DE69820201T2

DE69820201T2 - Verfahren zum antreiben eines tintenstrahlaufzeichnungskopfes

Info

Publication number: DE69820201T2
Application number: DE69820201T
Authority: DE
Inventors: Shuji Suwa-shi YONEKUBO; Yasuhiko Suwa-shi Kosugi
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-04-16
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2018-04-17
Also published as: US6331040B1; DE69820201D1; EP0916505A1; EP0916505A4; WO1998046432A1; EP0916505B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines Tintenstrahl-Schreibkopfs, wobei Tintentröpfchen verschiedener Größen von jeder Düse ausgestoßen werden können, und auch eine Druckvorrichtung mit einer solchen Treibervorrichtung.
Ein Tintenstrahldrucker wandelt ein zu druckendes Bild in binäre Codes oder mehrwertige Codes um und steuert eine Erzeugung von Punkten auf einem Aufzeichnungsmedium mit jeweiligen Düsen auf einem Druckkopf auf der Grundlage der als Ergebnis der Mehrwertcodierung erhaltenen Punkt-Ein-Aus-Signale. Eine konkrete Struktur des Tintenstrahldruckers bewirkt, daß die mehreren Düsen an dem Schreibkopf jeweils Tintentröpfchen zu vorgegebenen Zeitpunkten ausstoßen und dadurch Punkte an der Oberfläche eines Aufzeichnungsmediums, wie bspw. ein Blatt Schreibpapier, bilden, um ein Schreiben bzw. Aufzeichnen zu implementieren. Bei der grundlegenden Technik zum Ausstoßen von Tinte wird Tinte in einem Tintenkanal, der mit jeder Düse verbunden ist, für einen sehr kurzen Zeitraum unter Druck gesetzt, und es wird bewirkt, daß die unter Druck gesetzte Tinte in Form eines Tintentröpfchens von dem Ende der Düse ausgestoßen wird. Es gibt mehrere bekannte Mechanismen zum Erzeugen des auf die Tinte ausgeübten Drucks, wie beispielsweise das System, bei dem piezoelektrische Elemente verwendet werden, um den Druck zu erzeugen, und das System, bei dem durch Erwärmen erzeugte Blasen ausgenutzt werden, um den Druck auszuüben. Unabhängig davon, welcher Mechanismus angewendet wird, kann die Tintenstrahltechnik jedoch nur das Ausstoßen oder Nichtausstoßen von Tintentröpfchen von den Enden der jeweiligen Düsen, also den Ein-Aus-Zustand der Punkte, steuern. Es ist demgemäß sehr schwierig, das Gewicht der Tinte in jedem ausgestoßenen Tintentröpfchen kontinuierlich und frei zu regeln und Halbtöne aufzuzeichnen.
Es wurden mehrere Techniken zum Ausdrücken von Halbtönen vorgeschlagen, beispielsweise das Flächentonverfahren, das Zitterverfahren und das Fehlerdiffusionsverfahren. Das Flächentonverfahren drückt jedes Pixel beispielsweise mit einer Mehrzahl von Punkten in der Art von 4 × 4 oder 8 × 8 aus, um Halbtöne zu schreiben. Der Ausdruck eines Pixels mit der 4 × 4-Punktmatrix führt zur Darstellung der Dichte durch die Abstufung von 16 Tönen (oder 17 Tönen unter Einschluß von vollkommenem Weiß). Durch Erhöhen der Auflösungsfähigkeit der Pixel wird ein genauerer Tonausdruck gewährleistet. Eine Erhöhung der Tonalität ohne Änderung des Durchmessers der aufgezeichneten Punkte verringert jedoch die praktische Auflösung. Der größere Durchmesser der auf das Schreibpapier geschriebenen Punkte macht die Körnigkeit in einem Bereich geringer Dichte sichtbar, was unerwünscht ist. Es ist dementsprechend erforderlich, das Gewicht jedes Tintentröpfchens zu verringern und den Durchmesser der geschriebenen Punkte zu verkleinern.
Bei einer bekannten Technik zum Ausstoßen von Tintentröpfchen mit einem kleineren Gewicht zum Verringern des Punktdurchmessers wird das Volumen einer mit dem Tintenkanal verbundenen Druckkammer zuerst vergrößert und dann verkleinert, was im allgemeinen als "Zeichnungsschuß" bezeichnet wird, wie beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung 55-17589 beschrieben ist. Durch das Vergrößern des Volumens der Druckkammer wird die Tintengrenzfläche (Meniskus) konkav in die Düse hinein gekrümmt und bewirkt, daß ein kleineres Tintentröpfchen unter Druck aus der Düse ausgestoßen wird, wodurch der Durchmesser der geschriebenen Punkte verringert wird.
Der kleinere Durchmesser der geschriebenen Punkte macht die Körnigkeit im Bereich niedriger Dichte im wesentlichen unsichtbar und erhöht die Schreibqualität, er verringert jedoch erheblich die Schreibgeschwindigkeit. Beispielsweise ist in dem Fall, in dem nur die Punkte mit einem kleineren Durchmesser verwendet werden, wobei der Punktdurchmesser etwa halb so groß ist wie der Standard-Punktdurchmesser, in etwa die vierfache Schreibzeit gegenüber dem Fall, in dem die Punkte mit dem Standard-Punktdurchmesser verwendet werden, erforderlich. Die möglichen Maßnahmen zum Verhindern der verringerten Schreibgeschwindigkeit erhöhen die Ansteuerfrequenz zum Ausstoßen von Tintentröpfchen um das Vierfache und erhöhen die Anzahl der Düsen um das Vierfache. Keine dieser Maßnahmen läßt sich jedoch leicht verwirklichen.
Bei einer vorgeschlagenen Technik wird bewirkt, daß Tintentröpfchen unterschiedlichen Gewichts von einer identischen Düse ausgestoßen werden, und sie ermöglicht den Tonausdruck (siehe beispielsweise die Beschreibung von US-Patent Nr. 5 285 215). Diese Technik erzeugt eine Mehrzahl identischer Impulssignale in einem Aufzeichnungszeitraum und bildet dadurch eine Mehrzahl winziger Tintentröpfchen. Bevor sie das Schreibpapier erreichen, verbindet sich die Mehrzahl winziger Tintentröpfchen unter Erzeugung eines großen Tinten tröpfchens.
Bei dieser vorgeschlagenen Technik wird das Ausstoßen winziger Tintentröpfchen und das Ausstoßen eines großen Tintentröpfchens, der durch Vereinigen der Anzahl winziger Tintentröpfchen erhalten wird, gesteuert. Es sollten zahlreiche Bedingungen, wie der Abstand zwischen dem Düsenende und dem Schreibpapier und die Beziehung zwischen der Ausstoßrate der Tintentröpfchen und der Ansteuerrate des Kopfs, erfüllt sein, um die Anzahl der Tintentröpfchen mit im wesentlichen der gleichen Größe sicher zu vereinigen, bevor die Tintentröpfchen das Schreibpapier erreichen. Ein weiterer Nachteil ist ein kleiner veränderlicher Bereich des Durchmessers der geschriebenen Punkte.
