, indem das Ansteuerungssignal 21b'' vorab auf der Rückzugsspannung Vp gehalten wird. In diesem Zustand beginnt das piezoelektrischee Element 116a, das näher an der Führung ist, wie in 14A und 14B gezeigt, mit der Verschiebung in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer an Punkt E durch eine Erhöhung der Spannung des Ansteuerungssignals 21a''. Der Verstellungsbetrag des piezoelektrisches Element 116a erreicht ein Maximum durch eine Massenkraft an Punkt P, der Punkt F übersteigt, an dem die Spannung die Ausstoßspannung Va erreicht. Wie in 14C und 14D dargestellt, beginnt das Ansteuerungssignal 21b'' von der Rückzugsspannung Vp auf die Referenzsspannung 0 V an dem spezifischen Punkt C nach dem Punkt F zu sinken, an dem das Ansteuerungssignal 21a'' die Ausstoßspannung Va erreicht (das heißt dem Punkt nach Verstreichen der Zeitspanne ‚td’ vom Startpunkt des Ausstoßes ‚tc’ [= Punkt E]). Da Ansteuerungssignal 21b'' erreicht dann die Referenzspannung 0 V an Punkt D'. Das piezoelektrische Element 116b wird dadurch plötzlich in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer verschoben.
Wie in 14A und 14B gezeigt, wird das piezoelektrische Element 116a, an das die Ausstoßspannung Va des Ansteuerungssignals 21a'' angelegt wird, in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer verschoben, um damit einen Druck in der Tintenkammer 114 zu erzeugen. Tinte wird durch die Düse 118 durch Druck ausgestoßen. An diesen Punkt ist die aus der Düse 118 ausgestoßene Tinte im Auslauf und nimmt eine säulenförmige Form an. Andererseits sinkt die an das piezoelektrische Element 116b angelegte Spannung von der Rückzugsspannung Vp auf die Referenzspannung 0 V an Punkt C, nachdem die Zeit ‚td’ verstrichen ist, seit beim piezoelektrischen Element 116a mit der Verschiebung begonnen wurde. Das piezoelektrische Element 116b wird hierdurch plötzlich in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer verschoben, um somit einen negativen Druck in der Tintenkammer 114 zu erzeugen. Das Schweifende der Tintensäule, die durch die Düse 118 ausgestoßen wird, wird durch den negativen Druck zurückgezogen. Der Tintenfluss wird hierdurch unterbrochen und die Tintenspalte wird zwischen der Spitze und dem Schweif abgeschnitten. Somit wird vermieden, dass sich der Schweif der Tintensäule ausdehnt und die Erzeugung von Begleittropfen wird unterdrückt.
Während die Ausstoßspannung Va beibehalten wird, werden im piezoelektrischen Element 116a inhärente Schwingungen bewirkt. Wenn das Ansteuerungssignal 21a'' sich von der Ausstoßspannung Va an Punkt G in die Referenzspannung 0 V an Punkt H ändert, kehrt die Verstellung des piezoelektrischen Elements 116a auf null zurück. Dann werden inhärente Schwingungen bewirkt, die sich allmählich abschwächen. Nach Punkt D', an der die Spannung die Referenzspannung 0 V erreicht, werden inhärente Schwingungen um die beabsichtigte Verstellungsposition im piezoelektrischen Element 116b bewirkt, die sich allmählich abschwächen.
15A und 15B zeigen die Zustände des Tintentropfenausstoßes, wobei sich die Verzögerungszeit ‚td’ zwischen dem Startpunkt des Ausstoßes ‚te’ (Punkt E) und Punkt C befindet, an dem das Ansteuerungssignal 21b'' auf verschiedene Werte geändert wird. 15A zeigt die Änderungen der Punkte, an denen die Tintentropfenschweife abgeschnitten werden, wobei die Verzögerungszeit td auf jeweils 10, 9, 8 und 7 μs festgelegt wird. 15B zeigt die Zustände der Tintentropfen 32 μs nach dem Startpunkt des Ausstoßes ‚te’, wobei das piezoelektrische Element 116a nur durch das Ansteuerungssignal 21a'' verschoben ist und die Verzögerungszeit td auf jeweils 10, 9, 8 und 7 μs festgelegt ist. Die Dickenerstreckung der piezoelektrischen Elemente 116a und 116b beträgt 25 μm und die Dickenerstreckung der Schwingungsplatte 113 beträgt 25 μm. Die Zeit- und Spannungsparameter der in 13A und 13B dargestellten Ansteuerungssignale 21a'' und 21b'' werden wie folgt bestimmt. Die Einheit eines jeden Zeitparameters ist ‘s’. Die Einheit eines jeden Spannungsparameters ist ‚V’.
τ1 = 30, τ2 = 10;
t1 = 9, t2 = 2, t3 = 5, t4 = 50, to = 50, t6 = 1;
td = 9;
Vp = 35, Va = 35, Vb = 35.
Wie in 15A gezeigt, sind die Punkte des Abschneidens der Tintentropfen, an denen die Verzögerungszeit td auf jeweils 10, 9, 8 und 7 μs festgelegt ist, die Punkte, an denen jeweils 23, 21,8, 22,8 und 36 μs vom Startpunkt des Ausstoßes ‚te’ verstrichen sind. In den Zuständen nach Verstreichen von 32 μs vom Startpunkt des Ausstoßes ‚te’, wie in 15B dargestellt, wird der Schweif des Tintentropfens in den Fällen früher abgeschnitten, in denen die Verzögerungszeit td auf jeweils 10, 9 und 8 μs festgelegt ist, als in dem Fall, in dem der Ausstoß nur mit dem piezoelektrischen Element 116a durchgeführt wird. Insbesondere werden keine Begleittropfen erzeugt, wenn die Verzögerungszeit td auf 9 μs im Unterschied zu den Fällen festgelegt wird, in denen die Verzögerungszeit td auf andere Werte festgelegt wird. Wird aber die Verzögerungszeit td auf 7 μs oder niedriger festgelegt, wird der durch das piezoelektrische Element 116a erzeugte Ausstoßdruck durch den vom piezoelektrischen Element 116b erzeugten negativen Druck aufgehoben und die Geschwindigkeit des ausgestoßenen Tintentropfens reduziert. Insbesondere wird kein Tintentropfen ausgestoßen, wenn die Verzögerungszeit td auf 5 μs festgelegt wird.
Wie daher beschrieben, rückt der Abschneidepunkt des Tintentropfenschweifes vor, indem das Ansteuerungssignal 21b'' auf das piezoelektrische Element 116b angelegt wird. Das Erzeugen von Begleittropfen wird daher unterdrückt. Insbesondere wird der Tropfenschweif am frühesten Punkt abgeschnitten, wenn die Verzögerungszeit td auf 9 μs festgelegt wird und das Erzeugen von Begleittropfen am wirkungsvollsten unterdrückt wird. In der Ausführungsform ist die Verzögerungszeit von 9 μs nahezu gleich der Zeit, die das piezoelektrische Element 116a benötigt, um den maximalen Verstellungspunkt P (9B) von dem Punkt aus zu erreichen, an dem die Verstellung des piezoelektrischen Elements 116a beginnt. Das heißt, die Erzeugung von Begleittropfen wird am wirkungsvollsten unterdrückt, indem das Verstellen des piezoelektrischen Elements 116b in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer begonnen wird, indem das Ansteuerungssignal 21b'' auf den Punkt sinkt, an dem der Verstellungsbetrag des piezoelektrischen Elements 116a durch die Ausstoßspannung Va des Ansteuerungssignals 21a'' maximal ist.
Gemäß der bislang beschriebenen Ausführungsform ist jede Tintenkammer 114 entsprechend jeder Düse mit zwei piezoelektrischen Elementen 116a und 116b ausgebildet. Das piezoelektrische Element 116b, das näher an der Düse ist, wird vorab in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer verschoben. In diesem Zustand wird der Tintentropfenausstoß gestartet, indem das näher an die Tintenzufuhr befindliche piezoelektrische Element 116a in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer verschoben wird. Das andere piezoelektrische Element 116b wird dann in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer verschoben, um so einen negativen Druck in der Tintenkammer 114 zu erzeugen. In der Folge wird der Tintentropfenschweif in einer frühen Phase abgeschnitten und die Erzeugung der Begleittropfen dadurch unterdrückt. Im Besonderen wird die Erzeugung von Begleittropfen am wirksamsten unterdrückt, indem beim piezoelektrischen Element 116b begonnen wird, es in Richtung der Erweiterung der Tintenkammer an einen Punkt zu verschieben, an dem der Verstellungsbetrag des piezoelektrischen Elements 116a maximal in Richtung der Kontraktion der Tintenkammer ist.
Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt, in der an dem Punkt mit dem Verschieben des piezoelektrische Elements 116b begonnen wird, an dem der Verstellungsbetrag des piezoelektrischen Elements 116a maximal ist. Obwohl die Ausführungsform vorzuziehen ist, können ähnliche Wirkungen erreicht werden, indem das Verschieben des piezoelektrischen Elements 116b an jedem beliebigen anderen Punkt begonnen wird, nachdem mit dem Verschieben des piezoelektrischen Elements 116a begonnen wird.
Die Erfindung ist nicht auf die bisher beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann immer noch auf andere Arten ausgeübt werden.
Zum Beispiel sind die in den vorhergehenden Ausführungsformen (7A und 7B, 11A und 11B, 13A und 13B) erwähnten Zeit- und Spannungsparameter nur Beispiele und können entsprechend in andere Werte geändert werden. Zum Beispiel können die Spannungen unterschiedliche Werte aufweisen, obwohl die Rückzugsspannung der Ansteuerungssignale 21a und 21b usw. in den vorhergehenden Ausführungsformen beide Vp sind.
In den vorhergehenden Ausführungsformen wird das piezoelektrische Element 116a, das sich näher an der Tintenzufuhr befindet, als Einrichtung zum Erzeugen eines Drucks für den Ausstoß verwendet und das piezoelektrische Element 116b, das sich näher an der Düse befindet, wird als Einrichtung zum Erzeugen eines Drucks zur Verhinderung von Begleittropfen verwendet. Alternativ kann das piezoelektrische Element 116b, das sich näher an der Düse befindet, als Einrichtung zum Erzeugen eines Drucks für den Ausstoß verwendet werden, und das piezoelektrische Element 116a, das sich näher an der Tintenzufuhr befindet, kann als Einrichtung zum Erzeugen eines Drucks zur Verhinderung von Begleittropfen verwendet werden.
Obwohl in den vorherigen Ausführungsformen jede Düse mit zwei piezoelektrischen Elementen versehen ist, können auch drei oder mehr piezoelektrische Elemente pro Düse ausgebildet sein. Diese piezoelektrischen Elemente werden in die für den Ausstoß und die für die Unterdrückung der Begleittropfen unterteilt. Die Ansteuerungssignale 21a usw. werden an die piezoelektrischen Elemente für den Ausstoß angelegt, während die Ansteuerungssignale 21b usw. an die piezoelektrischen Elemente zur Unterdrückung der Begleittropfen angelegt werden. Die Verstellungskapazitäten der drei oder mehr piezoelektrischen Elemente können gleich oder voneinander verschieden sein. In der Folge wird eine feinere Steuerung für das Unterdrücken der Begleittropfen durchgeführt.
In den vorhergehenden Ausführungsformen ist eine Tintenkammer 114 für die eine Düse 118 und zwei piezoelektrische Elemente 116a und 116b sind entsprechend der Tintenkammer 114 vorgesehen. Alternativ können, wie in 16 gezeigt, zum Beispiel zwei Tintenkammern 114a und 114b für eine Düse 118 ausgebildet sein und die piezoelektrischen Elemente 116a und 116b können jeweils den Tintenkammern 114a und 114 entsprechend ausgebildet sein. 16 ist eine Draufsicht auf einen Teil des Aufzeichnungskopfes 11, wobei den Komponenten, die denen in 5 entsprechen, ähnliche Kennziffern zugewiesen sind und die Schwingungsplatte 13 weggelassen wurde. In der gezeigten Gestaltung hat das Verhalten des piezoelektrischen Elements 116a bezüglich einer der Tintenkammern 114a weniger Auswirkung auf den Zustand der anderen Tintenkammer 114. In der Folge wird der Kopiereffekt zwischen den piezoelektrischen Elementen 116a und 116 reduziert und gedruckte Bilder in höherer Qualität werden erzielt.
Mit Bezug auf 17 und 18 wird im Folgenden die spezielle Funktion des Tintenstrahldruckers der Erfindung beschrieben.
17 zeigt die Beziehung zwischen den Durchmessern der Tintentropfen und den angelegten Spannungen, wobei der Ausstoß der Tintentropfen entweder durch ein einzelnes piezoelektrisches Element 116a oder 116b oder beide durchgeführt wird. Die horizontale Achse gibt die angelegten Spannungen an. Die vertikale Achse gibt die Durchmesser der Tintentropfen an. Eine Kurve 200a mit Punkten gibt die Durchmesser der Tintentropfen an, wobei der Tropfenausstoß nur durch das piezoelektrische Element 116a durchgeführt wird, das von der Düse 118 weiter entfernt ist (das heißt, näher an der Tintenzufuhr ist). Eine Kurve 200 mit Deltas gibt die Durchmesser der Tintentropfen an, wobei der Tropfenausstoß nur durch das piezoelektrische Element 116 durchgeführt wird, das näher an der Düse 118 liegt. Eine Kurve 200ab mit Quadraten gibt die Durchmesser von Tintentropfen an, wobei der Tropfenausstoß durch beide piezoelektrischen Elemente 116a und 116 durchgeführt wird.
Wie gezeigt, wird unabhängig von der angelegten Spannung der kürzeste Tropfendurchmesser erhalten, wenn der Ausstoß durch das piezoelektrische Element 116a durchgeführt wird, das näher an der Tintenzufuhr liegt. Der Tropfendurchmesser ist länger, wenn der Ausstoß durch das näher an der Düse liegende piezoelektrische Element 116 durchgeführt wird und er ist noch länger, wenn der Ausstoß von beiden piezoelektrischen Elementen 116a und 116 durchgeführt wird. Das heißt, ein kleinerer Tropfen wird erhalten, indem der Ausstoß mit dem piezoelektrischen Element 116a durchgeführt wird, das näher an der Tintenzufuhr liegt, als mit dem piezoelektrischen Element 116b, das sich näher an der Düse befindet.
18 zeigt die Beziehung zwischen den Geschwindigkeiten der ausgestoßenen Tintentropfen und den angelegten Spannungen, wobei der Ausstoß der Tintentropfen entweder durch ein einzelnes piezoelektrisches Element 116a oder 116b oder beide durchgeführt wird. Die horizontale Achse gibt die angelegten Spannungen an. Die vertikale Achse gibt die Geschwindigkeiten der ausgestoßenen Tintentropfen an. Eine Kurve 201a mit Punkten gibt die Geschwindigkeiten der ausgestoßenen Tropfen an, wobei der Tropfenausstoß nur durch das piezoelektrische Element 116a durchgeführt wird, das näher an der Tintenzufuhr liegt. Eine Kurve 201b mit Deltas gibt die Geschwindigkeiten der ausgestoßenen Tintentropfen an, wobei der Tropfenausstoß nur durch das piezoelektrische Element 116b durchgeführt wird, das näher an der Düse 118 liegt. Eine Kurve 201 ab mit Quadraten gibt die Geschwindigkeiten der ausgestoßenen Tintentropfen an, wobei der Tropfenausstoß durch beide piezoelektrischen Elemente 116a und 116b durchgeführt wird.
Wie gezeigt, wird unabhängig von der angelegten Spannung die höchste Tropfengeschwindigkeit erhalten, wenn der Ausstoß mit beiden piezoelektrischen Elementen 116a und 116b durchgeführt wird. Der Geschwindigkeit ist geringer, wenn der Ausstoß durch das piezoelektrische Element 116a durchgeführt wird, das näher an der Tintenzufuhr sitzt und ist noch geringer, wenn der Ausstoß vom piezoelektrische Element 116b durchgeführt wird, das näher an der Düse sitzt. Das heißt, eine höhere Tropfengeschwindigkeit wird erhalten, indem der Ausstoß mit dem piezoelektrischen Element 116a durchgeführt wird, das näher an der Tintenzufuhr liegt, als mit dem piezoelektrischen Element 116b, das sich näher an der Düse befindet.
Auf der Basis der Ergebnisse wird das piezoelektrische Element 116a, das von der Düse entfernt liegt, für den Tropfenausstoß verwendet, während das piezoelektrische Element 116b, das näher an der Düse liegt, zur Unterdrückung von Begleittropfen verwendet wird. Das ist ein Grund, warum das Ansteuerungssignal 21a an das piezoelektrische Element 116a und das Ansteuerungssignal 21b an das piezoelektrische Element 116b angelegt wird. Das Erzeugen von Begleittropfen wird dadurch unterdrückt, die Tropfengröße reduziert und die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Tropfen erhöht.
