DE60006366T2

DE60006366T2 - Flüssigkeitsstrahlgerät und Flüssigkeitsstrahl-Ansteuermethode

Info

Publication number: DE60006366T2
Application number: DE2000606366
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Chiyoda-ku Nakagawa; Hiroshi Chiyoda-ku Fukumoto; Jyunichi Chiyoda-ku Aizawa; Yasuhiko Chiyoda-ku Ozaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2020-06-16
Also published as: EP1164014A1; EP1164014B1; DE60006366D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technik zum Ansteuern einer Flüssigkeitsstrahleinheit zum Ausstoßen von Tröpfchen in Form eines Strahls von einer Flüssigkeitsoberfläche und betrifft im spezielleren eine Technik zum Ausstoßen von Tröpfchen in Form eines Strahls, indem eine Flüssigkeit, die eine durch eine Öffnung begrenzt freiliegende Oberfläche aufweist, mit Schwingungen beaufschlagt wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die aus der US-A-5 798 779 bekannt ist.
Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik
Es gibt eine Technik zum Aufbringen von Tinte auf Druckpapier in Form eines Tröpfchens, um Bilder und Buchstaben zu erstellen, nämlich das Tintenstrahldrucken. In der vorliegenden Beschreibung wird zur Unterscheidung der Begriff "Strahl" verwendet, wenn eine Vielzahl von Tintentröpfchen gleichzeitig erzeugt wird, und der Begriff "Abgabe" wird verwendet, wenn Tröpfchen eines nach dem anderen erzeugt werden.
Zur getreuen Reproduktion des Tones eines Bildes wird eine Technik vorgeschlagen, bei der Tinte durch Ultraschall mit Schwingung beaufschlagt wird, um Tröpfchen von einer Tintenoberfläche zu erhalten. Zum Beispiel offenbart die JP-A-2-303849 eine Technik zum Steuern der Länge der Periode zum kontinuierlichen Beaufschlagen von Tinte mit Ultraschall, um die Menge der abzugebenden Tinte zu steuern.
Die JP-A-10-128968 offenbart eine Technik zum Beaufschlagen von Tinte mit Ultraschallstößen, die eine bestimmte Anzahl von Impulsen enthalten, wiederholt eine Vielzahl von Malen, um die Menge der als Strahl auszustoßenden Tinte mit der Wiederholungsanzahl zu steuern.
Bei der Technik zum Steuern der Länge der Periode zum kontinuierlichen Beaufschlagen von Tinte mit Ultraschall, um den Betrag der abzugebenden Tinte zu steuern, ist es jedoch für die Abgabe einer großen Menge von Tinte erforderlich, Tinte in kontinuierlicher Weise für eine lange Zeitdauer mit Ultraschall zu beaufschlagen. Dies führt zu einem signifikanten Anstieg des Pegels der Tintenoberfläche von der Öffnung mit einem Strahlungsdruck, wie dies später noch erläutert wird, wobei dies zu einer instabilen Abgabe der Tröpfchen führt.
Die Technik der Beaufschlagung von Tinte mit Ultraschallstößen in wiederholter Weise für eine Vielzahl von Malen ist dahingehend überlegen, daß kein kontinuierlicher Strahlungsdruck geschaffen wird. Da beim Tintenstrahldrucken jedoch das Aufbringen von Tinte auf ein Druckpapier mit unterschiedlichen Tönen für die Punkte erforderlich ist, ist es notwendig, den Zeitpunkt der Zufuhr des Druckpapiers sowie den Zeitpunkt der Anordnung von Tinte für jeden Punkt einzustellen.
Die Länge der Periode, während der kein kontinuierlicher Ultraschall zugeführt wird, variiert von Punkt zu Punkt bei der Technik zum Beaufschlagen von Tinte mit Ultraschallstößen wiederholt für eine Vielzahl von Malen sowie auch bei der Technik zum Steuern der Länge der Periode zum kontinuierlichen Beaufschlagen von Tinte mit Ultraschall.
Da die Länge der Periode, während der ein Strahlungsdruck vorhanden ist, somit von Punkt zu Punkt variiert, variiert auch der Anstieg des Tintenpegels von der Öffnung von Punkt zu Punkt. Diese Variation verursacht ein instabiles Strahlausstoßen von Tröpfchen und verursacht ferner eine Verschlechterung der Körnigkeit hinsichtlich der Druckqualität sowie Schwierigkeiten beim Steuern der Abstufung.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das Dokument US-A-5 798 779, das den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet, offenbart ein Ultraschall-Druckverfahren, mit dem sich eine Aufzeichnung mit hoher Auflösung erzielen läßt. Bei dem herkömmlichen Verfahren werden einige oder alle von einer Vielzahl von Ultraschall-Oszillatoren selektiv in derartigen Phasen angesteuert, daß eine Phasendifferenz an einem vorbestimmten Punkt zwischen einer Referenz-Ultraschallwelle von einem der ausgewählten Ultraschall-Oszillatoren sowie einer weiteren Ultraschallwelle von einem beliebigen anderen der ausgewählten Ultraschall-Oszillatoren gleich oder geringer ist als ein Viertel einer Wellenlänge der Ultraschallwellen in einem Übertragungsmedium für die Ultraschallwellen von den ausgewählten Ultraschallwellen zu dem vorbestimmten Punkt. Das Ultraschall-Druckverfahren kann bei verschiedenen Druckvorrichtungen Anwendung finden, bei denen eine Aufzeichnung mit hoher Auflösung erforderlich ist.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe einer Flüssigkeitsstrahl-Treibervorrichtung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist, unter Verwendung einer Technik für ein besonders stabiles Strahlausstoßen von Tröpfchen durch Verbessern der Formgebung der Flüssigkeitsoberfläche, von der die Tröpfchen erzeugt werden.
Gelöst wird diese Aufgabe vorteilhafterweise durch eine Flüssigkeitsstrahl-Treibervorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Mittels der erfindungsgemäßen Flüssigkeitsstrahl-Treibervorrichtung ist es möglich, die Variation in der Formgebung der Flüssigkeitsoberfläche in der Öffnung zu unterdrücken, um dadurch eine einfache Steuerung eines Flüssigkeitsstrahls sicherzustellen. Da der zweite Schwingungserreger mit dem Unterdrückungssignal beaufschlagt wird, kann der erste Schwingungserreger in äußerst geeigneter Weise für die erste Frequenz ausgebildet werden.