In der Druckschrift EP-A-0 738 598 ist eine Treibervorrichtung zum Ausstoßen von Tintentröpfchen aus einer Düse offenbart, wobei eines der zwei Treibersignale zum Ausstoßen eines Tintentröpfchens in einem beliebigen Aufzeichnungszeitraum ausgewählt werden kann. Die unabhängigen Ansprüche sind gegenüber diesem Dokument abgegrenzt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin, die vorstehenden Probleme zu lösen und eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines Tintenstrahl-Schreibkopfs, wodurch der veränderliche Bereich des Durchmessers der geschriebenen Punkte vergrößert wird, sowie eine Druckvorrichtung mit dieser Vorrichtung zum Betreiben eines Schreibkopfs bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Wenigstens ein Teil der vorstehenden Probleme wird durch die vorliegende Erfindung gelöst. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben eines Tintenstrahl-Schreibkopfs, wobei ein druckerzeugendes Element, das entsprechend jeder Öffnung einer Anzahl von Düsen vorgesehen ist, betätigt wird, um zu bewirken, daß ein Tintentröpfchen aus der Öffnung jeder Düse ausgestoßen wird. Die Vorrichtung weist folgendes auf:
eine Einheit zum Erzeugen eines Treibersignals, das ein Treibersignal erzeugt, das einen ersten Treiber- bzw. Ansteuerimpuls umfaßt, um zu bewirken, daß ein erstes Tintentröpfchen von der Mehrzahl von Düsen ausgestoßen wird, und einen zweiten Ansteuerimpuls, um ein zweites Tintentröpfchen auszustoßen, das größer ist als das erste Tintentröpfchen, das von der Mehrzahl von Düsen auszustoßen ist,
eine Einheit zum Auswählen eines Ansteuerimpulses, die zumindest einen Ansteuerimpuls aus dem ersten Ansteuerimpuls und dem zweiten Ansteuerimpuls in einem Aufzeichnungs- bzw. Schreibzeitraum entsprechend dem Aufzeichnen eines Pixels auswählt,
eine Einheit zum Antreiben eines Elements, die das druckerzeugende Element in Reaktion auf das Treibersignal einschließlich des ausgewählten Ansteuerimpulses antreibt, und gekennzeichnet ist durch:
eine Einheit zum Erzeugen eines größeren Punkts, die, wenn es erforderlich ist, einen größeren Punkt als die durch das erste und das zweite Tintentröpfchen erzeugten Punkte zu erzeugen, bewirkt, daß die Einheit zum Auswählen eines Impulses sowohl den ersten Ansteuerimpuls als auch den zweiten Ansteuerimpuls in einem Aufzeichnungszeitraum auswählt, um den größeren Punkt durch ein Tintentröpfchen entsprechend sowohl dem ersten als auch dem zweiten Ansteuerimpuls auf einem Aufzeichnungsmedium zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren, das der Vorrichtung zum Betreiben des Schreibkopfs entspricht. Die vorliegende Erfindung sieht demgemäß ein Verfahren zum Betreiben eines Tintenstrahl-Schreibkopfs vor, bei dem ein druckerzeugendes Element, das entsprechend jeder Öffnung einer Anzahl von Düsen vorgesehen ist, betätigt wird, um zu bewirken, daß ein Tintentröpfchen von der Öffnung jeder Düse ausgestoßen wird. Das Verfahren weist folgende Schritte auf:
Erzeugen eines Treibersignals, das einen ersten Ansteuerimpuls umfaßt, der bewirkt, daß ein erstes Tintentröpfchen von der Mehrzahl von Düsen ausgestoßen wird, und einen zweiten Ansteuerimpuls zum Ausstoßen eines zweiten Tintentröpfchens, das größer ist als das erste Tintentröpfchen, das von der Anzahl von Düsen auszustoßen ist,
Auswählen zumindest eines Ansteuerimpulses aus dem ersten Ansteuerimpuls und dem zweiten Ansteuerimpuls in einem Aufzeichnungszeitraum entsprechend dem Aufzeichnen eines Pixels, und
Antreiben bzw. Ansteuern des druckerzeugenden Elements als Reaktion auf das Treibersignal einschließlich des ausgewählten Ansteuerimpulses,
und dadurch gekennzeichnet ist, daß
wenn es erforderlich ist, einen größeren Punkt als die durch das erste und das zweite Tintentröpfchen gebildeten Punkte zu erzeugen, sowohl der erste Ansteuerimpuls als auch der zweite Ansteuerimpuls in einem Aufzeichnungszeitraum ausgewählt werden.
Die Vorrichtung und das Verfahren zum Betreiben des Tintenstrahl-Schreibkopfs wählen wenigstens einen Ansteuerimpuls aus den zwei Ansteuerimpulsen, die einem ersten Tintentröpfchen bzw. einem zweiten Tintentröpfchen unterschiedlicher Größe entsprechen, in einem Aufzeichnungszeitraum aus und steuern das druckerzeugende Element ansprechend auf ein Treibersignal an, das den ausgewählten Ansteuerimpuls enthält. Diese Anordnung ermöglicht die Erzeugung von Punkten durch das erste Tintentröpfchen, das ansprechend auf den ersten Ansteuerimpuls gebildet wird, von Punkten durch das zweite Tintentröpfchen, das ansprechend auf den zweiten Ansteuerimpuls gebildet wird, und von Punkten durch das erste und das zweite Tintentröpfchen, die ansprechend auf den ersten und den zweiten Ansteuerimpuls gebildet werden. Die Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wenigstens zwei Punkte von diesen drei Wahlmöglichkeiten, um eine dreiwertige oder höherwertige Verarbeitung auszuführen, d. h. keine Erzeugung von Punkten, die Erzeugung eines kleineren Punkts und die Erzeugung eines größeren Punkts.
Gemäß einer bevorzugten Anwendung der Vorrichtung und des Verfahrens zum Betreiben des Tintenstrahl-Schreibkopfs wird eine Druckkammer mit einem Volumen, das durch Verformung des druckerzeugenden Elements verkleinert wird, um den Flüssigkeitsdruck der Tinte zu erhöhen, in Verbindung mit einem Tintenkanal angeordnet, der mit jeder dieser Düsen verbunden ist. Bei dieser Anwendung wird das Treibersignal in der folgenden Weise spezifiziert und gesteuert. Der zweite Ansteuerimpuls wird so erzeugt, daß er wenigstens ein erstes Signal zum Ausdehnen der Druckkammer, ein zweites Signal zum Beibehalten des ausgedehnten Zustands der Druckkammer und ein drittes Signal zum Zusammenziehen der Druckkammer aufweist. Eine Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und dem Auslösezeitpunkt des ersten Signals des zweiten Ansteuerimpulses wird auf einen größeren Wert als die Wiederherstellungszeit TR eines Meniskus nach dem Ausstoßen des ersten Tintentröpfchens und auf einen kleineren Wert als TR + 3Tm/8 (wobei Tm eine Periode einer natürlichen Schwingung des Meniskus bezeichnet) gelegt. Bei dieser Anordnung wird die Bewegung der Tinte infolge der Wiederherstellung des Meniskus nach dem Ausstoßen des ersten Tintentröpfchens ausgenutzt, und es wird dadurch die Bildung eines zweiten Tintentröpfchens mit einer höheren Größe erleichtert.
Die Leichtigkeit des Ausstoßens von Tinte wird durch eine Vielzahl von Eigenschaften der Tinte beeinflußt. Beispielsweise verringert eine höhere Viskosität der Tinte die Leichtigkeit des Ausstoßens und bewirkt die Bildung eines kleineren Tintentröpfchens ansprechend auf dasselbe Treibersignal. Die Leichtigkeit des Ausstoßens von Tinte wird durch die Viskosität der Tinte oder die Temperatur der Tinte beeinflußt, die in hohem Maße mit der Viskosität korreliert ist. Falls die Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Ansteuerimpulses festgelegt ist, besteht dementsprechend eine Möglichkeit, daß entsprechend der Viskosität der Tinte ein Tintentröpfchen mit einer unerwünschten Größe gebildet wird. Eine bevorzugte Struktur erfaßt demgemäß die Viskosität der Tinte oder einen beliebigen Parameter, der die Viskosität widerspiegelt (beispielsweise die Temperatur der Tinte), und ändert die Differenz zwischen dem Zeitpunkt des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und der Auslösezeit des ersten Signals durch Ändern der Auslösezeit des ersten Signals auf der Grundlage des erfaßten Parameters.