Die Erfindung ist nicht auf die bisher beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann immer noch auf andere Arten ausgeübt werden. Obwohl zum Beispiel das piezoelektrische Element 116b als Einrichtung zur Erzeugung eines Hilfsdrucks zur Unterdrückung von Begleittropfen verwendet wird, kann die Erfindung auf einen Fall angewendet werden, in dem die Einrichtung zur Erzeugung eines Hilfsdrucks für einen beliebigen anderen Zweck verwendet wird.
So haben beispielsweise die Erfinder der Erfindung die Meniskusposition der Tinte nach dem Ausstoß des Tintentropfens mit dem piezoelektrischen Element zum Ausstoß beobachtet, um zu bestätigen, dass die Meniskusposition größere Fluktuationen aufweist (langfristige Restschwingungen), selbst nachdem die kurzfristigen Schwingungen des piezoelektrischen Elements für den Ausstoß fast verschwunden sind. Die Erfinder haben vorgeschlagen, dass das piezoelektrische Hilfselement mit der geeigneten Zeitsteuerung angesteuert wird, um solche Restschwingungen des Meniskus zu unterdrücken. In solch einem Fall werden auch eine höhere Geschwindigkeit eines ausgestoßenen Tintentropfens und eine kleineren Tropfengröße wie auch die Unterdrückung der Restschwingungen erzielt, indem das piezoelektrische Hilfselement näher an der Düse und das piezoelektrische Element für den Ausstoß weiter von der Düse entfernt angebracht werden.
Die Erfinder der Erfindung haben einen Tintenstrahldrucker vorgeschlagen, der den gleichmäßigen Ausstoß von Tintentropfen durch eine Düse erlaubt, indem der Meniskus vorbereitenden kleine Schwingungen durch ein piezoelektrisches Hilfselement vor dem Ausstoß unterzogen wird, wenn der Tropfenausstoß zuerst nach dem Einschalten des Druckers durchgeführt wird, oder wenn ein Tropen durch eine Düse ausgestoßen werden soll, die längere Zeit nicht für einen Ausstoß benutzt wurde. In solch einem Fall werden auch eine höhere Geschwindigkeit eines ausgestoßenen Tintentropfens und eine kleinere Tropfengröße wie auch der gleichmäßige Tropfenausstoß erzielt, indem das piezoelektrische Hilfselement näher an der Düse und das piezoelektrische Element für den Ausstoß weiter von der Düse entfernt angebracht werden.
[Vierte Ausführungsform]
Im Folgenden wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
In der vierten Ausführungsform weisen die piezoelektrischen Elemente 116a und 116b (5 und 6) Tintenkapazitäten auf, die sich voneinander als Reaktion auf dieselbe angelegte Spannung unterscheiden. Die Tintenansteuerungskapazität bedeutet die Kapazität zum Ändern des Volumens der Tintenkammer 114. Genauer formuliert, weist das piezoelektrische Element 116a eine Tintenansteuerungskapazität auf die größer ist als das piezoelektrische Element 116b. Die piezoelektrischen Elemente 116a und 116b bestehen daher aus demselben Material und weisen dieselbe Dickenerstreckung auf, während das piezoelektrische Element 116a einen größeren Flächeninhalt als das piezoelektrische Element 116b hat. In der Folge ist eine durch das piezoelektrische Element 116a bewirkte Änderung im Volumen der Tintenkammer 114 größer als eine Änderung, die vom piezoelektrischen Element 116b als Reaktion auf dieselbe angelegte Spannung bewirkt wird. Solange daher die angelegte Ausstoßspannung (im Folgenden beschrieben) gleich ist, wird im Vergleich zum piezoelektrischen Element 116a ein kleinerer Tintentropfendurchmesser erzielt, wenn die Spannung auf das piezoelektrische Element 116b angelegt wird. Das Flächeninhaltsverhältnis zwischen den Elementen 116a und 116b kann 2:1 betragen. Alternativ kann das Verhältnis jedes andere Verhältnis sein. Die piezoelektrischen Elemente 116a und 116b entsprechen der ‚Ausstoßenergieerzeugungseinrichtung’ der Erfindung.
19 ist ein Blockdiagramm der in 4 dargestellten Kopfsteuereinrichtung 14. Wie dargestellt, umfasst die Kopfsteuereinrichtung 14 Folgendes: eine Vielzahl an Selektoren 141-1 bis 141-n; ein Ansteuerungswellenform-Generator 142 zum Erzeugen von zwei Arten von grundlegenden Ansteuerungssignalen 145-1 und 145-2; und eine Auswahlsteuereinrichtung 143 zur Steuerung des Betriebs der Wellenform-Selektoren 141-1 bis 141-n; wobei ‚n’ eine positive Ganzzahl gleich der Anzahl der Düsen 118 darstellt.
Die vom Ansteuerungswellenform-Generator 142 ausgehenden Ansteuerungssignale 145-1 und 145-2 werden in ‚n’ Signale verzweigt, um jeweils in die Selektoren 141-1 bis 141-n einzugehen. Die Auswahlsteuereinrichtung 143 gibt die Auswahlsignale 146-1 bis 146-n an die entsprechenden Selektoren 141-1 bis 141-n mit einer speziellen Zeitsteuerung weiter. Die Auswahlsignale 146-1 bis 146-n sind Signale zur Auswahl des grundlegenden Ansteuerungssignals 145-1 oder 145-2 für jede Düse 118 des Aufzeichnungskopfes 11 und zur Anweisung der Anlegung des Signals an eines der piezoelektrischen Elemente 116a oder 116b. Die Selektoren 141-1 bis 141-n wählen jedes entweder das Ansteuerungssignal 145-1 oder 145-2 gemäß dem Auswahlsignal aus. Die Selektoren 141-1 bis 141-n übertragen die ausgewählten Ansteuerungssignale an die entsprechenden piezoelektrischen Elemente 116a (und 116b) im Tintentropfen-Ausstoßbereich als jeweils die Ansteuerungssignale 21-1a (und 21-1b) bis 21-na (und 21-nb). Die Ansteuerungssignale 21-1a bis 21-na und 21-1b bis 21-nb entsprechen dem Ansteuerungssignal 21 in 4 und 19. Die Selektoren 141-1 bis 141-n entsprechen jeweils einer „Auswahleinrichtung" der Erfindung.
Obwohl nicht dargestellt, besteht der Ansteuerungswellenenform-Generator 142 aus einem Mikroprozessor; einem Festspeicher (ROM, Read Only Memory) zum Speichern eines Programms, das vom Mikroprozessor ausgeführt wird; einem Schreib-Lese-Speicher (RAM, Random Access Memory) als Arbeitsspeicher für bestimmte Berechnungen, die vom Mikroprozessor ausgeführt werden, und temporärem Datenspeicher usw.; einem Ansteuerungswellenform-Speicherabschnitt aus nichtflüchtigem Speicher; einem Digital-Analog(D-A)-Wandler zur Konvertierung aus dem Speicherabschnitt gelesener digitaler Daten in analoge Daten, und einem Verstärker zur Verstärkung eines Ausgangssignals des D-A-Wandlers. Der Ansteuerungswellenform-Speicherabschnitt enthält die Wellenformdaten, die die Spannungswellenformen der grundlegenden Ansteuerungssignale 145-1 und 145-2 zur Ansteuerung des Aufzeichnungskopfes 11 darstellen. Die Wellenform-Datenelemente werden durch den Mikroprozessor gelesen und vom D-A-Wandler in analoge Signale umgewandelt. Die Signale werden durch den Verstärker verstärkt und gehen als Ansteuerungssignale 145-1 und 145-2 aus. Die Gestaltung des Ansteuerungs-Welleform-Generators 142 ist nicht auf die oben Beschriebene beschränkt, sondern kann auch auf beliebige andere Weise implementiert werden.
20A und 20B zeigen Beispiele eines Zyklus (T) von Wellenformen der grundlegenden Ansteuerungssignale 145-1 und 145-2, die von dem Ansteuerungswellenform-Generator 142 ausgegeben werden. 20A und 20B zeigen jeweils die Ansteuerungssignale 145-1 und 145-2. Die vertikale Achse gibt die Spannung an. Die horizontale Achse gibt die Zeit an. Die Zeit verläuft in den Graphen von links nach rechts. Bei den Ansteuerungssignalen weist das Ansteuerungssignal 145-1 eine Wellenform einer Konstantspannung auf (VI), die keinen Ausstoß eines Tintentropfens ermöglicht. Die Konstantspannung V1 unterscheidet sich von 0 V. Andererseits weist das Ansteuerungssignal 145-2 eine Wellenform mit einer speziellen Welligkeit auf. Die Spannungen des Ansteuerungssignals 145-2 enthalten außer der Referenzspannung V1 die Spannung 0 V und die Spannung V2, die höher als V ist.