Diese und weitere Ziele, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen noch deutlicher.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Konfiguration einer Flüssigkeitsstrahl-Treibervorrichtung, die bei der vorliegenden Erfindung Anwendung finden kann;
2 eine Schnittdarstellung, in der die Konstruktion eines Tintenkopfes schematisch dargestellt ist;
3A bis 3C Wellenformansichten zur Erläuterung eines Strahlausstoßsignals;
4 eine Schnittdarstellung zur schematischen Erläuterung eines Konzepts mit einem Schalldruck;
5 eine Schnittdarstellung zur schematischen Erläuterung eines Konzepts mit einem Strahlungsdruck;
6A bis 6D Wellenformansichten zur Erläuterung einer Relation zwischen dem Strahlausstoßsignal, dem Schalldruck und dem Strahlungsdruck;
7 bis 14 Schnittdarstellungen zur schematischen Erläuterung von Meniskuszuständen von Tinte in einer Öffnung;
15A und 15B Wellenformansichten zur Erläuterung einer Relation zwischen dem Strahlausstoßsignal und einer Meniskusbewegung der Tinte;
16A und 16B Wellenformansichten zur Erläuterung einer Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik;
17A und 17B Wellenformansichten zur Erläuterung einer weiteren Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik;
18 eine Schnittdarstellung zur schematischen Erläuterung einer Konstruktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
19A bis 19C Wellenformansichten zur Erläuterung einer Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
20A bis 20C Wellenformansichten zur Erläuterung einer Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
21A bis 21C Wellenformansichten zur Erläuterung einer Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
22A und 22B Wellenformansichten zur Erläuterung einer Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
23 bis 31 Schnittdarstellungen zur Erläuterung einer Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik gemäß der vorliegenden Erfindung;
32 eine Schnittdarstellung zur schematischen Erläuterung einer exemplarischen Konstruktion einer Vorrichtung, die bei der vorliegenden Erfindung verwendbar ist;
33 bis 35 Schnittdarstellungen zur Erläuterung einer weiteren Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik; und
36 eine Schnittdarstellung zur Erläuterung einer weiteren Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
A. Hintergrund der Erfindung
Vor einer ausführlichen Erläuterung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden Erkenntnisse hinsichtlich eines Strahlungsdrucks als Hintergrund der vorliegenden Erfindung erläutert. 1 zeigt ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Konfiguration einer Flüssigkeitsstrahl-Treibervorrichtung, die auch bei der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
Die Flüssigkeitsstrahl-Treibervorrichtung weist folgendes auf: eine Eingangsgrößen-Umwandlungsschaltung 1 zum Umwandeln eines Bildsignals 20, das Information beispielsweise über einen Tonwert eines abzubildenden Bildes hat, in ein Strahlsignal 21; eine Grundsignal-Erzeugungsschaltung 2 zum Erzeugen eines Grundsignals 28, das aus kontinuierlichen Impulsen mit einer Frequenz f0 besteht; eine Treiberschaltung 3, die das Grundsignal 28 für eine vorbestimmte Periode auf der Basis des Strahlsignals 21 aufnimmt, um ein Strahlausstoßsignal 26 zu erzeugen, das aus kontinuierlichen Impulsen mit der Frequenz f0 in einer Anzahl k besteht; sowie einen Tintenkopf 9 mit einem Schwingungserreger 9a, der mit dem Strahlausstoßsignal angesteuert wird. Der Tintenkopf 9 enthält Tinte 30. Der Schwingungserreger 9a wird mit dem Strahlausstoßsignal 26 angesteuert, um die Tinte 30 als Strahltröpfchen 31 von dem Tintenkopf 9 auszustoßen.
Die Eingangsgrößen-Umwandlungsschaltung 1 führt eine Umwandlung unter Berücksichtigung der Umwandlung des Dynamikbereichs (zum Beispiel Umwandlung von Tonwerten mit 256 Abstufungen in 32 Bits) sowie einer nicht linearen Beziehung zwischen der von dem Tintenkopf 9 als Strahl abzugebenden Tintenmenge und der Wiederholungsanzahl des Strahlausstoßsignals 26 aus.
Weiterhin erzeugt die Treiberschaltung 3 ein Unterdrückungssignal 27, und der Schwingungserreger 9a wird auch mit dem Unterdrückungssignal 27 angesteuert.
2 zeigt eine Schnittdarstellung zur schematischen Erläuterung der Konstruktion des Tintenkopfes 9. Der Tintenkopf 9 besitzt einen Körper 94 beispielsweise mit einem Rotationsparaboloid als Innenwandung zum Aufnehmen der Tinte 30, eine Düsenplatte 93 mit einer Öffnung 95 zum begrenzten Freilegen einer Oberfläche der Tinte 30, wobei die Düsenplatte 93 durch die Öffnung 95 mit dem Körper 94 in Verbindung steht, sowie den Schwingungserreger 9a zum Beaufschlagen der Tinte 30 mit Schwingung. Ohne die Düsenplatte 93 kann die Öffnung 95 in dem Körper 94 vorgesehen sein.
Der Schwingungserreger 9a weist einen Ultraschall-Schwingungserreger, beispielsweise einen piezoelektrischen Schwinger bzw. Schwingungserzeuger 92, sowie weiterhin einen schützenden Flächenkörper 91 zwischen dem Körper 94 und dem piezoelektrischen Schwinger 92 auf, um den piezoelektrischen Schwinger 92 derart zu schützen, daß dieser nicht mit der Tinte 30 benetzt wird.
(A-1) Beschreibung des Strahlausstoßsignals
Die 3A bis 3C zeigen Wellenformansichten des Grundsignals 28, des Strahlausstoßsignals bzw. eines Punktaufzeichnungssignals zur Erläuterung einer Beziehung zwischen den drei Signalen. Das Grundsignal 28 hat einen Zyklus T0 = 1/f0, wobei angenommen wird, daß f0 = 10 MHz (T0 = 100 ns) beträgt. Jedes Strahlausstoßsignal 26 wird durch Sammeln von k Impulsen der Grundsignale 28 erzeugt. Im vorliegenden Fall beträgt k = 6.
Das Strahlausstoßsignal 26 wird eine vorbestimmte Anzahl von Malen in jedem vorbestimmten Ausstoßzyklus T2 wiederholt. Das Strahlausstoßsignal 26 wird eine Ausstoßanzahl dj von Malen bei dem j^ten Punkt #j wiederholt, und zwar in Abhängigkeit von einem Wert des Strahlsignals 21, der einem für einen Punkt erforderlichen Tonwert entspricht.
Eine Periode, die einem Punkt entspricht, ist als Punktzyklus T3 definiert, wobei beispielsweise dargestellt ist, daß die Ausstoßanzahlen d1 = 25, d2 = 5 und d3 = 17 bei dem ersten Punkt #1, dem zweiten Punkt #2 bzw. dem dritten Punkt #3 betragen. Da T3–dj·T2 von Punkt zu Punkt variiert, wird ein instabiles Niveau der Tintenoberfläche verursacht, wie dies vorstehend erläutert worden ist.
(A-2) Beschreibung des Emissionsdrucks
Die 4 und 5 zeigen Schnittdarstellungen zur schematischen Erläuterung von Konzepten eines Schalldrucks Ps und eines Strahlungsdrucks Pi. Obwohl im folgenden eine Erläuterung anhand eines Beispiels erfolgt, bei dem der piezoelektrische Schwinger 92 eine Längsschwingung in Richtung der Dicke ausführt, können diese beiden Drücke auch durch Schwingung in einem anderen Modus auf die Tinte 30 aufgebracht werden.
Wenn der piezoelektrische Schwinger 92 die Tinte 30 mit Schwingung mit einer Frequenz f0 beaufschlagt, treibt der Schalldruck Ps mit einer Frequenz f0 die in der Öffnung 95 freiliegende Oberfläche der Tinte 30 nahezu vertikal in zwei Richtungen, wie dies in 4 gezeigt ist. Da ein Rand der Öffnung 95 als feststehendes Ende der Oberfläche der Tinte 30 dient, wird eine erste Oberflächenwelle von dem Rand der Öffnung 95 weg erzeugt.
Die erste Oberflächenwelle führt zu einem Abstoßen der feinen Strahltröpfchen 31 von ihrem Umfang. Die erste Oberflächenwelle geht in Richtung auf das Zentrum der Öffnung 95 mit einer Geschwindigkeit Vc und wird bis zum vollständigen Verschwinden gedämpft, nachdem die Schwingungserregung des piezoelektrischen Schwingers 92 abgeschlossen ist.