Die Viskosität der Tinte nimmt im allgemeinen bei einer Erhöhung der Temperatur ab. Es ist dementsprechend bevorzugt, daß die Differenz zwischen dem Zeitpunkt des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und der Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Ansteuerimpulses vergrößert wird, wenn die beobachtete Temperatur von einer niedrigeren zu einer höheren Temperatur ansteigt. Diese Anordnung ermöglicht es, daß die Größe des zweiten Tintentröpfchens, unabhängig von der Temperatur der Tinte, im wesentlichen auf dem gleichen Niveau gehalten wird.
Die vorstehende Anordnung berücksichtigt die starke Bewegung der Tinte infolge einer Schwingung des Meniskus bei einer natürlichen Frequenz, nachdem die Grenzfläche (der Meniskus) am Ende der Tinte einmal in erheblichem Maße konkav gekrümmt wurde und dann zu der ursprünglichen Position zurückgeführt wurde. Die genaue Beobachtung der Tintenbewegung klärt darüber auf, daß es eine Schwingung der Helmholtz-Resonanz abhängig von der Steifigkeit und der Form des Tintenkanals und der Druckkammer gibt. Es ist dementsprechend wirksam, das Treibersignal unter Berücksichtigung der Periode der Helmholtz-Resonanzschwingung zu erzeugen. In diesem Fall wird eine Druckkammer, deren Volumen durch die Verformung des druckerzeugenden Elements verringert wird, um den Flüssigkeitsdruck der Tinte zu erhöhen, in Verbindung mit einem Tintenkanal angeordnet, der mit jeder dieser Düsen verbunden ist. Die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und dem Zeitpunkt des Ausstoßens des zweiten Tintentröpfchens wird festgelegt, indem die Periode Tc der Helmholtz-Resonanzschwingung der Tinte in der Druckkammer berücksichtigt wird.
Durch Bestimmen der Zeit der Bildung des zweiten Tintentröpfchens unter Berücksichtigung der natürlichen Schwingung der Tinte in dem Tintenkanal wird die genaue Regelung der Größe des zweiten Tintentröpfchens ermöglicht. Es ist auch vorteilhaft, diese Regelung in Kombination mit der Steuerung auszuführen, wobei die Wiederherstellungszeit des Meniskus berücksichtigt wird, wie vorstehend erörtert wurde.
Unter Berücksichtigung der natürlichen Frequenz kann die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und dem Zeitpunkt des Ausstoßens des zweiten Tintentröpfchens beispielsweise auf ein ganzzahliges Vielfaches der Periode Tc der Helmholtz-Resonanzschwingung der Tinte in der Druckkammer gelegt werden. Das ganzzahlige Vielfache der Periode Tc verwendet die natürliche Schwingung und erhöht das Gewicht des zweiten Tintentröpfchens.
Die Leichtigkeit des Ausstoßens von Tinte ändert sich bei einer Änderung von Eigenschaften der Tinte, wie bspw. der Temperatur. Die Technik zum Erhöhen der ausgestoßenen Tintenmenge unter Berücksichtigung der Periode der Helmholtz-Resonanzschwingung kann jedoch zu einer unerwünschten Tintenmenge führen. Eine weitere bevorzugte Struktur erfaßt demgemäß einen Parameter, der die Leichtigkeit des Ausstoßens von Tinte widerspiegelt, wie beispielsweise die Viskosität der Tinte (oder die Temperatur der Tinte, die die Viskosität widerspiegelt), und ändert die Differenz zwischen dem Zeitpunkt des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und dem Zeitpunkt des Ausstoßens des zweiten Tintentröpfchens auf das (eine ganze Zahl + 1/2)-Fache der Periode Tc der Helmholtz-Resonanzschwingung auf der Grundlage des Parameters, wenn die Leichtigkeit des Ausstoßens der Tinte zunimmt. Diese Anordnung ermöglicht auch, daß das Gewicht des Tintentröpfchens im wesentlichen auf dem gleichen Niveau gehalten wird, wenn sich die Eigenschaft der Tinte so ändert, daß die Leichtigkeit des Ausstoßens erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Druckvorrichtung, welche die Vorrichtung oder das Verfahren zum Betreiben des Tintenstrahl-Schreibkopfs anwendet. Insbesondere sieht die vorliegende Erfindung eine Druckvorrichtung mit einem Tintenstrahl-Schreibkopf vor, wobei ein druckerzeugendes Element, das entsprechend jeder Öffnung einer Anzahl von Düsen vorgesehen ist, betätigt wird, um zu bewirken, daß ein Tintentröpfchen von der Öffnung jeder Düse ausgestoßen wird, wobei die Druckvorrichtung mit von der Anzahl der Düsen ausgestoßenen Tintentröpfchen ein Bild auf ein Aufzeichnungsmedium schreibt. Die Druckvorrichtung weist auf:
eine Druckdateneingabeeinheit, die Druckdaten mit einem Tonwert für jedes Pixel, das in dem Bild enthalten ist, eingibt,
eine Einheit zum Erzeugen eines Treibersignals, die ein Treibersignal erzeugt, das einen ersten Ansteuerimpuls umfaßt, um zu bewirken, daß ein erstes Tintentröpfchen von der Mehrzahl von Düsen ausgestoßen wird, und einen zweiten Ansteuerimpuls zum Ausstoßen eines zweiten Tintentröpfchens, das größer ist als das erste Tintentröpfchen, das von der Anzahl von Düsen auszustoßen ist, und gekennzeichnet ist durch:
eine Einheit zum Auswählen eines Ansteuerimpulses, die bestimmt, ob weder der erste Ansteuerimpuls noch der zweite Ansteuerimpuls ausgewählt ist, um überhaupt kein Tintentröpfchen auszustoßen, nur wenn entweder der erste Ansteuerimpuls oder der zweite Ansteuerimpuls ausgewählt ist, oder ob sowohl der erste Ansteuerimpuls als auch der zweite Ansteuerimpuls ausgewählt sind, in einem Aufzeichnungszeitraum entsprechend der Aufzeichnung eines Pixels basierend auf dem Tonwert der Eingabedaten, und
eine Einheit zum Betreiben eines Elements, die das druckerzeugende Element in Reaktion auf das Treibersignal einschließlich des ausgewählten Ansteuerimpulses antreibt.