Wie in 20A und 20B dargestellt, werden die Ansteuerungssignale auf andere Signale am Umschaltpunkt ts zwischen den Ausstoßzyklen an den Selektoren 141-1 bis 141-n umgeschalten. Die Ansteuerungssignale können an dem bestimmten Punkt ts' im Zyklus auf andere umgeschalten werden. Der Umschaltpunkt ts' ist der Punkt, an dem die Ansteuerungswellenform die Referenzspannung V1 im Verlauf der Änderung von 0 V auf die Spannung V2 schneidet. Die Zeit zwischen dem Umschaltpunkt ts' und dem Ende des Zyklus wird als τ1 und die Zeit zwischen dem Startpunkt des Zyklus und dem Umschaltpunkt ts' als τ2 dargestellt.
Mit Bezugnahme auf die 21A bis 21C wird nun die Bedeutung des Ansteuerungssignals 145-2 beschrieben. 21A bis 21C zeigen die Beziehung zwischen der Wellenform des Ansteuerungssignals 145-2, dem Verhalten des piezoelektrischen Elements (in der Ausführungsform das piezoelektrische Element 116a) und der äußersten Position der Tinte in der Düse 118 (in der folgenden Beschreibung als Meniskusposition bezeichnet). 21A stellt die Wellenform des grundlegenden Ansteuerungssignals 145-2 dar. Der durch Umschaltpunkte ts unterteilte Abschnitt entspricht einem Zyklus der Wellenform. Die Buchstaben ts geben den Umschaltpunkt zwischen den Zyklen an. Die Buchstaben ts' geben den Umschaltpunkt im Zyklus an. Die Buchstaben to geben den Startpunkt des Ausstoßes an. 21B veranschaulicht den sich verändernden Zustand der Tintenkammer 114, wenn das Ansteuerungssignal mit einer Wellenform wie in 21A dargestellt an das piezoelektrische Element 116a angelegt wird. 21C zeigt die sich verändernden Meniskuspositionen in der Düse 118. Zur einfacheren Beschreibung veranschaulicht 21A eine zyklische Wiederholung des Ansteuerungssignals derselben Wellenform.
In 21A ist ein erster Schritt der Schritt, in dem eine Ansteuerungsspannung von der ersten Spannung von V1 (Konstantspannung) auf die Spannung 0 V (von A auf B) geändert wird. Die für den ersten Schritt benötigte Zeit wird als t1 definiert. Ein zweiter Schritt ist der Schritt, in dem die Spannung 0 V in Bereitschaft beibehalten wird (von B auf C). Die für den zweiten Schritt benötigte Zeit wird als t2 definiert. Ein dritter Schritt ist der Schritt, in dem die Spannung 0 V auf die zweite Spannung V2 (von C nach D) geändert wird. Die für den dritten Schritt benötigte Zeit wird als t3 definiert. In der folgenden Beschreibung wird die erste Spannung V1 als Rückzugsspannung bezeichnet. Die zweite Spannung V2 wird als Ausstoßspannung bezeichnet.
Der Aufzeichnungskopf 11 wird mit einer konstanten Frequenz angesteuert (beispielsweise in der Größenordnung von 1 bis 10 kHz). Der Zyklus T des Tintentropfenausstoßes wird in Abhängigkeit von der Ansteuerungsfrequenz bestimmt. Die Punkte C und G usw., an denen der dritte Schritt beginnt, sind die Punkte, an denen der Ausstoß beginnt (Startpunkt des Ausstoßes ‚te’). Der erste und zweite Schritt erfolgen vor Start des Ausstoßes.
An und vor Punkt A, wie P_A in 21B, wird die Schwingungsplatte 113 leicht nach innen gebogen durch Anlegen der Spannung V1 auf das piezoelektrische Element 116a und bleibt in der Halteposition. Die Tintenkammer 114 geht hierdurch in einen Zustand der Kontraktion über. Am Punkt A, wie M_A in 21C, ist die Meniskusposition in der Düse 118 fast gleich mit der Düsenkante.
Als Nächstes wird der erste Schritt durchgeführt, um die Ansteuerungsspannung von der Spannung V1 an Punkt A auf die Spannung 0 V an Punkt B zu senken. Die an das piezoelektrische Element 116a angelegte Spannung wird hierdurch auf null reduziert, so dass die Biegung der Schwingungsplatte 113 aufgehoben wird und die Tintenkammer 114 wie P_H in 21B erweitert wird. In der Folge wird der Meniskus in der Düse 118 in Richtung Tintenkammer 114 zurückgezogen. An Punkt B geht der Meniskus tief, bis zu M_B in 21C zurück, das heißt, er bewegt sich von der Düsenkante weg.
Der Rückzugsbetrag des Meniskus im ersten Schritt wird geändert, indem die mögliche Differenz zwischen den Punkten A und B geändert wird (Rückzugsspannung V1). Daher ist es folglich möglich, die Meniskusposition an dem Punkt anzupassen, an dem der zweite Schritt abgeschlossen wird, das heißt, am Startpunkt des dritten Schritts. Die Meniskusposition, das heißt, die Distanz zwischen der Düsenkante und dem Meniskus am Startpunkt des dritten Schritts wirkt sich auf die Größe des Tropfens aus, der im dritten Schritt ausgestoßen wird. Die Tropfengröße wird mit zunehmender Distanz reduziert. Die Tropfengröße wird so reduziert, indem der Rückzugsbetrag des Meniskus im ersten Schritt erhöht wird (genau formuliert, die Rückzugsspannung V1).
Als Nächstes wird der zweite Schritt durchgeführt, um das Volumen der Tintenkammer 114 durch Feststellen der Ansteuerungsspannung auf null zu halten, um die Schwingungsplatte 113 während der Zeitspanne t2 von Punkt B auf Punkt C in nicht gebogenem Zustand zu halten (P_B bis P_C in 21C). Die Tinte wird während der Zeitspanne t2 fortlaufend aus der Tintenpatrone 12 zugeführt. Die Meniskusposition in der Düse 118 verlagert sich in Richtung der Düsenkante. Die Meniskusposition geht bis zum Zustand M_E weiter, der in 21C an Punkt C dargestellt wird.
Der Betrag der Bewegung des Meniskus kann verändert werden, indem die für den zweiten Schritt erforderliche Zeit t2 geändert wird. Hierdurch wird die Meniskusposition am Startpunkt des dritten Schritts angepasst. In der Folge ist die Tropfengröße durch Anpassen der Zeit t2 steuerbar. Um genau zu sein, wird die Tropfengröße durch eine Senkung der Zeit t2 reduziert.
Als Nächstes wird der dritte Schritt ausgeführt, um die Ansteuerungsspannung von der Spannung 0 V an Punkt C auf die Ausstoßspannung V2 an Punkt D plötzlich zu erhöhen. Punkt C ist der Startpunkt des Ausstoßes te, wie oben beschrieben. Da eine hohe Ausstoßspannung V2 an das piezoelektrische Element 116a an Punkt D angelegt wird, wird die Schwingungsplatte 113 stark nach innen gebogen, wie P_D in 21B. Die Tintenkammer 114 wird dadurch plötzlich kontrahiert. In der Folge, wie M_D in 21C, wird der Meniskus in der Düse 118 ohne Unterbrechung gegen die Düsenkante gedrückt, wodurch ein Tintentropfen ausgestoßen wird. Der ausgestoßene Tropfen fliegt durch die Luft und landet auf dem Papier 2 (4). Wie oben beschrieben wird die Tropfengröße durch die zunehmende Distanz zwischen der Düsenkante und der Meniskusposition an Punkt C reduziert, an dem der dritte Schritt gestartet wird.
Da der Biegebetrag in der Schwingungsplatte 113 sich mit der Größe der Ausstoßspannung V2 ändert, kann die Größe des ausgestoßenen Tropfens geändert werden, indem die Ausstoßspannung V2 angepasst wird. Um genau zu sein, wird die Tropfengröße durch eine Senkung der Ausstoßspannung V2 reduziert.