Da andererseits die Tinte 30 eine Grenzfläche mit der Luft in der Nähe der Öffnung 95 aufweist und die Schwingung der Tinte 30 vollständig auf der Grenzfläche reflektiert wird, treibt der Strahlungsdruck Pi die Oberfläche der Tinte 30 in der in 5 gezeigten Weise nahezu vertikal in der einen Richtung von dem piezoelektrischen Schwinger 92 zu der Öffnung 93. Da der Strahlungsdruck Pi nach Abschluß der Schwingungserregung des piezoelektrischen Schwingers 92 verschwindet, wird eine zweite Oberflächenwelle von dem Rand der Öffnung 95 weg erzeugt. Die zweite Oberflächenwelle geht mit einer Geschwindigkeit Vr in Richtung auf das Zentrum der Öffnung 95.
Die 6A bis 6D zeigen Wellenformansichten zur Erläuterung einer Beziehung zwischen dem Strahlausstoßsignal 26, dem Schalldruck Ps und dem Strahlungsdruck Pi. Der in dem Strahlausstoßsignal 26 vorhandene Impulszug hat einen Zyklus T0 = 1/f0, und jedes Strahlausstoßsignal 26 besteht aus Impulsen in Stößen mit einer Anzahl k. Der Ausstoßzyklus T2 wird nicht niedriger gesetzt als k·T0, und somit besteht eine Relation von T2 – k·T0 ≥ 0 zwischen einander benachbarten Strahlausstoßsignalen 26.
Der piezoelektrische Schwinger 92 hat die Formgebung einer dünnen Platte, die senkrecht zu einer Richtung von dem Schwingungserreger 9a zu der Öffnung 95 ist, wie dies in 3 gezeigt ist, und er erhält das Strahlausstoßsignal 26, um eine Längsschwingung in Richtung der Dicke nahezu in Form einer Sinuswelle hervorzurufen.
Wenn man nun davon ausgeht, daß die Tinte 30 eine Viskosität aufweist, die ausreichend niedrig ist, um Idealerweise der von dem piezoelektrischen Schwinger 92 aufgebrachten Schwingung zu folgen, und zwar unter der weiteren Annahme, daß die sich in der Tinte 30 fortpflanzende Geschwindigkeit des Schalls (Schallgeschwindigkeit), der Maximalwert der Geschwindigkeit der sich aufgrund einer Schwingungserregung bewegenden Tinte (Maximalgeschwindigkeit) sowie die Dichte der Tinte 30 c, u bzw. ρ sind, hat der Schalldruck Ps einen Zyklus T0 und zeigt eine Sinuswelle mit einer Amplitude ρcu.
Wenn ein Druck im Fall von keiner Schwingungserregung der Tinte 30 Null beträgt, variiert der Schalldruck Ps innerhalb eines Bereichs von ±ρcu, und dieser treibt die Tinte 30 in den beiden in 4 dargestellten Richtungen voran. Vorliegend wird davon ausgegangen, daß ein positives Vorzeichen in Richtung von dem piezoelektrischen Schwinger 29 zu der Öffnung 92 vorliegt.
Andererseits wird die Schwingung der Tinte 30 vollständig auf der Grenzfläche mit der Luft in der Nähe der Öffnung 95 reflektiert, und dies verursacht einen Basisstrahlungsdruck Bi, der eine Sinuswelle mit einem Zyklus T0/2 und einer Amplitude ρu²/2 zeigt. Der Basisstrahlungsdruck Bi variiert von Null bis ρu². Die Maximalgeschwindigkeit u der Tinte 30 ist niedriger als die Schallgeschwindigkeit c, und somit erzeugt die Amplitude des Basisstrahlungsdrucks Bi nur wenig Auswirkung auf die Bewegung der Tinte, wenn der Schalldruck Ps auf die Tinte 30 aufgebracht wird.
Der Basisstrahlungsdruck Bi hat jedoch einen Durchschnittswert ρu²/2 in einer Periode T1, während der das Strahlausstoßsignal 26 vorliegt. Da der Strahlungsdruck Pi als Impuls mit dem Durchschnittswert in einer Richtung aufgebracht wird, wenn die Schwingungserregung für eine lange Zeitdauer auf die Tinte 30 ausgeübt wird, steigt der Meniskus der Tinte 30 in der Öffnung 95 stark an.
Wenn der Schalldruck Ps zwischen den einander benachbarten Strahlausstoßsignalen 26 nicht aufgebracht wird, verschwindet ferner auch der Basisstrahlungsdruck Bi. Der Strahlungsdruck Pi erzeugt somit einen beträchtlichen Effekt, d. h. die zweite Oberflächenwelle auf der Tinte 30 vollständig in dem Punktzyklus T3.
Ferner offenbart die JP-A-9-57963 einen Gesichtspunkt, bei dem der piezoelektrische Schwinger mit einer Dreieck-Wellenform angesteuert wird und Oberflächenwellen von dem Rand zu dem Zentrum der Öffnung beim Abgeben eines Tröpfchens miteinander in Wechselwirkung stehen, sowie einen weiteren Gesichtspunkt, bei dem eine Vielzahl feiner Tröpfchen von einem Ende der Oberflächenwelle strahlartig abgegeben wird.
Bei beiden Aspekten muß jedoch die Dreieck-Welle für einen starken Einfluß auf die Flüssigkeit sorgen, und es handelt sich hierbei um keine Technik unter Berücksichtigung des in Verbindung mit dem Strahlausstoßsignal auftretenden Strahlungsdrucks, wie dies bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist.
(A-3) Korrektur des Ausstoßzyklus
In einem Zustand, in dem das Strahlausstoßsignal 26 wiederholt zugeführt wird, d. h. der Periode dj·T2 in dem Punktzyklus T3 des j^ten Punkts #j unter Bezugnahme auf 3C, wird der Ausstoßzyklus T2 auf der Basis der Geschwindigkeit Vr der zweiten Oberflächenwelle korrigiert, um den Zustand des Meniskus der Tinte 30 zum Zeitpunkt der Zufuhr des Strahlausstoßsignals 26 in einer üblichen Form zu halten. Diese Korrektur des Ausstoßzyklus wird bei den nachfolgend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung aufgegriffen.
Die 7 bis 14 zeigen Schnittdarstellungen zur schematischen Erläuterung von Zuständen des Meniskus der Tinte 30 in der Öffnung 95 zu dem Zeitpunkt t = 0 μs, 0,6 μs, 1 μs, 2 μs, 4 μs, 8 μs, 10 μs bzw. 15,6 μs, und zwar unter der Annahme, daß die Zufuhr des Schalldrucks Ps mit einer Frequenz f0 = 10 MHz und einer Anzahl von Impulsen k = 6 zu dem Zeitpunkt t = 0 μs beginnt.
Zu dem Zeitpunkt, in dem die Zufuhr des Schalldrucks Ps beginnt, wie dies in 7 gezeigt ist, zeigt der Meniskus der Tinte 30 einen geringen Anstieg an der Öffnung 95 aufgrund von Oberflächenspannung. Durch Aufbringen des Schalldrucks Ps werden die Tröpfchen 31 von dem Bereich in der Nähe des Rands der Öffnung 95 als Strahl abgegeben, bis k/f0 = 0,6 μs beträgt. Da der Meniskus in der in 7 dargestellten Weise einen geringen Anstieg aus der Öffnung 95 aufweist, werden die Strahltröpfchen 31 strahlend bzw. streuend aus der Öffnung 95 abgegeben.