Die Druckvorrichtung wählt in einem Aufzeichnungszeitraum wenigstens einen Ansteuerimpuls aus den beiden Ansteuerimpulsen, die einem ersten Tintentröpfchen bzw. einem zweiten Tintentröpfchen mit unterschiedlichen Größen entsprechen, auf der Grundlage des Tonwerts der eingegebenen Druckdaten aus und steuert das druckerzeugende Element ansprechend auf ein Treibersignal, das den ausgewählten Ansteuerimpuls enthält, an. Diese Anordnung ermöglicht eine Erzeugung von Punkten durch das erste Tintentröpfchen, das ansprechend auf den ersten Ansteuerimpuls gebildet wird, von Punkten durch das zweite Tintentröpfchen, das ansprechend auf den zweiten Ansteuerimpuls gebildet wird, und von Punkten durch das erste und das zweite Tintentröpfchen, die ansprechend auf den ersten und den zweiten Ansteuer impuls gebildet werden. Die Struktur der vorliegenden Erfindung verwendet wenigstens zwei Punkte von diesen drei Wahlmöglichkeiten, um eine dreiwertige oder eine höherwertige Verarbeitung auszuführen, d. h. keine Erzeugung von Punkten, eine Erzeugung eines kleineren Punkts und eine Erzeugung eines größeren Punkts. Dies gewährleistet und erleichtert eine Erzeugung der Punkte durch das kleinere Tintentröpfchen sowie der Punkte durch das größere Tintentröpfchen und verbessert erheblich die Qualität des sich ergebenden Bilds, ohne daß die Druckgeschwindigkeit verringert wird.
Es ist bei dieser Druckvorrichtung vorteilhaft, die Beziehung zwischen dem ersten Impulssignal und dem zweiten Impulssignal unter Berücksichtigung der Wiederherstellungszeit TR des Meniskus, der Periode Tm der natürlichen Schwingung des Meniskus und der natürlichen Frequenz Tc der Tinte in dem Tintenkanal zu spezifizieren.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Graphik, in der ein als Beispiel dienendes Treibersignal für piezoelektrische Elemente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
2 zeigt schematisch den Aufbau einer Druckvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Blockdiagramm, in dem der Aufbau eines Druckertreibers dargestellt ist.
4 zeigt den inneren Aufbau eines Druckers 22 und insbesondere eines Systems zum Ansteuern von diesem.
5 zeigt schematisch den Aufbau des Druckkopfs einschließlich eines Tintenzufuhrkanals 67.
6 zeigt das Prinzip des Ausstoßens eines Tintentröpfchens durch Ausdehnen und Zusammenziehen des piezoelektrischen Elements.
7 zeigt eine Schnittansicht, in der die mechanische Struktur des in dem Kopf angeordneten Tintenausstoßmechanismus dargestellt ist.
8 zeigt eine als Beispiel dienende Anordnung von Düsen in dem Druckkopf 28 gemäß der Ausführungsform.
9 zeigt die Beziehung zwischen dem dem piezoelektrischen Element zugeführten Treibersignal und dem Ausstoßen eines Tintentröpfchens.
10 zeigt die Wellenform des Treibersignals.
11 zeigt ein Blockdiagramm, in dem der elektrische Aufbau des Druckers 22 dargestellt ist, der gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
12 zeigt ein Blockdiagramm, in dem der innere Aufbau der Schaltung 50 zum Ansteuern eines piezoelek trischen Elements dargestellt ist.
13 zeigt den Prozeß der Erzeugung von Ansteuerimpulsen.
14 zeigt ein Zeitablaufdiagramm, in dem die Zeitsteuerung der jeweiligen Signale dargestellt ist, wenn das Datensignal zum Festlegen der Anstiegsrate im Speicher 51 verwendet wird.
15 zeigt schematisch den Zustand des Auftreffens von zwei ausgestoßenen Tintentröpfchen, nämlich eines größeren und eines kleineren Tintentröpfchens, auf dem Blatt Papier P.
16 zeigt die Beziehung zwischen der Impulsauswahl und dem Gewicht eines Tintentröpfchens je Aufzeichnungszeitraum.
17 zeigt eine Graphik, in der eine Verschiebung des Meniskus dargestellt ist, wenn Tinte ansprechend auf einen einzigen Impuls ausgestoßen wird.
18 zeigt eine Graphik, in der eine Verschiebung des Meniskus dargestellt ist, wenn Tinte ansprechend auf zwei aufeinanderfolgende Impulse ausgestoßen wird.
19 zeigt eine Graphik, in der die Beziehung zwischen dem Gesamtgewicht ansprechend auf zwei Impulse ausgestoßener Tintentröpfchen und der Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses dargestellt ist.
20 zeigt ein Blockdiagramm, in dem schematisch der Aufbau einer weiteren piezoelektrischen Treiberschaltung als eine Modifikation der ersten Ausführungsform dargestellt ist.
21 zeigt ein Blockdiagramm, in dem der innere Aufbau eines Druckers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
22 zeigt eine Graphik, in der Verschiebungen des Meniskus in der zweiten Ausführungsform dargestellt sind.
23 zeigt eine Graphik, in der Verschiebungen des Meniskus in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt sind.
24 zeigt eine Graphik, in der eine Verschiebung des Meniskus in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
Einige Möglichkeiten zum Verwirklichen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend als bevorzugte Ausführungsformen beschrieben.
A. Schematischer Aufbau der Druckvorrichtung
Der allgemeine Aufbau einer Druckvorrichtung wird zu Erklärungszwecken zuerst beschrieben. 2 zeigt ein Blockdiagramm, in dem der Aufbau einer Druckvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Wie dargestellt ist, ist ein Computer 90 mit einem Scanner 12 und einem Farbdrucker 22 verbunden, und er lädt vorgegebene Programme zum Betreiben der gesamten Druckvorrichtung und führt diese aus. Der Computer 90 enthält eine CPU 81, die eine Vielzahl von Operationen ausführt, um die jeweiligen Prozesse zu steuern, die sich auf die Bildverarbeitung entsprechend den Programmen beziehen, sowie die folgenden Bestandteile, die über einen Bus 80 miteinander verbunden sind. Eine Vielzahl von Programmen und Daten, die die CPU 81 benötigt, um die Vielzahl von Operationen auszuführen, wird vorab in einem ROM 82 gespeichert, während eine Vielzahl von Programmen und Daten, die die CPU 81 benötigt, um die Vielzahl von Operationen auszuführen, vorübergehend in einen RAM 83 eingeschrieben und aus diesem ausgelesen wird. Eine Eingangsschnittstelle 84 ist für das Eingeben von Signalen vom Scanner 12 und von einer Tastatur 14 verantwortlich, während eine Ausgangsschnittstelle 85 für die Ausgabe von Daten an den Drucker 22 verantwortlich ist. Eine CRTC-Einheit 86 steuert die Ausgabe von Signalen an eine CRT 21 zur Farbanzeige, und eine Plattensteuereinrichtung (DDC) 87 steuert die Übertragung von Daten von und zu einer Festplatte 16, einem Diskettenlaufwerk 15 und einem nicht dargestellten CD-ROM-Laufwerk. Die Vielzahl der in den RAM 83 geladenen und ausgeführten Programme sowie eine Vielzahl von in Form eines Vorrichtungstreibers bereitgestellten Programmen sind auf der Festplatte 16 gespeichert.
Eine serielle Ein-/Ausgangsschnittstelle (SIO) 88 ist weiterhin mit dem Bus 80 verbunden. Die SIO 88 ist mit einem Modem 18 verknüpft und über den Modem 18 mit einem öffentlichen Telefonnetz PNT verbunden. Der Computer 90 ist über die SIO 88 mit dem äußeren Netzwerk und dem Modem 18 verbunden, und er kann auf einen spezifischen Server SV zugreifen, um die für die Bildverarbeitung erforderlichen Programme auf die Festplatte 16 herunterzuladen. Entsprechend einer weiteren Anwendung lädt der Computer 90 die erforderlichen Programme von einer Diskette FD oder einer CD-ROM und führt die geladenen Programme aus.