Als Nächstes wird die Ansteuerungsspannung wieder auf V1 reduziert, so dass die Schwingungsplatte 113 leicht nach innen gebogen wird und sich im Ausgangszustand befindet (P_E in 21B). Dieser Zustand wird bis Punkt F beibehalten, an dem der erste Schritt des nächsten Ausstoßzyklus beginnt. An Punkt E, an dem die Ansteuerungsspannung erneut auf V1 reduziert wird, wie M_E in 212C, wird die Meniskusposition zurückgezogen durch den Betrag, der ungefähr dem Gesamtvolumen der ausgestoßenen Tinte und der Erhöhung des Tintenvolumens der Tintenkammer 114 entspricht. Mit der Tintennachfüllung kehrt die Meniskusposition zur Position an der Düsenkante zurück, wie M_F in 21C, am Punkt F, an dem der erste Schritt des nächsten Ausstoßzyklus beginnt. Dieser Zustand entspricht M_A an Punkt A.
Der Ausstoßzyklus ist somit abgeschlossen. Solch ein Operationszyklus wird für alle Düsen 118 auf parallele Weise wiederholt. Die Bildaufzeichnung auf dem Papier 2 (4) wird dadurch fortlaufend durchgeführt. Die für den zweiten Schritt benötigte Zeit t2 ist kürzer als die im ersten Schritt für den Rückzug des Meniskus benötigte Zeit, um die Düsenkante zu erreichen. Die Ausstoßspannung V2 im dritten Schritt fallt in den Bereich, der den Ausstoß einen Tintentropfens ermöglicht. Der Spannungsverlauf im dritten Schritt ist konstant.
Mit Bezug auf 22 wird nun die Operation des in 19 dargestellten Tintenstrahldruckers 1 insgesamt beschrieben. 22 zeigt die Hauptoperation eines Ausstoßzyklus in der Kopfsteuereinrichtung 14 (19).
In 4 gehen die zu druckenden Daten in den Tintenstrahldrucker 1 von einer Informationsverarbeitungsvorrichtung wie einem Personal Computer ein. Die Bildverarbeitungseinrichtung 15 führt eine spezielle Bildverarbeitung für die Eingangsdaten durch (wie die Erweiterung der komprimierten Daten) und gibt die Daten als Bilddruckdaten 22 an die Kopfsteuereinrichtung 14 aus.
Bei Empfang der Bilddruckdaten 22 von ‚n’ Punkten, die der Anzahl der Düsen im Aufzeichnungskopf 11 entsprechen (Schritt S101 in 22), bestimmt die Steuereinrichtung 143 in der Kopfsteuereinrichtung 14 eine Tintentropfengröße zur Bildung eines Punktes für jede Düse 118 basierend auf den Bilddruckdaten 22. Die Kopfsteuereinrichtung 143 bestimmt dann basierend auf den ermittelten Tropfengrößen eine Kombination eines Paars von Ansteuerungssignal-Wellenformen, die an den Selektoren 141-1 bis 141-n ausgewählt werden sollen, und das piezoelektrische Element 116a oder 116b, an das das Ansteuerungssignal angelegt wird. Genau formuliert, bestimmt die Steuereinrichtung 143 die am Selektor 141-j auszuwählende Ansteuerungssignal-Wellenform, während die Variable ‚j’ schrittweise von ‚1’ auf ‚n’ erhöht wird, und sie bestimmt, an welches der piezoelektrischen Elemente 116a und 116b das Ansteuerungssignal angelegt wird (Schritte S102 bis S105). Das ausgewählte grundlegende Ansteuerungssignal 145-1 oder 145-2 kann jeden Zyklus umgeschalten werden (am Umschaltpunkt ts), um die originalen Wellenformen, so wie sie sind, zu verwenden. Alternativ kann das ausgewählte Ansteuerungssignal 145-1 oder 145-2 an den Umschaltpunkten ts' während eines Zyklus umgeschalten werden, um eine zusammengesetzte Wellenform zu erzeugen. Darüber hinaus kann das ausgewählte Ansteuerungssignal 145-1 oder 145-N sowohl an Punkten zwischen den Zyklen wie an Punkten im Zyklus umgeschalten werden.
So wird beispielsweise eine Kombination der Ansteuerungswellenformen und des piezoelektrischen Elements, das ein großen Tropfen erzielt, zur Darstellung hoher Dichte ausgewählt und ein kleiner Tropfen wird für die Darstellung einer niedrigen Dichte oder hohen Auflösung ausgewählt. Zur Darstellung zarter Halbtonbilder werden eine Kombination von Ansteuerungswellenformen und das piezoelektrische Element ausgewählt, die eine Tropfengröße erzielen, die sich etwas von den Nachbarpunkten unterscheiden. Wenn es Abweichungen in den Tropfenausstoßeigenschaften zwischen den Düsen gibt, kann eine Kombination von Ansteuerungswellenformen und das piezoelektrische Element ausgewählt werden, das die Variationen ausgleicht.
Sind alle Kombinationsmuster der Ansteuerungswellenformen und das piezoelektrisch Element für alle Wellenformselektoren 141-1 bis 141-n bestimmt, deren Anzahl ‚n’ ist (Y in Schritt S105), gibt die Steuereinrichtung 143 die Auswahlsignale 146-1 bis 146-n an die entsprechenden Selektoren 141-1 bis 141-n aus, um die ausgewählten Ansteuerungssignale mit den bestimmten Wellenformen und das ausgewählte piezoelektrische Element (116a oder 116b) anzuweisen, an das die Ansteuerungssignale angelegt werden. Die Steuereinrichtung 143 gibt die Auswahlsignale an den Umschaltpunkten ts zwischen den Zyklen oder Punkten ts' während des Zyklus oder beide aus (Schritt S106).
Basierend auf dem Auswahlsignal 146-1, das an den oben beschriebenen Punkten eingeht, wählt der Selektor 141-1 ein Ansteuerungssignal 145-1 oder 145-2 aus, um es an alle piezoelektrischen Elemente 116a und 116b der entsprechenden Düse zu übertragen. Dasselbe gilt für die anderen Selektoren 141-2 bis 141-n. Das Ansteuerungssignal 145-1 oder 145-2 mit der in 20A und 20B dargestellten Wellenform oder das Signal mit der zusammengesetzten Wellenform wird hierdurch an das piezoelektrische Element 116a einer jeden Düse im Aufzeichnungskopf 11 als Ansteuerungssignal 21-1a bis 21-na übertragen. Die zusammengesetzt Wellenform wird durch Umschalten der Ansteuerungssignale 145-1 und 145-2 an den Punkten ts' während des Zyklus erzeugt. Gleichzeitig wird das Ansteuerungssignal 145-1 oder 145-2 oder das Signal mit der zusammengesetzten Wellenform dadurch an das piezoelektrische Element 116b einer jeden Düse im Aufzeichnungskopf 11 als das Ansteuerungssignal 21-1b bis 21-nb übertragen. Die drei Schritte, die in Bezug auf die 21A bis 21C beschrieben werden, werden für die piezoelektrischen Elemente 116a und 116b für jede Düse des Aufzeichnungskopfes 11 durchgeführt, basierend auf der Spannungswellenform des übertragenen Ansteuerungssignals. Ein Tintentropfen der angegebenen Größe für jede Düse wird dadurch ausgestoßen.
23 bis 26 zeigen Beispiele der Ansteuerungssignal-Wellenformen, die auf die piezoelektrischen Elemente 116a und 116b angelegt werden, wobei eine bestimmte Düse im Zentrum der Betrachtung steht. In den Beispielen werden insgesamt (12 + 1) Arten von Ausstoßmustern erhalten, indem die Auswahl zwischen den Ansteuerungssignalen 145-1 und 145-2 an den Punkten ts zwischen den Zyklen und den Punkten ts' während eines Zyklus umgeschalten wird und durch Umschalten zwischen den piezoelektrischen Elementen 116a und 116b, an die die Ansteuerungssignale angelegt werden. Der Typ ‘+1’ bedeutet, dass das Muster keinen Tintentropfenausstoß ermöglicht, wobei das Ansteuerungssignal 145-1 (20A) einer Konstantspannung an beide piezoelektrischen Elemente 116a und 116b sowohl im ersten Teil τ2 und im zweiten Teil τ1 angelegt wird. Dieses Muster wird jedoch in 23 bis 26 nicht dargestellt.