Bei ausgeübtem Schalldruck Ps wird der Strahlungsdruck Pi in einer Periode von t = 0 bis t = 0,6 μs aufgebracht. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Strahlungsdruck Pi eine halbe Wellenlänge von fi = f0/2k hat, erhält man die Geschwindigkeit Vr der zweiten Oberflächenwelle als fi (2πσ/ρfi²)^1/3. Unter der Annahme, daß es sich bei der Öffnung 95 um einen Kreis mit einem Durchmesser D handelt, ergibt sich eine Zeit, die für eine Hin- und Herbewegung der zweiten Oberflächenwelle in der Öffnung 95 erforderlich ist, als 2D/Vr. Unter der Annahme zum Beispiel, daß die Oberflächenspannung σ der Tinte 30 5 × 10^–2 N/m beträgt, die Dichte ρ einen Wert von 1 × 10³ kg/m³ besitzt und D = 50 μm beträgt, läßt sich die erforderliche Zeit errechnen als 2D/Vr = 15,6 μs.
Wie in den 9 bis 13 gezeigt ist, besitzt daher der Zustand des Meniskus aufgrund der Ausbreitung der zweiten Oberflächenwelle eine komplizierte Formgebung bis t = 15,6 μs, wobei er in einen Zustand zurückkehrt, der nahezu der gleiche wie der von t = 0 ist, wie dies in 14 gezeigt ist, wenn t = 15,6 μs beträgt. Durch Setzen des Ausstoßzyklus T2 auf 2D/Vr kann der Zustand des Meniskus zu dem Zeitpunkt der Zufuhr des Strahlausstoßsignals 26 gleich gehalten werden.
Es kann natürlich ein Fall auftreten, in dem es sich aufgrund einer tatsächlichen Messung herausstellt, daß ein optimales Ergebnis erzielt werden kann durch Einstellen des Ausstoßzyklus T2 auf einen Wert, der zu der für eine Hin- und Herbewegung der zweiten Oberflächenwelle in der Öffnung 95 erforderlichen Zeit geringfügig versetzt ist.
Es liegt jedoch im Rahmen der Korrektur des Ausstoßzyklus der vorliegenden Beschreibung, den Schwankungszyklus in dem Ausmaß der Tinte 30 aufgrund der zweiten Oberflächenwelle sowie den Ausstoßzyklus T2 zum gleichmäßigen Aufrechterhaltung der Formgebung des Meniskus zum Zeitpunkt der Zufuhr des Strahlausstoßsignals 26 einzustellen.
(A-4) Durch nicht kontinuierliches Strahlausstoßsignal bedingtes Problem
Die 15A und 15B zeigen Wellenformansichten zur Erläuterung einer Beziehung zwischen dem Strahlausstoßsignal 26 und der Meniskusbewegung der Tinte 30 in dem Punktzyklus T3. 15A zeigt eine zeitliche Steuerung zum Zuführen des Strahlausstoßsignals 26, während 15B die zentrale Position in der Oberfläche der Tinte 30 darstellt, die in der Öffnung 95 freiliegt.
In den 15A und 15B handelt es sich bei horizontal verlaufenden Linien um Grundlinien, die anzeigen, daß der Druck in der Zeichnung bei dem Strahlausstoßsignal 26 Null beträgt, sowie ferner die zentrale Position der Flüssigkeits oberfläche in dem Zustand der 7 in der Zeichnung an der Position der Flüssigkeitsoberfläche anzeigen.
In einer Periode, während der das Strahlausstoßsignal 26 gestoppt ist (T3–dj·T2 in 3), da kein Strahlungsdruck Pi aufgebracht wird, führt die Oberfläche der Tinte 30, die mit dem in einer Periode während der Zufuhr des Strahlausstoßsignals 26 (dj·T2 in 3) ausgeübten Strahlungsdruck Pi beaufschlagt wird, freie Schwingungen in einem Modus aus, der für die Öffnung 95 spezifisch ist. Die freien Schwingungen haben eine Wellenlänge, die etwa mehrere Male so lang ist wie die Ausstoßperiode T2.
Wie in dem Abschnitt (A-1) erläutert worden ist, wird dann, wenn der für einen Punkt erforderliche Tonpegel anders ist, dj anders und T3–dj·T2 wird ebenfalls anders, und aus diesem Grund erhält das erste Strahlausstoßsignal in dem nächsten Punktzyklus T3 nicht notwendigerweise den in 7 oder 14 dargestellten Zustand des Meniskus.
Durch Steuerung der für die Öffnung 95 spezifischen freien Schwingungen, die in der Periode stattfinden können, während der das Strahlausstoßsignal 26 gestoppt ist, wird somit die Oberfläche der Tinte 30 derart gesteuert, daß das Strahlausstoßsignal 26 in einem geeigneten Meniskuszustand abgegeben werden kann.
B. SPEZIELLE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die 16A und 16B zeigen Wellenformansichten zur Erläuterung einer Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik. 16A zeigt eine zeitliche Steuerung zum Zuführen des Strahlausstoßsignals 26 sowie eines Pseudo-Ausstoßsignals, das als Unterdrückungssignal 27 angenommen wird, während 16B die zentrale Position in der Oberfläche der Tinte 30 darstellt. Die Grundlinien der 16A und 16B veranschaulichen das Gleiche wie in den 15A und 15B.
Das Pseudo-Ausstoßsignal betrifft ein Ausstoßsignal, mit dem der Schwingungserreger 9a angesteuert wird, um die Tinte 30 mit Schwingung zu beaufschlagen, die für einen Strahlaustritt aus der Öffnung 95 nicht ausreichend ist. Das Pseudo-Ausstoßsignal wird als Ausstoßsignal erzeugt, das aus einem Impulszug mit einer Frequenz f0 besteht, dessen Impulsanzahl k geringer ist als die des Strahlausstoßsignals 26.
Wenn zum Beispiel das Strahlausstoßsignal 26 Impulse in einer Anzahl k = 6 aufweist, hat das Pseudo-Ausstoßsignal Impulse in einer Anzahl k = 4. Alternativ hierzu wird das Pseudo-Ausstoßsignal als Ausstoßsignal erzeugt, das Impulse in der gleichen Anzahl k und mit der gleichen Frequenz f0 wie das Strahlausstoßsignal 26 aufweist und eine kleinere Amplitude als das Strahlausstoßsignal 26 besitzt.
Dieses Pseudo-Ausstoßsignal steuert den Schwingungserreger 9a in der Periode an, während der das Strahlausstoßsignal 26 in dem Punktzyklus T3 nicht angelegt wird, d. h. in einer Periode T3–dj·T2. Somit wird über nahezu den gesamten Punktzyklus T3 der Schwingungserreger 9a nahezu bei dem Ausstoßzyklus T2 mit dem Strahlausstoßsignal 26 oder dem Pseudo-Ausstoßsignal beaufschlagt.
Da das Pseudo-Ausstoßsignal im Gegensatz zu dem Strahlausstoßsignal 26 in der vorstehend erläuterten Weise zu keinem Ausstoßen der Tinte 30 führt, wird der Tonpegel bzw. die Tonabstufung des Punkts nicht beeinträchtigt. Da das Pseudo-Ausstoßsignal die Tinte 30 ebenfalls mit Strahlungsdruck beaufschlagt, ist es jedoch möglich, die in 15B dargestellten freien Schwingungen, die die Tinte 30 in der Periode T3–dj·T2 ausführen kann, derart zu steuern, daß diese nahezu gleich den Schwingungen in der Periode dj·T2 sind, während der die Beaufschlagung mit dem Strahlausstoßsignal 26 erfolgt. Da das Pseudo-Ausstoßsignal wiederholt mit dem gleichen Zyklus wie das Strahlausstoßsignal 26 angelegt wird, kann insbesondere die Bewegung der Tinte 30 in einem nahezu stationären Zustand gehalten werden.