3 zeigt ein Blockdiagramm, in dem die Softwarestruktur der Druckvorrichtung dargestellt ist. In dem Computer 90 läuft ein Anwendungsprogramm 95 unter einem vorgegebenen Betriebssystem. Ein Videotreiber 91 und ein Druckertreiber 96 sind in das Betriebssystem aufgenommen, und Zwischenbilddaten MID werden von dem Anwendungsprogramm 95 über diese Treiber 91 und 96 ausgegeben und zu dem Drucker 22 übertragen. Das Anwendungsprogramm 95 liest ein Bild mit dem Scanner 12, bewirkt, daß das eingegebene Bild einer vorgegebenen Verarbeitungsoperation, beispielsweise einer Retuschierung des Bilds, unterzogen wird, und stellt ein verarbeitetes Bild über den Videotreiber 91 auf der CRT-Anzeige 21 dar. Der Scanner 12 liest ursprüngliche Farbbilddaten ORG von einem Farboriginal und führt die ursprünglichen Farbbilddaten ORG, die aus den drei Farbkomponenten Rot (R), Grün (G) und Blau (B) bestehen, dem Computer 90 zu.
Wenn das Anwendungsprogramm 95 einen Druckbefehl ausgibt, empfängt der Druckertreiber 96 in dem Computer 90 Bildinformationen von dem Anwendungsprogramm 95 und wandelt die eingegebenen Bildinformationen in von dem Drucker 22 verarbeitbare Signale um (mehrwertige Signale für die jeweiligen Farben Zyan, Magenta, Gelb und Schwarz). In dem Beispiel aus 6 enthält der Druckertreiber 96 ein Auflösungsumwandlungsmodul 97, ein Farbkorrekturmodul 98, eine Farbkorrekturtabelle LUT, ein Halbtonmodul 99 und eine Rasterbildungseinrichtung 100.
Das Auflösungsumwandlungsmodul 97 wandelt die Auflösung, d. h. die Anzahl der Pixel je Längeneinheit, der von dem Anwendungsprogramm 95 verarbeiteten Farbbilddaten in die von dem Druckertreiber 96 verarbeitbare Auflösung um. Hierbei sind die Bilddaten mit der umgewandelten Auflösung noch die Bildinformationen, die aus den drei Farbkomponenten R, G und B bestehen. Das Farbkorrekturmodul 98 nimmt dann auf die Farbkorrekturtabelle LUT Bezug und wandelt die Bilddaten jedes Pixels in Daten der jeweiligen Farben Zyan (C), Magenta (M), Gelb (Y) und Schwarz (K) um, die von dem Drucker 22 verwendet werden. Die farbkorrigierten Daten weisen Tonwerte, beispielsweise im Bereich von 256 Tönen, auf. Das Halbtonmodul 99 erzeugt Punkte in dispergierender Weise und führt die Halbtonverarbeitung aus, um es dem Drucker 22 zu ermöglichen, die Tonwerte auszudrücken. Weil gemäß dieser Ausführungsform der Drucker 22 in bezug auf jedes Pixel die Fähigkeit zum dreiwertigen Ausdruck, d. h. keine Erzeugung von Punkten, Erzeugung eines kleinen Punkts und Erzeugung eines großen Punkts, aufweist, wie später erörtert wird, führt das Halbtonmodul 99 die dreiwertige Verarbeitung aus. Die Rasterbildungseinrichtung 100 ordnet die verarbeiteten Bilddaten in eine Datenübertragungsfolge für den Drucker 22 um und gibt die umgeordneten Bilddaten als endgültige Bilddaten FNL aus. Bei dieser Ausführungsform erzeugt der Drucker 22 Punkte nur auf der Grundlage der Bilddaten FNL und führt keine Bildverarbeitung aus. Der Druckertreiber 96 des Computers 90 regelt kein Signal zum Ansteuern eines piezoelektrischen Elements in dem Drucker 22, das später beschrieben wird. Gemäß einer weiteren möglichen Anwendung kann der Druckertreiber 96 jedoch eine Mehrzahl von Impulssignalen festlegen, die in dem Signal zum Ansteuern eines piezoelektrischen Elements enthalten sind, indem er die Zweiwegekommunikation mit dem Drucker 22 ausnutzt.
B. Schematischer Aufbau eines Druckers
Wie in 4 dargestellt ist, enthält der Drucker 22 einen Mechanismus zum Vorschieben eines Blatts Papier P durch einen Blattvorschubmotor 23, einen Mechanismus zum Hin- und Herbewegen eines Wagens 31 entlang der Achse einer Andruckplatte 26 durch einen Wagenmotor 24, einen Mechanismus zum Ansteuern eines an dem Wagen 31 angebrachten Druckkopfs 28, um das Ausstoßen von Tinte und das Erzeugen von Punkten zu steuern, eine Steuerschaltung 40 zum Übertragen von Signalen zu dem Blattvorschubmotor 23 und von diesem, den Wagenmotor 24, den Druckkopf 28 und ein Steuerfeld 32 sowie eine Schaltung 50 zum Ansteuern eines piezoelektrischen Elements zum Erzeugen eines Treibersignals zum Ansteuern eines piezoelektrischen Elements ansprechend auf das Signal von der Steuerschaltung 40.
Der Mechanismus zum Hin- und Herbewegen des Wagens 31 entlang der Achse der Andruckplatte 26 enthält einen Gleitschaft 34, der parallel zu der Achse der Andruckplatte 26 angeordnet ist, um den Wagen 31 verschiebbar zu halten, eine Riemenscheibe 38, einen endlosen Antriebsriemen 36, der zwischen den Wagenmotor 24 und die Riemenscheibe 38 gespannt ist, und einen Positionssensor 39, der die Position des Ursprungs des Wagens 31 erfaßt.
Eine Tintenpatrone 71 für schwarze Tinte (Bk) und eine Tintenpatrone 72, in der fünf Farbtinten, nämlich Zyan (C1), helles Zyan (C2), Magenta (M1), helles Magenta (M2) und Gelb (Y) untergebracht sind, können an dem Wagen 31 angebracht werden. Für die beiden Farben Zyan und Magenta sind sowohl Tinte höherer Dichte als auch Tinte niedrigerer Dichte bereitgestellt. An dem Druckkopf 28, der in dem unteren Abschnitt des Wagens 31 angeordnet ist, sind insgesamt sechs Tintenausstoßköpfe 61 bis 66 bereitgestellt, und Tintenzufuhrkanäle 67 (siehe 5) sind in dem Bodenabschnitt des Wagens 31 ausgebildet, um eine Tintenzufuhr von Tintenbehältern zu den jeweiligen Tintenausstoßköpfen 61 bis 66 zu leiten. Wenn die Patrone 71 für schwarze Tinte (Bk) und die Farbtintenpatrone 72 abwärts gerichtet an dem Wagen 31 angebracht werden, werden die Tintenzufuhrkanäle 67 in Verbindungsöffnungen eingefügt, die in den jeweiligen Patronen ausgebildet sind. Dies ermöglicht es, daß eine Tintenzufuhr von den jeweiligen Tintenpatronen zu den Tintenausstoßköpfen 61 bis 66 geleitet wird.
8 zeigt eine Anordnung von Tintenstrahldüsen Nz in den Tintenausstoßköpfen 61 bis 66. Die Düsenanordnung weist sechs Düsenfelder auf, wobei jedes Düsenfeld Tinte jeder Farbe ausstößt und achtundvierzig Düsen Nz aufweist, die in einem festen Düsenabstand k zickzackförmig angeordnet sind. Die Positionen der Düsen in Unterabtastrichtung sind in den jeweiligen Düsenfeldern identisch. Die achtundvierzig Düsen Nz, die in jedem Düsenfeld enthalten sind, können statt zickzackförmig auch ausgerichtet angeordnet werden. Die in 10 dargestellte Zickzackanordnung ermöglicht es jedoch, daß beim Herstellungsprozeß ein kleiner Wert für den Düsenabstand k festgelegt wird.