Mit Bezugnahme auf 23 bis 26 werden die Ausstoßmuster beschrieben. In den Tabellen bezeichnet ‚Name’ den Namen des Ausstoßmusters. Die piezoelektrischen Elemente 116a und 116b, an die die Ansteuerungssignale angelegt werden, werden jeweils durch ‚a’ und ‚b’ in der Spalte ‚Piezoelektrisches Element’ dargestellt. Die ‚Angelegte Ansteuerungssignal-Wellenform’ zeigt die Spannungswellenformen der Ansteuerungssignale, die konkret auf die piezoelektrischen Elemente 116a und 116b durch Auswahl und Zusammenstellung der Wellenformen angelegt werden. ‚1’ bedeutet, dass das in 20A dargestellte Ansteuerungssignal 145-1 ausgewählt wird. ‚2’ bedeutet, dass das in 20B dargestellte Ansteuerungssignal 145-2 ausgewählt wird. Bei den dargestellten Wellenformen gibt der Punkt den Punkt an, an dem die Umschaltung konkret durchgeführt wird. In den Spalten ‚Rückzugsschritt’ und ‚Ausstoßschritt’ geben ‚a’ und ‚b’ jeweils an, welches der piezoelektrischen Elemente 116a und 116b jeweils den Mensikusrückzug im ersten Schritt und den Tintentropfenausstoß im dritten Schritt ermöglichen. ‚a + b’ geben an, dass beide piezoelektrischen Elemente 116a und 116b den Rückzug oder den Ausstoß ermöglichen. ‚–’ bedeutet, dass der Schritt nicht durchgeführt wird.
Wie in 23 dargestellt, erlauben die Ausstoßmuster α1 bis α3 nur den Rückzug durch das piezoelektrische Element 116b. Das Ausstoßmuster α1 ermöglicht den Ausstoß auch durch das piezoelektrisches Element 116b. Das Ausstoßmuster α2 ermöglicht den Ausstoß durch das piezoelektrisches Element 116a. Das Ausstoßmuster α3 ermöglicht den Ausstoß durch beide piezoelektrischen Elemente 116a und 116b.
Genau formuliert, wird im Ausstoßmuster α1 das Ansteuerungssignal 145-1 sowohl im ersten Teil τ2 als auch im zweiten Teil τ1 für das piezoelektrische Element 116a ausgewählt. Das Ansteuerungssignal 145-2 wird sowohl im ersten Teil τ2 als auch im zweiten Teil τ1 für das piezoelektrische Element 116b ausgewählt. Im Ausstoßmuster α2 wird das Ansteuerungssignal 145-1 im ersten Teil τ2 und das Ansteuerungssignal 145-2 wird im zweiten Teil τ1 für das piezoelektrische Element 116a ausgewählt. Das Ansteuerungssignal 145-2 wird im ersten Teil τ2 und das Ansteuerungssignal 145-1 wird im zweiten Teil τ1 für das piezoelektrische Element 116b ausgewählt. Im Ausstoßmuster α3 wird das Ansteuerungssignal 145-1 im ersten Teil τ2 und das Ansteuerungssignal 145-2 wird im zweiten Teil τ1 für das piezoelektrische Element 116a ausgewählt. Das Ansteuerungssignal 145-2 wird sowohl im ersten Teil τ2 als auch im zweiten Teil τ1 für das piezoelektrische Element 116b ausgewählt. Daher sind die Wellenformen, die jeweils an die piezoelektrischen Elemente 116a und 116b im Ausstoßmuster α1 angelegt werden und die Wellenform, die an das piezoelektrische Element 116b im Ausstoßmuster α3 angelegt werden, dieselben wie die Wellenformen der Ansteuerungssignale 145-1 und 145-2, die jeweils in 20A und 20B dargestellt werden. Die anderen Wellenformen sind neu erstellte zusammengesetzte Wellenformen.
Wie in 24 dargestellt, erlauben die Ausstoßmuster β1 bis β3 nur den Rückzug durch das piezoelektrische Element 116b. Das Ausstoßmuster β1 ermöglicht den Ausstoß durch das piezoelektrisches Element 116b. Das Ausstoßmuster β2 ermöglicht den Ausstoß auch durch das piezoelektrisches Element 116a. Das Ausstoßmuster β3 ermöglicht den Ausstoß durch beide piezoelektrischen Elemente 116a und 116b. Die Details der Ausstoßmuster entsprechen denen, die in 23 dargestellt werden, und die Beschreibungen werden daher weggelassen.
Wie in 25 dargestellt, erlauben die Ausstoßmuster γ1 bis γ3 den Rückzug durch beide piezoelektrische Elemente 116a und 116b. Das Ausstoßmuster γ1 ermöglicht den Ausstoß durch das piezoelektrisches Element 116b. Das Ausstoßmuster γ2 ermöglicht den Ausstoß durch das piezoelektrisches Element 116a. Das Ausstoßmuster γ3 ermöglicht den Ausstoß durch beide piezoelektrischen Elemente 116a und 116b. Die Details der Ausstoßmuster entsprechen denen, die in 23 dargestellt werden, und die Beschreibungen werden daher weggelassen.
Wie in 26 gezeigt ermöglichen die Ausstoßmuster δ1 bis δ3 jeweils keinen Rückzug sondern den Ausstoß. Das Ausstoßmuster δ1 ermöglicht den Ausstoß durch das piezoelektrisches Element 116b. Das Ausstoßmuster δ2 ermöglicht den Ausstoß durch das piezoelektrisches Element 116a. Das Ausstoßmuster δ3 ermöglicht den Ausstoß durch beide piezoelektrischen Elemente 116a und 116b. Die Details der Ausstoßmuster entsprechen denen, die in 23 dargestellt werden, und die Beschreibungen werden daher weggelassen.
In allen in 23 dargestellten Ausstoßmustern α1 bis α3 wird, wie oben beschrieben, der Meniskus zurückgezogen, indem das Ansteuerungssignal 145-2 an das piezoelektrische Element 116b im ersten Teil τ2 angelegt und das Ansteuerungssignal 145-2 im zweiten Teil τ1 ausgewählt wird. Im Ausstoßschritt im zweiten Teil τ1 verändert sich jedoch das piezoelektrische Element, auf das das Signal angelegt wird, mit einer Erhöhung des Suffix ‚i’ von αi, von nur Element 116b auf nur Element 116a und weiter auf beide Elemente 116a und 116b. Da, wie oben beschrieben, das piezoelektrische Element 116b einen Flächeninhalt kleiner als das piezoelektrische Element 116a besitzt, ist der Änderungsbetrag des Volumens der Tintenkammer 114, der durch das Element 116a bewirkt wird, größer als der durch das Element 116b durch Anlegen desselben Ansteuerungssignals 145-2 bewirkte. Ebenso ist der Änderungsbetrag im Volumen der Tintenkammer 114, der durch beide Elemente 116a und 116b bewirkt wird, größer als der, der nur durch das Element 116a bewirkt wird. Daher erhöht sich die Größe des ausgestoßenen Tintentropfens in der Folge der Ausstoßmuster α1 bis α3.
Ebenso erhöht sich in 24 die Größe der ausgestoßenen Tropfen von den Ausstoßmustern 1 bis 3. Dasselbe gilt für die Gruppe von Ausstoßmustern γ1 bis γ3, die in 25 dargestellt werden, und der Gruppe von Ausstoßmustern δ1 bis δ3, die in 26 dargestellt werden. In jeder Gruppe erhöht sich die Tropfengröße mit einer Erhöhung im Suffix ‚i’.
Wenn man zum Beispiel die Ausstoßmuster mit denselben Suffixen der Gruppe der Ausstoßmuster α1 bis α3 (Gruppe α) und die Gruppe der Ausstoßmuster β1 bis β3 (Gruppe β) miteinander vergleicht, ist der Rückzugsbetrag des Meniskus in der Gruppe β größer, da der Rückzug mit dem piezoelektrischen Element 116b durchgeführt wird, dessen Flächeninhalt kleiner ist in Gruppe α, wohingegen ein Rückzug mit dem piezoelektrischen Element 116a durchgeführt wird, dessen Flächeninhalt in Gruppe β größer ist. Daher besteht in dieser Hinsicht die Wahrscheinlichkeit, dass ein kleinerer Tropfen in Gruppe β erhalten wird, so lange die Ausstoßmuster mit den selben Suffixen miteinander verglichen werden. In der Gruppe β verlagert sich der Meniskus jedoch auf Grund der Bewegung des piezoelektrischen Elements 116a, das eine größere Volumenänderung in der speziellen Zeitspanne unmittelbar nach dem Start des Ausstoßes bei Abschluss des zweiten Schritts ermöglicht (die Zeitspanne, in der sich die Spannung von 0 V auf die Referenzspannung V1 ändert). Dies kann daher zu einem gegenteiligen Effekt führen, je nach Flächeninhaltsverhältnis zwischen den piezoelektrischen Elementen 116a und 116b und dem Verhältnis der Referenzspannung V1 zur Ausstoßspannung V2 (das heißt, ein größerer Tropfen kann in Gruppe β erhalten werden). Dasselbe gilt für die Beziehung zwischen der in 24 dargestellten Gruppe β und der in 25 dargestellten Gruppe γ und der Beziehung zwischen der in 26 dargestellten Gruppe δ und den anderen Gruppen. Daher ist umgekehrt die Größe der ausgestoßenen Tropfen steuerbar durch die geeignete Bestimmung des Flächeninhaltverhältnisses zwischen den piezoelektrischen Elementen 116a und 116b und dem Verhältnis der Referenzspannung V1 zur Ausstoßspannung V2.