Das Pseudo-Ausstoßsignal kann in der in 1 gezeigten Treiberschaltung 3 in einfacher Weise erzeugt werden. Die Treiberschaltung 3 erzeugt in kontinuierlicher Weise dj Strahlausstoßsignale 26 in Bezug auf den j^ten Punkt auf der Basis der Information von dem Strahlsignal 21. Daran anschließend erzeugt die Treiberschaltung 3 in kontinuierlicher Weise die Pseudo-Ausstoßsignale bis zu dem Ende des Punktzyklus T3, um die Signale als Unterdrückungssignal 27 dem Schwingungserreger 9a zuzuführen.
Da, wie bereits erwähnt, das Pseudo-Ausstoßsignal eine Frequenz f0 hat, läßt sich das Pseudo-Ausstoßsignal sowie auch das Strahlausstoßsignal 26 in einfacher Weise aus dem Grundsignal 28 erzeugen, indem eine andere Anzahl k von Impulsen oder eine andere Amplitude verwendet werden.
In dem Punktzyklus T3 muß das Pseudo-Ausstoßsignal nicht notwendigerweise nach dem Strahlausstoßsignal 26 zugeführt werden. Zum Beispiel werden zu einem früheren Zeitpunkt in dem Punktzyklus T3 einige Pseudo-Ausstoßsignale dem Schwingungserreger 9a zugeführt, anschließend werden die Strahlausstoßsignale 26 zugeführt, und daran anschließend werden die Pseudo-Ausstoßsignale bis zu dem Ende des Punktzyklus T3 zugeführt.
Die 17A und 17B zeigen Wellenformansichten zur Erläuterung einer weiteren Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik. 17A zeigt eine zeitliche Steuerung zum Zuführen des Strahlausstoßsignals 26 und des Pseudo-Ausstoßsignals, während 17B die zentrale Position an der Oberfläche der Tinte 30 darstellt, die in der Öffnung 95 freiliegt. Die Grundlinien der 17A und 17B zeigen wiederum das Gleiche wie in den 15A und 15B.
Das Pseudo-Ausstoßsignal wird in einem Zyklus zugeführt, der von dem Ausstoßzyklus T2 verschieden ist. Da die Wellenlänge der freien Schwingung der Tinte 30 in einem Modus, der für die Öffnung 95 spezifisch ist, durch Berechnung oder tatsächliche Messung derart ermittelt werden kann, daß sie mehrere Male so lang ist wie der Ausstoßzyklus T2, wird das an die Wellenlänge angepaßte Pseudo-Ausstoßsignal für den Schwingungserreger 9a zugeführt.
In diesem Fall ist es wünschenswert, das Pseudo-Ausstoßsignal dann zuzuführen, wenn der Meniskus am Nähesten zu dem piezoelektrischen Schwinger 92 verlagert wird. Durch Zuführen des Pseudo-Ausstoßsignals in diesem Zeitpunkt beaufschlagt der piezoelektrische Schwinger 92 die Tinte 30 mit Strahlungsdruck in einer Richtung von dem piezoelektrischen Schwinger 92 zu der Öffnung 95, so daß eine einfache Steuerung der freien Schwingungen sichergestellt ist.
Obwohl natürlich auch ein Fall auftreten kann, in dem aufgrund einer tatsächlichen Messung festgestellt wird, daß ein optimales Ergebnis durch Zuführen des Pseudo-Ausstoßsignals zu einem Zeitpunkt erzielt werden kann, der geringfügig von der Zeit versetzt ist, zu der der Meniskus am Nähesten zu dem piezoelektrischen Schwinger 92 versetzt ist, ist es auch möglich, die Pseudo-Ausstoßsignale in intermittierender Weise in der Richtung zum Unterdrücken der freien Schwingungen zuzuführen, wie dies vorstehend erläutert wurde.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das Pseudo-Ausstoßsignal zum Erzeugen des Strahlungsdrucks Pi verwendet. Anstatt der Verwendung des Strahlungsdrucks Pi, der in Verbindung mit dem Schalldruck Ps auftritt, kann jedoch auch ein Druck unabhängig von dem Schalldruck Ps verwendet werden, und durch Aufbringen des Drucks auf die Tinte 30 können die freien Schwingungen in der Oberfläche der Tinte 30 in der Öffnung 95 unterdrückt werden.
18 zeigt eine Schnittdarstellung zur schematischen Erläuterung einer Konstruktion des Tintenkopfes 9, der zusätzlich mit einer Konstruktion zum Aufbringen dieses Drucks versehen ist. Der Körper 94 und der Schwingungserreger 9a der 2 sind durch einen Körper 97 bzw. einen Schwingungserreger 9b ersetzt.
Der Schwingungserreger 9b weist einen Druckimpulsgenerator 96 sowie ferner den schützenden Flächenkörper 91 und den piezoelektrischen Schwinger 92 auf. Der Körper 97 ist auf einer Seite des Schwingungserregers 9b breiter geöffnet als der Körper 94. Die Tinte 30 wird durch den Druckimpulsgenerator 96 sowie den piezoelektrischen Schwinger 92 mit dem schützenden Flächenkörper 91 dazwischen mit Druck beaufschlagt.
Da bei dem Druckimpulsgenerator 96 keine Notwendigkeit zum Erzeugen eines Schalldrucks mit einer Frequenz f0 besteht, kann die Tinte 30 mit Druck beaufschlagt werden, indem Blasen mit einer Heizeinrichtung erzeugt werden, anstatt durch eine piezoelektrische Vorrichtung mit Schwingungen beaufschlagt zu werden. Dieser Druck kann zum Beispiel für die gleiche Periode wie der Strahlungsdruck aufgebracht werden, d. h. die Periode P1, während der das Strahlausstoßsignal 26 vorhanden ist, oder er kann für eine kürzere Periode ausgeübt werden.
Ferner weist der Druck nicht notwendigerweise die gleiche Größe wie die des Strahlungsdrucks Pi aufgrund des Strahlausstoßsignals 26 auf. Mit anderen Worten ist dies von Vorteil in der Ausbildungsflexibilität, die größer ist als in einem Fall, in dem das Pseudo-Ausstoßsignal als Unterdrückungssignal 27 verwendet wird.
In der nachfolgenden Erläuterung wird ein Druckimpulssignal als Unterdrückungssignal 27 aufgegriffen, und ein positiver Druck wird auf die Tinte 30 in einer Periode ausgeübt, während der das Druckimpulssignal "H" ist. Dieses Druckimpulssignal läßt sich in einfacher Weise unter Verwendung einer allgemein bekannten Technik in der Treiberschaltung 3 der 1 erzeugen.
Die 19A bis 19C zeigen Wellenformansichten zur Erläuterung einer Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 19A zeigt eine zeitliche Steuerung zum Zuführen des Strahlausstoßsignals 26, 19B zeigt eine zeitliche Steuerung zum Zuführen des Druckimpulssignals, und 19C zeigt die zentrale Position in der Oberfläche der Tinte 30, die in der Öffnung 95 freiliegt.
Die Grundlinien der 19A und 19B zeigen an, daß der Druck Null beträgt, und die Grundlinie der 19C zeigt die zentrale Position der Flüssigkeitsoberfläche in dem Zustand der 7. Dieses Druckimpulssignal läßt sich in einfacher Weise unter Verwendung einer allgemein bekannten Technik in der Treiberschaltung 3 erzeugen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Pseudo-Ausstoßsignal durch das Druckimpulssignal ersetzt, jedoch kann dieses Ausführungsbeispiel den gleichen Effekt erzielen.