Das Ausstoßen von Tinte aus jeder Düse Nz wird von der Steuerschaltung 40 und der Schaltung 50 zum Ansteuern eines piezoelektrischen Elements gesteuert. 10 zeigt den inneren Aufbau der Steuerschaltung 40. Wie dargestellt ist, enthält die Steuerschaltung 40 eine Schnittstelle (nach folgend als "I/F" bezeichnet) 43 zum Empfangen von Druckdaten einschließlich mehrwertiger Toninformationen von dem Computer 90, einen RAM 44, in dem eine Vielzahl von Daten gespeichert ist, einen ROM 45, in dem Routinen für eine Vielzahl von Datenverarbeitungsoperationen gespeichert sind, eine Steuereinheit 46 mit einer CPU, eine Oszillationsschaltung 47, eine Schaltung 48 zum Erzeugen eines Treibersignals, die als die "Einheit zum Erzeugen eines Treibersignals" funktioniert, die ein Treibersignal für jedes piezoelektrische Element des Druckkopfs 28 erzeugt, wie später erörtert wird, und eine I/F 49 zum Übertragen der in Punktmusterdaten umgewandelten Druckdaten und der Treibersignale zu dem Blattvorschubmotor 23, zu dem Wagenmotor 24 und zu der Schaltung 50 zum Ansteuern eines piezoelektrischen Elements.
Bei dieser Ausführungsform überträgt der Computer 90 die Druckdaten, die der Dreiwertverarbeitung durch den Druckertreiber 96 unterzogen worden sind. Die Steuerschaltung 40 speichert auf diese Weise die Druckdaten in einem Empfangspuffer 44A, entfaltet die eingegebenen Daten entsprechend der Anordnung des Düsenfelds im Druckkopf in einem Ausgabepuffer 44C und gibt die entfalteten Daten über die I/F 49 aus. Wenn die von dem Computer 90 übertragenen Daten die Druckdaten einschließlich der mehrwertigen Toninformationen (beispielsweise in PostScript geschriebene Daten) sind, führt der Drucker 22 andererseits die Dreiwertverarbeitung in der Steuerschaltung 40. In diesem Fall werden die Druckdaten über die I/F 43 in dem Empfangspuffer 44A in der Aufzeichnungsvorrichtung gespeichert. Die in dem Empfangspuffer 44A gespeicherten Aufzeichnungsdaten werden einer Befehlsanalyse unterzogen und in einen Zwischenpuffer 44B übertragen. Der Zwischenpuffer 44B speichert die von der Steuereinheit 46 in Zwischencodes umgewandelten Aufzeichnungsdaten, während die Steuereinheit 46 die Prozesse des Hinzufügens der Druckposition jedes Zeichens, des Modifikationstyps, der Größe und der Fontadresse ausführt. Die Steuereinheit 46 analysiert die in dem Zwischenpuffer 44B gespeicherten Aufzeichnungsdaten, führt die Dreiwertverarbeitung entsprechend den Toninformationen aus und entfaltet und speichert die sich ergebenden Punktmusterdaten im Ausgabepuffer 44C.
In jedem Fall werden die dreiwertigen Punktmuster entfaltet und in dem Ausgabepuffer 44C gespeichert. Wie später beschrieben wird, stellt der Druckkopf mit den achtundvierzig Düsen für jede Farbe einem Abtastvorgang bzw. Scann des Kopfs entsprechende Punktmusterdaten in dem Ausgabepuffer 44C bereit und gibt die Punktmusterdaten über die I/F 49 aus. Die in die Punktmusterdaten umgewandelten Druckdaten sind beispielsweise 2-Bit-Tondaten für jede Düse, wobei "00" keine Erzeugung von Punkten darstellt, "10" eine Erzeugung eines kleinen Punkts darstellt und "11" eine Erzeugung eines großen Punkts darstellt. Die Datenstruktur und der Prozeß der Erzeugung von Punkten werden später erörtert.
C. Tintenausstoßmechanismus
Nachstehend wird der Mechanismus zum Ausstoßen von Tinte und zum Erzeugen von Punkten beschrieben. 5 zeigt schematisch den inneren Aufbau des Druckkopfs 28, und 6 zeigt den Prozeß des Ausstoßens von Tinte durch Ausdehnen und Zusammenziehen eines piezoelektrischen Elements PE. Wenn die Tintenpatronen 71 und 72 an dem Wagen 31 angebracht werden, werden Tintenvorräte in den Tintenpatronen 71 und 72 durch Kapillarwirkung durch die Tintenzufuhrkanäle 67 gesogen und den Tintenausstoßköpfen 61 bis 66 zugeführt, die in dem Druckkopf 28 ausgebildet sind, der in dem unteren Abschnitt des Wagens 31 angeordnet ist, wie in 5 dargestellt ist. Wenn die Tintenpatronen 71 und 72 zum ersten Mal an dem Wagen 31 angebracht werden, bewirkt eine ausschließlich vorgesehene Pumpe, daß zuerst eine Tintenzufuhr in die jeweiligen Tintenausstoßköpfe 61 bis 66 gesogen wird. In dieser Ausführungsform wird der Aufbau der Pumpe für das Saugen und einer Kappe zum Bedecken des Druckkopfs 28 während des Saugens nicht dargestellt und nicht spezifisch beschrieben.
Ein Feld von achtundvierzig Düsen Nz (siehe 8) ist in jedem der Tintenausstoßköpfe 61 bis 66 ausgebildet, wie später erörtert wird. Das piezoelektrische Element PE, das eines der sich elektrisch verformenden Elemente ist und ein ausgezeichnetes Ansprechen aufweist, ist als das Druckerzeugungselement für jede Düse Nz angeordnet. Wie in der oberen Zeichnung von 6 dargestellt ist, ist das piezoelektrische Element PE an einer Position angeordnet, die in Kontakt mit einem Tintenkanal 68 gelangt, um Tinte der Düse Nz zuzuführen. Es ist bekannt, daß das piezoelektrische Element PE eine Kristallstruktur aufweist, die beim Anlegen einer Spannung einer mechanischen Beanspruchung unterliegt und dadurch eine sehr schnelle Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie ausführt. Bei dieser Ausführungsform bewirkt das Anlegen einer Spannung zwischen Elektroden an den jeweiligen Enden des piezoelektrischen Elements PE für einen vorgegebenen Zeitraum, daß sich das piezoelektrische Element PE für den vorgegebenen Zeitraum zusammenzieht und daß eine Seitenwand des Tintenkanals 68 verformt wird, wie in der unteren Zeichnung von 6 dargestellt ist. Das Volumen des Tintenkanals 68 wird beim Zusammenziehen des piezoelektrischen Elements PE verringert, und es wird eine dem verringerten Volumen entsprechende bestimmte Tintenmenge mit hoher Geschwindigkeit als ein Tintenteilchen Ip vom Ende der Düse Nz gesprüht. Die Tintenteilchen Ip werden von dem Blatt Papier P aufgenommen, das an der Andruckplatte 26 eingesetzt ist, wodurch das Drucken ausgeführt wird.