Es steht ein bestimmter Zyklus im Zentrum der Aufmerksamkeit, die Ausstoßmuster der Düsen sind voneinander unabhängig. Es ist daher möglich, die Größe der Tropfen, die durch die Düsen ausgestoßen werden, zu variieren, während der in allen Düsen durchgeführte Ausstoß synchronisiert wird und die Abweichungen zwischen den Düsen anzupassen, indem die Ausstoßmuster gemäß den Ausstoßeigenschaften der Düsen geändert werden.
Gemäß der bislang beschriebenen Ausführungsform ist jede Tintenkammer 114 entsprechend jeder Düse mit zwei piezoelektrischen Elementen 116a und 116b versehen, die voneinander unterschiedene Tintensteuerungskapazitäten aufweisen. An jedes der piezoelektrischen Elemente 116a und 116b wird eine Vielzahl von grundlegenden Ansteuerungssignalen durch Umschalten zwischen den Signalen an Punkt ts zwischen den Ausstoßzyklen und den Punkten ts' während des Zyklus übertragen. In der Folge werden weit mehr Tropfenausstoßmuster als die grundlegenden Wellenformen erhalten. Eine Vielzahl von Bilddarstellungen wird so erzielt. Anders ausgedrückt, die Steuerung der verschiedenen Tintentropfenausstöße wird erreicht, ohne vielen Arten von Wellenformen im Ansteuerungswellenform-Generator 142 zu erzeugen. In der Folge wird die auf dem Generator 142 wie auch auf der Kopfsteuerungseinrichtung 14 angelegte Last reduziert.
Die Erfindung ist nicht auf die bisherigen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann immer noch auf andere Arten ausgeübt werden.
Zum Beispiel ist in der vorhergehenden Ausführungsform eine Tintenkammer 114 für die eine Düse 118 und die zwei piezoelektrischen Elemente 116a und 116b entsprechend der Tintenkammer 114 vorgesehen. Alternativ, wie in 27 gezeigt, können zwei Tintenkammern 114a und 114b für eine Düse 118 ausgebildet sein und die piezoelektrischen Elemente 116a und 116b, die jeweils den Tintenkammern 114a und 114b entsprechen, können ausgebildet sein. 27 ist eine Draufsicht eines Teils des Aufzeichnungskopfes 11, wobei den Komponenten, die denen in 5 entsprechen, ähnliche Kennziffern zugewiesen sind und die Schwingungsplatte 13 weggelassen wurde. In der dargestellten Gestaltung hat das Verhalten des piezoelektrischen Elements 116a bezüglich einer der Tintenkammern 114a weniger Auswirkung auf den Zustand der anderen Tintenkammer 114b. In der Folge wird der Kopiereffekt zwischen den piezoelektrischen Elementen 116a und 116b reduziert und gedruckte Bilder in höherer Qualität werden erzielt.
Obwohl die in 20A und 20B dargestellten Ansteuerungssignale als grundlegende Wellenformen verwendet werden, können auch Signale mit einer anderen Wellenform angelegt werden. Das heißt, der Ansteuerungswellenform-Generator 142 generiert die eine Art von Ansteuerungssignal 145-2 als das Ansteuerungssignal mit einer speziellen Welligkeit neben der Konstantspannungs-Wellenform (das Ansteuerungssignal 145-1) in der vorherigen Ausführungsform. Alternativ können zwei oder mehr Ansteuerungssignale mit jeweils einer speziellen Welligkeit erzeugt werden, indem die Rückzugspannung V1, die Ausstoßspannung V2 und die für den zweiten Schritt erforderliche Zeit t2 entsprechend bestimmt werden. Diese Ansteuerungssignale können für die Auswahl und Zusammenstellung der Wellenformen verwendet werden. In diesem Fall werden weitere Ausstoßmuster erhalten.
Obwohl die beiden piezoelektrischen Elemente, deren Tintensteuerungskapazitäten sich voneinander unterscheiden, für jede Düse in der vorherigen Ausführungsform ausgebildet sind, können drei oder mehr piezoelektrische Elemente, deren Tintensteuerungskapazitäten sich voneinander unterscheiden, für jede Düse ausgebildet werden. An jedes piezoelektrische Element kann das Signal mit einer Wellenform, die aus den beiden grundlegenden Welleformen ausgewählt oder zusammengestellt wurden, angelegt werden. Weitere Ausstoßmuster werden hierdurch erhalten.
Darüber hinaus können drei oder mehr piezoelektrische Elemente, deren Tintensteuerungskapazitäten sich voneinander unterscheiden ausgebildet werden und drei oder mehr Ansteuerungssignale, die eine spezielle Welligkeit aufweisen, können als grundlegende Wellenformen verwendet werden. Die Auswahl und Zusammenstellung der Wellenformen, die an die piezoelektrischen Elemente angelegt werden, können auf der Basis der grundlegenden Wellenformen angelegt werden. Hierdurch werden wiederum weitere Ausstoßmuster erhalten. Obwohl die Tintensteuerungskapazitäten der piezoelektrischen Elemente 116a und 116b sich in der vorherigen Ausführungsform voneinander unterscheiden, indem die Flächeninhalten variiert werden, können die unterschiedlichen Kapazitäten auf jede andere Weise erhalten werden. So können sich beispielsweise ihre Materialien und die Dickenerstreckung voneinander unterscheiden. So erhöht eine Verringerung der Dickenerstreckung die Tintensteuerungskapazität.
Darüber hinaus können die piezoelektrischen Elemente 116a und 116b aus demselben Material gefertigt werden und denselben Flächeninhalt und Dickenerstreckung aufweisen, um so dieselbe Tintensteuerungskapazität zu haben. In diesem Fall sind mit Bezugnahme auf 23 bis 26 die Ausstoßmuster α1, α2, β2 und β2 gleich. Ebenso sind die Muster α3 und β3 gleichwertig. Die Muster γ1 und γ2 sind gleich, ebenso die Muster δ1 und δ2. Daher beträgt die Anzahl der Ausstoßmuster sechs, was weniger ist als die zwölf Muster in der vorherigen Ausführungsform (23 bis 26), aber es wird immer noch eine Vielfalt an Ausstoßmustern erhalten, im Vergleich zu dem Fall, indem ein einzelnes piezoelektrisches Element verwendet wird. Alternativ können drei oder mehr piezoelektrische Elemente mit denselben Tintensteuerungskapazitäten ausgebildet sein.
Obwohl die vorherige Ausführungsform eine Wellenformauswahl und -zusammenstellung zur Steuerung der Tintentropfengröße vorsehen, kann eine Steuerung der Wellenformauswahl und -zusammenstellung mit Ausrichtung auf die Steuerung der Tropfengeschwindigkeit durchgeführt werden. Darüber hinaus können sowohl die Tropfengrößen und die Geschwindigkeit gesteuert werden.
Obwohl die Auswahl des Ansteuerungssignals nicht nur an Punkten zwischen den Ausstoßzyklen umgeschalten wird, sondern auch an Punkten während des Zyklus, kann die Auswahl entweder an vorherigen Punkten oder an nachfolgenden Punkte umgeschalten werden. Es werden jedoch mehr Wellenformen erhalten, indem an beiden Punkten umgeschalten wird.
Wie daher beschrieben, können die vorherigen Ausführungsformen kombiniert werden, um eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen für jede Düse auszubilden. Für jedes piezoelektrische Element können einige der Ansteuerungssignale ausgewählt und an dieses übertragen werden, einschließlich derjenigen für die Modulierung der Tintentropfengröße und derjenigen für die Unterdrückung winziger Tropfen, die den ausgestoßenen Tropfen begleiten. Die Steuerung des Tropfenausstoßes durch die Düse und die Steuerung der Unterdrückung der Begleittropfen werden durch die Ansteuerungssignale durchgeführt. In der Folge kann der Ausstoßstatus wie die Tropfengröße verschiedentlich geändert werden. Das Erzeugen von unerwünschten Begleittropfen wird daher ebenso unterdrückt.