(C-2) Viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Die 20A bis 20C zeigen Wellenformansichten zur Erläuterung einer Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 20A zeigt eine zeitliche Steuerung zum Zuführen des Strahlausstoßsignals 26, 20B zeigt eine zeitliche Steuerung zum Zuführen des Druckimpulssignals, und 20C zeigt die zentrale Position in der Oberfläche der Tinte 30, die in der Öffnung 95 freiliegt.
Die Grundlinien der 20A bis 20C zeigen das Gleiche wie in den 19A bis 19C. Dieses Druckimpulssignal kann unter Verwendung einer allgemein bekannten Technik in der Treiberschaltung 3 in einfacher Weise erzeugt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Pseudo-Ausstoßsignal durch das Druckimpulssignal ersetzt, jedoch kann dieses Ausführungsbeispiel die gleiche Wirkung erzielen.
(C-3) Fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
Durch zusätzliches Vorsehen des Druckimpulsgenerators 96, wie er in 18 gezeigt ist, kann auch ein negativer Druckimpuls an die Tinte 30 angelegt werden. Nur zu einem gewünschten Zeitpunkt wird das Druckimpulssignal auf "L" gesetzt. Dies läßt sich in einem Fall erzielen, in dem eine Heizeinrichtung als Druckimpulsgenerator 96 verwendet wird, in dem die Erwärmung nur zu einem gewünschten Zeitpunkt gestoppt wird, wobei dies auch bei Verwendung der piezoeklektischen Vorrichtung erreicht werden kann. Das Druckimpulssignal läßt sich unter Verwendung einer allgemein bekannten Technik in der Treiberschaltung 3 in einfacher Weise erzeugen.
Die 21A bis 21C zeigen Wellenformansichten zur Erläuterung einer Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 21A zeigt eine zeitliche Steuerung zum Zuführen des Strahlausstoßsignals 26, 21B zeigt eine zeitliche Steuerung zum Zuführen des Druckimpulssignals, und 21C zeigt die zentrale Position in der Oberfläche der Tinte 30, die in der Öffnung 95 freiliegt.
Die Grundlinien der 21A bis 21C zeigen das Gleiche wie in den 19A bis 19C. Zum Zweck der Erläuterung ist dargestellt, daß das negative Druckimpulssignal zu dem Zeitpunkt zugeführt wird, zu dem das Druckimpulssignal "L" wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es wünschenswert, das negative Druckimpulssignal dann zuzuführen, wenn der Meniskus am weitesten von dem piezoelektrischen Schwinger 92 entfernt verlagert ist. Durch Zuführen des negativen Druckimpulssignals in diesem Zeitpunkt beaufschlagt der piezoelektrische Schwinger 92 die Tinte 30 mit einem Druck in einer Richtung von der Öffnung 95 zu dem piezoelektrischen Schwinger 92, so daß eine einfache Steuerung der freien Schwingungen sichergestellt ist.
Obwohl natürlich ein Fall auftreten kann, in dem sich aufgrund einer tatsächlichen Messung herausstellt, daß ein optimales Ergebnis durch Zuführen des negativen Druckimpulssignals zu einem Zeitpunkt erzielt werden kann, der von der Zeit geringfügig versetzt ist, zu der der Meniskus am weitesten von dem piezoelektrischen Schwinger 92 entfernt verlagert ist, liegt es im Rahmen des vorliegenden Ausführungsbeispiels, die negativen Druckimpulssignale in intermittierender Weise in der Richtung zum Unterdrücken der freien Schwingungen zuzuführen.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel kann somit die gleiche Wirkung erzielen wie das vorausgehende Ausführungsbeispiel. Da der Druckimpulsgenerator 96 die Tinte 30 auch dann mit Druck beaufschlagt, wenn die Tröpfchen 31 auf der Basis des Strahlausstoßsignals 26 als Strahl ausgestoßen werden, hat der Meniskus in diesem Zeitpunkt wahrscheinlich eine Formgebung, die im Vergleich zu dem Zustand der 7 nach außen aus der Öffnung 95 heraus ragt.
Da der Meniskus die gleiche Formgebung aufweist, wenn das Strahlausstoßsignal 26 in den Punktzyklen T3 zugeführt wird, ist es jedoch in vorteilhafter Weise möglich, andere Steuerungen für das Abgeben von Punkten in Form eines Strahls zu vermeiden.
Ferner können die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele auch mit dem Tintenkopf 9 mit der in 2 gezeigten Konstruktion erzielt werden, indem der piezoelektrische Schwinger 92 mit dem Druckimpulssignal angesteuert wird, anstatt den Tintenkopf 9 mit der in 18 gezeigten Konstruktion zu verwenden. Da der piezoelektrische Schwinger 92 jedoch dazu ausgebildet ist, die Tinte 30 mit größeren Schwingungen nahe der Frequenz f0 zu beaufschlagen, um in effektiver Weise den Schalldruck Ps zu erzeugen, kann ein Fall auftreten, in dem der piezoelektrische Schwinger 92 nicht effektiv arbeitet, zum Beispiel bei Anlegen des Druckimpulses in der Periode T1 = k/f0.
Mit anderen Worten heißt dies, daß bei der Beaufschlagung mit dem Druckimpuls die Anordnung des Druckimpulsgenerators 96 zusätzlich zu dem mit dem Strahlausstoßsignal 26 angesteuerten piezoelektrischen Schwinger 92 aus Gründen einer einfachen Ausbildung besser ist.
Der Tintenkopf 9 bei der Konstruktion der 18 kann den negativen Druckimpuls in dem gleichen Zeitpunkt zuführen, in dem die Zufuhr des Strahlausstoßsignals 26 erfolgt. Das Druckimpulssignal läßt sich unter Verwendung einer allgemein bekannten Technik in der Treiberschaltung 3 in einfacher Weise erzeugen.
Die 22A und 22B zeigen Wellenformansichten zur Erläuterung einer Flüssigkeitsstrahl-Treibertechnik gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 22A zeigt eine zeitliche Steuerung zum Zuführen des Strahlausstoßsignals 26, und 22B zeigt eine zeitliche Steuerung zum Zuführen des Druckimpulssignals. Die Grundlinien der 22A und 22B zeigen das Gleiche wie in den 19A und 19B. Zum Zweck der Erläuterung ist dargestellt, daß das negative Druckimpulssignal in dem Zeitpunkt zugeführt wird, in dem das Druckimpulssignal "L" wird.
Dieses Ausführungsbeispiel kann den auf der Zufuhr des Strahlausstoßsignals 26 basierenden Strahlungsdruck Pi abschwächen, indem der negative Druckimpuls in dem gleichen Zeitpunkt zugeführt wird, so daß die Entstehung der zweiten Oberflächenwelle unterdrückt werden kann. Somit kann selbst ohne Korrektur des Ausstoßzyklus T2, der bei der vorliegenden Erfindung gemäß dem Abschnitt (A-3) stattfinden kann, eine beträchtliche Wirkung beim Verhindern von Meniskusschwankungen erzielt werden.
23 zeigt eine Schnittdarstellung zur schematischen Erläuterung des Zustands des Meniskus der Tinte 30 in einem Wartezustand des Tintenkopfes. Der "Wartezustand des Tintenkopfes" bezieht sich auf einen stationären Zustand, in dem die Tinte 30 für eine lange Zeitdauer nur mit Atmosphärendruck beaufschlagt wird. In dem Wartezustand des Tintenkopfes ist die Tinte 30 in Richtung auf den piezoelektrischen Schwinger 92 zurückgezogen, während sie in Benetzung mit der Innenwandung der Düsenplatte 92 mit Oberflächenspannung bleibt, und der Meniskus ist außer Berührung mit dem Rand der Öffnung 95.