Auf der Grundlage dieses in dem schematischen Diagramm erörterten Prinzips werden Tintentröpfchen durch die piezoelektrischen Elemente ausgestoßen. Die Einzelheiten eines tatsächlichen Mechanismus zum Ausstoßen von Tinte mit dem piezoelektrischen Element PE sind in 7 dargestellt. 7 zeigt eine Schnittansicht, in der eine als Beispiel dienende mechanische Struktur der Aufzeichnungsköpfe 61 bis 66 dargestellt ist. Wie dargestellt ist, weist dieser Kopf hauptsächlich eine Betätigungseinheit 121 und eine Strömungswegeinheit 122 auf. Die Betätigungseinheit 121 weist das piezoelektrische Element PE, ein erstes Abdeckelement 130, ein zweites Abdeckelement 136 und ein Abstandselement 135 auf. Das erste Abdeckelement 130 besteht aus einer dünnen Zirkoniumdioxidplatte mit einer Dicke von etwa 6 μm, und es weist eine an der Oberfläche ausgebildete gemeinsame Elektrode 131 auf, die als ein Pol wirkt. Das piezoelektrische Element PE ist an der Oberfläche der gemeinsamen Elektrode 131 befestigt, so daß es einer Druckkammer 132 gegenübersteht, wie nachstehend beschrieben wird. Eine Ansteuerelektrode 134, die aus einer Schicht eines verhältnismäßig weichen Metalls, wie Au, besteht, ist weiterhin an der Oberfläche des piezoelektrischen Elements PE ausgebildet.
Das piezoelektrische Element PE ist mit dem ersten Abdeckelement 130 gekoppelt, so daß ein Betätigungselement mit einer flexiblen Schwingung gebildet ist. Das piezoelektrische Element PE zieht sich beim Anlegen elektrischer Ladungen zusammen und verformt sich so, daß das Volumen der Druckkammer 132 verringert wird. Das piezoelektrische Element PE dehnt sich beim Abführen elektrischer Ladungen aus und verformt sich so, daß das Volumen der Druckkammer 132 wiederhergestellt wird.
Das unterhalb des ersten Abdeckelements 130 angeordnete Abstandselement 135 wird durch Einstechen eines Durchgangslochs in eine Keramikplatte, beispielsweise aus Zirkoniumdioxid (ZrO₂) mit einer zur Bildung der Druckkammer 132 geeigneten Dicke von beispielsweise 100 μm bereitgestellt. Das zweite Abdeckelement 136 und das erste Abdeckelement 130 dichten beide Seiten des Abstandselements 135, um die Druckkammer 132 festzulegen.
Das zweite Abdeckelement 136, das an dem anderen Ende des Abstandselements 135 befestigt ist, besteht, ebenso wie das Abstandselement 135, aus einem Keramikmaterial, wie Zirkoniumdioxid. Das zweite Abdeckelement 136 weist zwei Verbindungsöffnungen 138 und 139 auf, die mit der Druckkammer 132 verbunden sind, um Tintenströmungswege festzulegen. Die Verbindungsöffnung 138 verbindet einen Tintenzufuhreinlaß 137, der später erörtert wird, mit einem Ende der Druckkammer 132. Die Verbindungsöffnung 139 verbindet die Düsenöffnung Nz mit dem anderen Ende der Druckkammer 132.
Diese Elemente 130, 135 und 136 werden ohne Verwendung eines Klebstoffs miteinander verbunden, um die Betätigungs einheit 121 zusammenzusetzen, indem das Keramiktonmaterial zu vorgegebenen Formen gestaltet wird, diese übereinandergelegt werden, um eine Laminatstruktur zu bilden, und die Laminatstruktur gebrannt wird.
Die Strömungswegeinheit 122 weist eine den Tintenzufuhreinlaß festlegende Basisplatte 140, eine die Tintenkammer festlegende Basisplatte 143 und eine Düsenplatte 145 auf. Die den Tintenzufuhreinlaß festlegende Basisplatte 140 wirkt auch als eine fixierende Basisplatte für die Betätigungseinheit 121. Der Tintenzufuhreinlaß 137 ist an einem Ende der Druckkammer 132 angeordnet, während die Düsenöffnung Nz an dem anderen Ende der Druckkammer 132 angeordnet ist. Der Tintenzufuhreinlaß 137 ist ein Verbindungsweg, der die Tintenkammer 141, die den jeweiligen Düsen gemeinsam ist, mit der Druckkammer 132 verbindet. Der Tintenzufuhreinlaß 137 weist eine Querschnittsfläche auf, die in ausreichendem Maße kleiner ist als diejenige der Verbindungsöffnung 138 und dafür vorgesehen ist, als ein Öffnungsloch zu wirken.
Die andere Außenfläche der die Tintenkammer festlegenden Basisplatte 143 ist durch die Düsenplatte 145 gedichtet, und sie ist mit der den Tintenzufuhreinlaß festlegenden Basisplatte 140 gekoppelt, um die Tintenkammer 141 festzulegen. Die die Tintenkammer festlegende Basisplatte 143 weist eine Düsenverbindungsöffnung 144 auf, die mit der Düsenöffnung 123 verbunden ist. Die Tintenkammer 141 ist mit einem nicht dargestellten Tintenkanal verbunden, der mit den Tintenpatronen 71 und 72 in Verbindung steht, um einen Tintenfluß von einem nicht dargestellten Tintenbehälter zu empfangen.
Die den Tintenzufuhreinlaß festlegende Basisplatte 140, die die Tintenkammer festlegende Basisplatte 143 und die Düsenplatte 145 sind durch Klebeschichten 146 und 147, wie bspw. einem Wärmeschweißfilm oder einem Klebstoff, miteinander verbunden, um die Strömungswegeinheit 122 insgesamt zu bilden.
Die Strömungswegeinheit 122 und die Betätigungseinheit 121 sind durch eine Klebeschicht 148, wie bspw. einen Wärmeschweißfilm oder einen Klebstoff, miteinander verbunden, um jeden der Aufzeichnungsköpfe 61 bis 66 zu bilden.
Wenn eine Spannung zwischen die Ansteuerelektroden 131 und 134 des piezoelektrischen Elements PE gelegt wird, um elektrische Ladungen anzuwenden, zieht sich das piezoelektrische Element PE zusammen, um das Volumen der Druckkammer 132 zu verringern. Wenn elektrische Ladungen abgeführt werden, dehnt sich das piezoelektrische Element PE andererseits aus, wodurch das Volumen der Druckkammer 132 vergrößert wird. Durch das Ausdehnen der Druckkammer 132 wird der Innendruck der Druckkammer 132 verringert und ermöglicht, daß ein Tintenstrom von der gemeinsamen Tintenkammer 141 in die Druckkammer 132 fließt. Durch das Aufbringen der elektrischen Ladungen auf das piezoelektrische Element PE wird das Volumen der Druckkammer 132 verringert, so daß der Innendruck der Druckkammer 132 innerhalb eines kurzen Zeitraums ansteigt und bewirkt, daß Tinte in der Druckkammer 132 als Tintentröpfchen Ip über die Düsenöffnung Nz ausgestoßen wird.