Wenn darüber hinaus das piezoelektrische Element zur Erzeugung eines Ausstoßdrucks verschoben und der Ausstoß durchgeführt wird, kann ein Ansteuerungssignal an das piezoelektrische Element zur Erzeugung eines Hilfsdrucks angelegt werden, wobei das Ansteuerungssignal verhindert, dass das piezoelektrische Element zur Erzeugung des Hilfsdrucks auf Grund des durch die Verstellung des piezoelektrischen Elements zur Erzeugung des Ausstoßdrucks erzeugten Drucks verschoben wird. Die Verstellung des piezoelektrischen Elements zur Erzeugung eines Hilfsdrucks wird hierdurch verhindert, auf Grund der Verstellung des piezoelektrischen Elements zur Erzeugung eines Ausstoßdrucks, wenn der Tintentropfen durch das piezoelektrische Element zur Erzeugung des Ausstoßdrucks ausgestoßen wird. In der Folge wird der so erzeugte Ausstoßdruck für den Tropfenausstoß mit geringem Verlust verwendet. Die Ausstoßeigenschaft wird daher beibehalten. In der Folge werden eine beabsichtige Tropfengröße und -geschwindigkeit erhalten und fortlaufend ein konstanter Tropfenausstoß ausgeführt.
Wie oben beschrieben, kann das piezoelektrische Element zum Erzeugen eines Hilfsdrucks einen Druck zum Unterdrücken winziger Tropfen erzeugen, die den ausgestoßenen Tintentropfen begleiten. In der Folge erfolgt fortlaufend ein konstanter Tropfenausstoß, während unerwünschte Begleittropfen unterdrückt werden.
Darüber hinaus können verschiedene Arten von Ansteuerungssignalen erzeugt werden, einschließlich Signalen zur Modulierung der Tropfengröße und Hilfsansteuerungssignalen zur Aufhebung der Auswirkungen, die aus dem Tropfenausstoß einer anderen Düse resultieren. Für jedes piezoelektrische Element können einige der Ansteuerungssignale ausgewählt und daran übertragen werden. In der Folge wird der Kopiereffekt zwischen den Düsen verringert. Variationen im Tropfenausstoßstatus zwischen den Düsen werden dadurch reduziert und ständig Druckausgaben in hoher Qualität erzielt.
Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Licht der obigen Darlegungen möglich. Es versteht sich daher, dass die Erfindung im Geltungsbereich der angefügten Ansprüche anders als in den hier dargestellten speziellen Beschreibungen ausgeführt werden kann.

Claims

Tintenstrahldrucker (1) umfassend: eine Tropfenauslassöffnung (118), durch die ein Tintenstrahltropfen ausgestoßen werden kann; eine Tintenkammer (114); ein Durchführungsloch (117), das eine Verbindung zwischen der Tintenkammer (114) und der Auslassöffnung (118) herstellt, um die Auslassöffnung (118) mit Tinte aus der Tintenkammer (114) zu versorgen; eine erste Druckerzeugungseinrichtung (116a), die ausgebildet ist, um das Volumen der Tintenkammer (114) durch Verstellen zu ändern und dadurch einen Druck in der Tintenkammer (114) zu erzeugen; und eine Ausstoßsteuerungseinrichtung (14), die zur Steuerung der ersten Druckerzeugungseinrichtung (116a, 116b) ausgebildet ist, um einen Druck zum Ausstoß eines Tintentropfens über die Auslassöffnung (118) zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet dass: der Tintenstrahldrucker weiterhin eine zweite Druckerzeugungseinrichtung (116b) enthält, die ausgebildet ist, um das Volumen der Tintenkammer (114) durch Verstellen zu ändern und dadurch einen Druck in der Tintenkammer (114) zu erzeugen; und die Ausstoßsteuerungseinrichtung weiterhin ausgebildet ist, um die zweite Druckerzeugungseinrichtung zu steuern, um einen Druck zur Unterdrückung der Erzeugung winziger Tintentropfen zu erzeugen, die den Tintentropfen begleiten, der durch die Auslassöffnung (118) ausgestoßen wird.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1, wobei die Tintenkammer (114) über eine Wand (113) verfügt und eine erste und zweite Druckerzeugungseinrichtung (116a, 116b) auf der Wand (113) der Tintenkammer (114) vorgesehen sind.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 2, wobei die erste Druckerzeugungseinrichtung (116a) von der Tropfenauslassöffnung (118) weiter entfernt angeordnet ist als die zweite Druckerzeugungseinrichtung (116b).
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 1, der eine Führungsplatte (112) umfasst, auf der eine Schwingungsplatte (113) aufgebracht ist, wobei die Tintenkammer (114) durch konkave Aussparungen in der Führungsplatte (112) und die Schwingungsplatte (113) gebildet ist, die Auslassöffnung (118) auf der von der Tintenkammer (114) abgewandten Seite der Führungsplatte (112) ausgebildet ist und das Durchführungsloch (117) durch die Dickenerstreckung der Führungsplatte (112) hindurch gebildet ist.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 4, wobei die erste und zweite Druckerzeugungseinrichtung (116a, 116b) auf der Schwingungsplatte (113) vorgesehen sind.
Tintenstrahldrucker gemäß Anspruch 5, wobei die erste Druckerzeugungseinrichtung (116a) von der Tropfenauslassöffnung (118) weiter entfernt ist als die zweite Druckerzeugungseinrichtung (116b).
Tintenstrahldrucker gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Auslassöffnung (118) in einer Düsenplatte (111) gebildet ist, die auf der Führungsplatte (112) der Tintenkammer (114) abgewandt aufgebracht ist.
Tintenstrahldrucker gemäß einem der obigen Ansprüche, wobei sich die Querschnittsfläche der Tintenkammer (114) auf der Seite der Auslassöffnung (118) in Richtung zum Durchführungsloch (117) verringert.
Tintenstrahldrucker gemäß einem der obigen Ansprüche, weiterhin umfassend eine Versorgungsführung (115), die mit der Tintenkammer (114) in Verbindung steht, um die Tintenkammer mit Tinte (114) zu versorgen, wobei die Querschnittsfläche der Tintenkammer (114) sich auf der Seite der Versorgungsführung (115) in Richtung zur Versorgungsführung (115) verringert.
Tintenstrahldrucker gemäß einem der obigen Ansprüche, wobei die erste und zweite Druckerzeugungseinrichtung (116a, 116b) jeweils ein piezoelektrisches Element sind.
Tintenstrahldrucker gemäß einem der obigen Ansprüche, wobei die erste und zweite Druckerzeugungseinrichtung (116a, 116b) ausgebildet sind, um die gleiche Verstellung als Reaktion auf eine vorgegebene angelegte Spannung zu erzeugen.
Verfahren zum Ansteuern eines Aufzeichnungskopfes für einen Tintenstrahldrucker (1) mit einer Tropfenauslassöffnung (118), durch die ein Tintentropfen ausgestoßen werden kann; eine Tintenkammer (114); ein Durchführungsloch (117), das zwischen der Tintenkammer (114) und der Auslassöffnung (118) zur Versorgung der Auslassöffnung (118) mit Tinte eine Verbindung herstellt; und einer ersten Druckerzeugungseinrichtung (116a), die ausgebildet ist, um das Volumen der Tintenkammer (114) durch Verstellen zu ändern und so einen Druck in der Tintenkammer zu erzeugen (114); wobei das Verfahren die Erzeugung eines Ausstoßdrucks umfasst, der einen Tintentropfen über die Auslassöffnung (118) ausstößt, indem das Volumen der Tintenkammer (114) durch Verstellen der ersten Druckerzeugungseinrichtung (116a) geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Tintenstrahldrucker weiterhin eine zweite Druckerzeugungseinrichtung (116b) enthält, die ausgebildet ist, um das Volumen der Tintenkammer (114) durch Verstellen zu ändern und dadurch einen Druck in der Tintenkammer (114) zu erzeugen, und das Verfahren weiterhin die Erzeugung eines Hilfsdrucks umfasst, der die Erzeugung von winzigen Tintentropfen unterdrückt, die den Tintentropfen begleiten, der über die Auslassöffnung (118) ausgestoßen wird, indem das Volumen der Tintenkammer (114) durch Verstellen der zweiten Druckerzeugungseinrichtung (116b) geändert wird.