24 zeigt eine Schnittdarstellung zur schematischen Erläuterung des Zustands des Meniskus der Tinte 30 beim Beaufschlagen des piezoelektrischen Schwingers 92 mit dem Strahlausstoßsignal 26 unmittelbar nach dem Wartezustand der Tinte 30. Da die Flüssigkeitsoberfläche unmittelbar vor dem Versetzen der Tinte 30 in Schwingung außer Berührung mit dem als feststehendes Ende dienendem Rand der Öffnung 95 ist, ist die erste Oberflächenwelle schwer zu erzeugen, und es wird schwierig, die Tröpfchen 31 als Strahl abzugeben.
Wenn das Strahlausstoßsignal 26 für den piezoelektrischen Schwinger 92 mehrmals zugeführt wird, steigt der Oberflächenpegel der Tinte 30 allmählich an, und die Tinte 30 erreicht den Rand der Öffnung 95, so daß die Tröpfchen 31 in angemessener Weise als Strahl abgegeben werden.
In Anbetracht dieses Phänomens zumindest bei der Aufbringung des Strahlausstoßsignals 26 ausgehend von dem Wartezustand des Tintenkopfes ist es wünschenswert, die Tinte 30 mit hydrostatischem Druck zu beaufschlagen, der die Oberflächenspannung überwindet, um den Flüssigkeitspegel nach oben zu drücken.
Sobald der Flüssigkeitspegel der Tinte 30 ansteigt, ist andererseits eine beträchtliche Zeitdauer bis zum Erreichen eines stationären Zustands notwendig, da die Schwingungserreger 9a und 9b bei jedem Punktzyklus T3 mit mindestens einem Strahlausstoßsignal 26, Pseudo-Ausstoßsignal oder Druckimpulssignal beaufschlagt werden.
26 zeigt eine Schnittdarstellung zur schematischen Erläuterung des Meniskuszustands der Tinte 30 nach mehrmaligem Zuführen des Strahlausstoßsignals 26 für den piezoelektrischen Schwinger 92, wobei der hydrostatische Druck weiterhin aufgebracht wird. Wie in dieser Zeichnung zu sehen ist, wird bei weiterer Aufbringung des hydrostatischen Drucks auf die Flüssigkeitsoberfläche, die einmal den Rand der Öffnung 95 erreicht, die Formgebung der Flüssigkeitsoberfläche verformt.
27 zeigt eine Schnittdarstellung zur schematischen Erläuterung des Meniskuszustands der Tinte 30, wenn das Strahlausstoßsignal 26 für den piezoelektrischen Schwinger 92 in dem Zustand der 26 zugeführt wird. In einem Zustand unmittelbar vor dem Versetzen der Tinte 30 in Schwingung wird es aufgrund der Tatsache, daß der Flüssigkeitspegel an der Öffnung 95 stark ansteigt oder die Flüssigkeit überläuft, in manchen Fällen schwierig, die Strahlabgabe der Tröpfchen 31 zu steuern. Ferner wird in manchen Fällen ein großes Tröpfchen von der Flüssigkeitsoberfläche der Tinte 30 abgegeben, so daß der Farbton des Tröpfchens beeinträchtigt wird.
Beim Zuführen des Strahlausstoßsignals 26 ausgehend von dem Wartezustand des Tintenkopfes ist es somit wünschenswert, die Tinte 30 mit dem hydrostatischen Druck zu beaufschlagen, um den Flüssigkeitspegel der Tinte 30 zu dem Rand der Öffnung 95 hochzudrücken, sowie den hydrostatischen Unterdruck zu reduzieren oder für einen hydrostatischen Unterdruck zu sorgen, nachdem das Strahlausstoßsignal 26 für den piezoelektrischen Schwinger 92 zugeführt wird.
29 zeigt eine Schnittdarstellung zur schematischen Erläuterung des Zustands, in dem ein positiver hydrostatischer Druck Pp in dem Wartezustand des Tintenkopfes angelegt wird. Durch Anlegen des hydrostatischen Drucks Pp erreicht die Flüssigkeitsoberfläche der Tinte 30 somit den Rand der Öffnung 95. 30 zeigt eine Schnittdarstellung zur schematischen Erläuterung des Zustands, in dem das Strahlausstoßsignal 26 für den piezoelektrischen Schwinger 92 zugeführt wird und ein hydrostatischer Unterdruck Pn angelegt wird.
Wie vorstehend erläutert, kann es anstatt der Anlegung des hydrostatischen Unterdrucks auch einen Fall geben, in dem der positive hydrostatische Druck Pp auf ein niedrigeres Ausmaß als der Druck in dem Wartezustand des Tintenkopfes reduziert wird. Dies macht den Meniskus stabil und vermeidet Strahlfehler hinsichtlich der Tröpfchen 31 sowie die Abgabe eines großen Tröpfchens.
32 zeigt eine Schnittdarstellung zur schematischen Erläuterung einer exemplarischen Konstruktion zum Erreichen dieses Ziels. Die Tinte 30 wird von einem Tintenbehälter 34 durch ein Tintenzuführrohr 33 zu dem Inneren des Tintenkopfes 9 zugeführt. Die Beaufschlagung mit einem positiven hydrostatischen Druck Pp, wie er in 29 veranschaulicht ist, wird erreicht durch Bewegen des Tintenbehälters 34 in der Richtung P nach oben, und das Aufbringen des hydrostatischen Unterdrucks Pn oder die Reduzierung des positiven hydrostatischen Drucks Pp in der in 30 dargestellten Weise wird erzielt durch Bewegen des Tintenbehälters 34 in Richtung nach unten N. Der Bewegungsvorgang des Tintenbehälters 34 wird unter Verwendung einer allgemein bekannten Technik erzielt.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel schlägt eine Steuerung zum Vermeiden des Zustandes vor, in dem der Meniskus der Tinte 30 außer Berührung mit dem Rand der Öffnung 95 ist, während ein Überlaufen der Tinte 30 aus der Öffnung 95 verhindert ist. Es ist jedoch auch möglich, den hydrostatischen Druck unter Beibehaltung der Berührung der Flüssigkeitsoberfläche der Tinte 30 mit dem Rand der Öffnung 95 auch in dem Zustand zu steuern, in dem der Tintenkopf in dem Punktzyklus T3 angesteuert wird und sich nicht im Wartezustand des Tintenkopfes befindet.
Die 33 bis 35 zeigen Schnittdarstellungen zur schematischen Erläuterung des Meniskuszustands der Tinte 30 in der Periode, während der das Strahlausstoßsignal 26 für den piezoelektrischen Schwinger 92 zugeführt wird. Der hydrostatische Unterdruck Pn ist in 34 höher als in 33 und in 35 höher als in 34. Wenn der hydrostatische Unterdruck Pn höher wird, bewegt sich die Flüssigkeitsoberfläche der Tinte 30 in Richtung von der Öffnung 95 zu dem piezoelektrischen Schwinger 92 hin.
Da die erste Oberflächenwelle erzeugt wird, wenn die Flüssigkeitsoberfläche der Tinte 30 in Berührung mit dem Rand der Öffnung 95 ist, können die stärker konvergierten Tröpfchen 31 bei höher werdendem hydrostatischen Unterdruck als Strahl abgegeben werden, und durch engere Ausbildung der Abstrahlbreite können die Tröpfchen 31 ansprechend auf ein feineres Bild abgestrahlt werden.
Die Steuerung der Formgebung des Meniskus in der in den 33 bis 35 dargestellten Weise wird erzielt durch Steuern des Verhältnisses des Ausstoßzyklus T2 zu der Periode k·T0 zum Zuführen des Strahlausstoßsignals 26, um die Länge der Periode zum Aufbringen des Strahlungsdrucks Pi auf die Tinte 30 zu ändern. Genauer gesagt, es wird dann, wenn die Periode k·T0 zum Zuführen des Strahlausstoßsignals 26 fest ist, der Ausstoßzyklus T2 länger gemacht, um die Formgebung des Meniskus in Richtung auf den piezoelektrischen Schwinger 92 zurückzuziehen, wobei dies die Abstrahlbreite enger macht.
Um die Formgebung des Meniskus stabil zu halten, ist es ferner wünschenswert, den piezoelektrischen Schwinger 92 mit dem Pseudo-Ausstoßsignal und dem Druckimpulssignal zu beaufschlagen, wie dies bei dem ersten und dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert worden ist.
Wie bereits erwähnt, übt der mit dem Strahlausstoßsignal 26 beaufschlagte piezoelektrische Schwinger 92 auf die Tinte 30 sowohl den Strahlungsdruck Pi als auch den Schalldruck Ps aus. Die Einstellung des Zeitpunkts der Aufbringung des Strahlungsdrucks Pi, d. h. des Ausstoßzyklus T2, auf den Zyklus der freien Schwingungen, die für die Öffnung 95 spezifisch sind, ermöglicht somit eine große Verlagerung des Meniskus.
36 zeigt eine Schnittdarstellung zur schematischen Erläuterung der Bewegung des Meniskus gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Obwohl die zweite Oberflächenwelle von dem Rand der Öffnung 95 durch den Strahlungsdruck Pi erzeugt wird, wird aufgrund der Zufuhr des Strahlausstoßsignals 26 in dem Zyklus der freien Schwingungen, die für die Öffnung 95 spezifisch sind, der Meniskus stark verlagert, so daß die großen Tröpfchen 31 als Strahl abgegeben werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden somit durch Steuern des Ausstoßzyklus T2 die kleinen Tröpfchen 31 von der ersten Oberflächenwelle als Strahl abgegeben, so daß sich eine ausgezeichnete Körnigkeit erzielen läßt, wenn die Bilddaten eine große Anzahl von Tonabstufungen aufweisen, und die großen Tröpfchen 31 werden von der zweiten Oberflächenwelle als Strahl abgegeben, so daß sich ein scharfes Bild erzielen läßt, wenn die Bilddaten eine geringe Anzahl von Tonabstufungen aufweisen (beispielsweise binäres Bild, wie zum Beispiel Zeichen- oder Buchstabeninformation). In Abhängigkeit davon, ob die Anzahl der Tonabstufungen groß oder klein ist, können die geeigneten Tröpfchen 31 auf das Druckpapier aufgebracht werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es zum Stabilhalten der Formgebung des Meniskus wünschenswert, den piezoelektrischen Schwinger 92 mit dem Pseudo-Ausstoßsignal in der vorstehend erläuterten Weise sowie mit dem Druckimpulssignal in der vorstehend erläuterten Weise zu beaufschlagen.
Obwohl natürlich ein Fall auftreten kann, in dem es sich aufgrund einer tatsächlichen Messung herausstellt, daß ein optimales Ergebnis erzielt werden kann, wenn ein geringer Unterschied zwischen dem Ausstoßzyklus T2 und dem Zyklus der für die Öffnung 95 spezifischen freien Schwingungen vorhanden ist, ist es auch möglich, den Ausstoßzyklus T2 derart zu steuern, daß die genannten freien Schwingungen unter Verwendung von Resonanz hervorgerufen werden.

Claims

Flüssigkeitsstrahl-Treibervorrichtung, die folgendes aufweist: – eine Flüssigkeitsstrahleinheit (9), die eine Strahlaustrittsfläche (93) aufweist, die mit einer Öffnung (95) versehen ist, die dazu ausgebildet ist, eine Oberfläche einer abzugebenden Flüssigkeit (30) begrenzt freizulegen, und die einen Schwingungserreger (9a, 9b) aufweist, der auf der der Strahlaustrittsfläche (30) gegenüberliegenden Seite mit der Flüssigkeit (30) dazwischen vorgesehen ist, um die Flüssigkeit (30) mit Schwingungen zu beaufschlagen; und – eine Treibereinheit (3), die dazu ausgebildet ist, den Schwingungserreger (9a, 9b) mit einem Unterdrückungssignal (27) und mit einem Strahlausstoßsignal (26) zu beaufschlagen, das aus einem Impulszug mit einer ersten Frequenz besteht, um den Schwingungserreger (9a, 9b) anzusteuern; – wobei die Schwingung, die für die Flüssigkeit (30) durch den mit dem Strahlausstoßsignal (26) angesteuerten Schwingungserreger (9a, 9b) erzeugt wird, ausreichend ist, damit die Flüssigkeit (30) von der Strahlaustrittsfläche (93) ausgestoßen wird, und wobei Schwingung, die für die Flüssigkeit (30) durch den mit dem Unterdrückungssignal (27) angesteuerten Schwingungserreger (9a, 9b) erzeugt wird, nicht ausreichend ist, um die Flüssigkeit (30) aus der Strahlaustrittsfläche (93) auszustoßen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserreger (9b) einen ersten Schwingungserreger (92), dem das Strahlausstoßsignal zugeführt wird, und einen zweiten Schwingungserreger (96) aufweist, dem das Unterdrückungssignal zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Unterdrückungssignal (27) ein Unterdrückungsstoßsignal ist, das aus einem Impulszug mit der ersten Frequenz besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Unterdrückungssignal (27) eine geringere Anzahl von Impulsen als das Strahlausstoßsignal (26) hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Unterdrückungssignal (27) ein Unterdrückungsstoßsignal ist, das aus einem Impulszug mit der ersten Frequenz besteht, der eine geringere Amplitude als die des Strahlausstoßsignals (26) hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Schwingungserreger (92) mit dem Strahlausstoßsignal angesteuert wird, um die Flüssigkeit (30) mit einem Strahlungsdruck zu beaufschlagen, wobei die Flüssigkeit (30) bedingt durch den Strahlungsdruck freie Schwingungen in einem Modus ausführt, der für die Formgebung und die Größe der Öffnung (95) spezifisch ist, wobei das Unterdrückungssignal für den zweiten Schwingungserreger (96) in der Nähe von mindestens einem Zeitpunkt zugeführt wird, in dem die freie Schwingung eine Amplitude mit extremem Wert annimmt, und wobei der zweite Schwingungserreger (96) mit dem Unterdrückungssignal angesteuert wird, um die Flüssigkeit mit einem Druck zu beaufschlagen, der in einer Richtung zum Unterdrücken der freien Schwingung wirksam ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Strahlausstoßsignal (26) und das Unterdrückungssignal (27) für den Schwingungserreger (9a, 9b) wiederholt mit einer zweiten Frequenz zugeführt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die zweite Frequenz eine Frequenz ist, bei der die Flüssigkeit (30) freie Schwingungen in einem Modus ausführt, der für die Formgebung der Öffnung (95) spezifisch ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Strahlausstoßsignal (26) während einer Periode, die für eine hin- und hergehende Bewegung einer Oberflächenwelle in der Öffnung (95) erforderlich ist, für den Schwingungserreger (9a, 9b) wiederholt zugeführt wird, wobei diese auf der Basis eines Strahlungsdrucks aktiviert wird, um die Flüssigkeit (30) in einer Periode, während der der Schwingungserreger (9a, 9b) angesteuert wird, aus der Öffnung (95) auszustoßen.