In dem so aufgebauten Druckkopf 28 für das Tintenstrahlschreiben schwingt die in dem mit der Düse Nz verbindenden Strömungsweg vorhandene Tinte als das Fluid bei einer Ände rung des Innendrucks der Druckkammer 132. Diese Tintenschwingung weist wenigstens zwei natürliche Schwingungen auf. Eine Schwingung weist eine verhältnismäßig lange Periode auf, die durch das Wiederherstellen der Tintengrenzfläche oder des Meniskus nach dem Ausstoßen eines Tintentröpfchens hervorgerufen wird. Diese wird als natürliche Schwingung (Periode Tm) bezeichnet. Die andere Schwingung wird als Helmholtz-Resonanz bezeichnet und tritt in dem Fluid durch das Vorhandensein der Druckkammer 132 auf. Diese Schwingung hat verglichen mit der natürlichen Schwingung eine verhältnismäßig kurze Periode (Periode Tc). Eine Helmholtz-Resonanzfrequenz f der Druckkammer 132 wird durch die nachstehende Gleichung (1) ausgedrückt: F = 1/(2π) × √{(Mn + Ms)/(Mn × Ms)/(Ci + Cv)} (1)wobei Ci die Nachgiebigkeit des Fluids infolge der komprimierenden Eigenschaft der Tinte in der Druckkammer 132 bezeichnet, Cv die Steifigkeitsnachgiebigkeit infolge der Materialien des die Druckkammer 132 festlegenden ersten Abdeckelements 130 und des piezoelektrischen Elements PE bezeichnet, Mn die Trägheit der Düsenöffnung 123 bezeichnet und Ms die Trägheit des Tintenzufuhreinlasses 137 bezeichnet.
Unter der Annahme, daß der Viskositätswiderstand des Tintenkanals vernachlässigt wird, wird die Periode Tm der natürlichen Schwingung durch die nachstehende Gleichung (2) ausgedrückt: Tm = 2π × √{(Mn + Ms)Cn} (2) wobei Cn die Nachgiebigkeit des Meniskus bezeichnet.
Die Fluidnachgiebigkeit Ci wird durch die nachstehende Gleichung (3) ausgedrückt: Ci = V/ρc2 (3)wobei V das Volumen der Druckkammer 132 bezeichnet, ρ die Dichte der Tinte bezeichnet und c die Schallgeschwindigkeit in der Tinte bezeichnet.
Die Steifigkeitsnachgiebigkeit Cv der Druckkammer 132 stimmt mit dem statischen Verformungsverhältnis der Druckkammer 132 beim Ausüben einer Druckeinheit auf die Druckkammer 132 überein. Die Steifigkeitsnachgiebigkeit Cv wird durch Messen des statischen Verformungsverhältnisses erhalten.
Die Periode Tc der natürlichen Schwingung, die an dem Meniskus durch das Zusammenziehen oder Ausdehnen des piezoelektrischen Elements Pe angeregt wird, ist mit der Periode identisch, die als der Kehrwert der Helmholtz-Resonanzfrequenz f erhalten wird. Bei einem Berechnungsbeispiel gemäß der Ausführungsform beträgt die Helmholtz-Resonanzfrequenz f 125 kHz, und ihre Periode Tc beträgt 8 μs, wenn die Fluidnachgiebigkeit Ci 1 × 10^–20m⁵N^–1 ist, die Steifigkeitsnachgiebigkeit Cv 1,5 × 10^–20m⁵N^–1 ist, die Trägheit Mn 2 × 10⁸ kgm^–4 ist und die Trägheit Ms 1 × 10⁸ kgm^–4 ist.
D. Beschreibung der Erzeugung großer und kleiner Punkte
Die achtundvierzig Düsen Nz für jede Farbe, die in dem Drucker 22 gemäß dieser Ausführungsform angeordnet sind, weisen einen gleichen Innendurchmesser auf. Die zwei Punkttypen, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen, können mit diesen Düsen Nz erzeugt werden. Nachstehend wird das Prinzip dieser Punkterzeugung beschrieben. 9 zeigt schematisch die Beziehung zwischen der Ansteuerwellenform der Düse Nz und der Größe des von der Düse Nz ausgestoßenen Tintenteilchens Ip. Die in 9 durch eine unterbrochene Linie dargestellte Ansteuerwellenform wird zum Erzeugen von Punkten mit einer Standardgröße verwendet. Durch das Anlegen einer negativen Spannung an das piezoelektrische Element PE in einem Abschnitt d2 wird das piezoelektrische Element PE in die Richtung verformt, daß das Volumen der Druckkammer 132 vergrößert wird. Wie in einem Zustand A von 9 dargestellt ist, ist ein Meniskus Me leicht konkav in die Düse Nz gebogen. Wenn die durch die durchgezogene Linie in 9 dargestellte Ansteuerwellenform verwendet wird, um eine negative Spannung abrupt im Abschnitt d2 anzulegen, wird der Meniskus Me, verglichen mit dem Zustand A, in höherem Maße konkav nach innen gebogen, wie in einem Zustand "a" dargestellt ist.
Die Form des Meniskus wird aus dem folgenden Grund entsprechend der Impulswellenform der an das piezoelektrische Element PE angelegten negativen Spannung geändert. Das piezoelektrische Element wird entsprechend der Impulswellenform der angelegten Spannung verformt, wodurch das Volumen der Druckkammer 132 geändert wird. Wenn das Volumen der Druckkammer 132 sehr langsam zunimmt, wird die Tinte von der gemeinsamen Tintenkammer 141 bei der langsamen Volumenerhöhung der Druckkammer 132 zugeführt, so daß der Meniskus nicht in erheblichem Maße geändert wird. Wenn das piezoelektrische Element PE innerhalb eines kurzen Zeitraums ausgedehnt oder zusammengezogen wird und das Volumen der Druckkammer 132 abrupt geändert wird, kann andererseits keine ausreichende Tintenmenge von der Tintenkammer 141 zugeführt werden, weil der Tintenzufuhreinlaß 137 beschränkt ist, so daß der Meniskus durch die Volumenänderung der Druckkammer 132 in erheblichem Maße beeinflußt wird. Die kleinere Konkavität des Meniskus im Fall der leichten Änderung der an das piezoelektrische Element PE angelegten Spannung (siehe die als unterbrochene Linie dargestellte Kurve in 9) und die größere Konkavität des Meniskus im Fall der abrupten Änderung der angelegten Spannung (siehe die durchgezogene Kurve in 9) werden dem Gleichgewicht dieser Tintenzufuhr zugeschrieben.
Durch Anlegen einer positiven Spannung an das piezoelektrische Element PE im Zustand des konkaven Meniskus (Abschnitt d3) wird das Ausstoßen der Tinte auf der Grundlage des zuvor anhand 6 erörterten Prinzips bewirkt. Unter der Bedingung, daß der Meniskus nur leicht konkav nach innen gekrümmt ist (Zustand A), wird ein großes Tintentröpfchen ausgestoßen, wie in den Zuständen B und C dargestellt ist. Unter der Bedingung, daß der Meniskus in erheblichem Maße konkav nach innen gekrümmt ist (Zustand "a"), wird andererseits ein kleines Tintentröpfchen ausgestoßen, wie in den Zuständen "b" und "c" dargestellt ist.
Wie vorstehend beschrieben wurde, ändert sich der Punktdurchmesser entsprechend der Änderungsrate der negativen Treiberspannung (Abschnitte d1 und d2). Bei dem Drucker mit der Mehrzahl von Düsen Nz ist es jedoch sehr schwierig, die Wellenform des Treibersignals für jeden Punkt zu ändern. Diese Ausführungsform sieht daher ein Treibersignal vor, das zwei Impulssignale unterschiedlicher Wellenformen aufweist, und sie schreibt Druckdaten entsprechend diesem Treibersignal, um große und kleine Punkte zu erzeugen. Die Einzelheiten dieser Technik werden nachstehend beschrieben.
E. Schaltung zum Ansteuern eines piezoelektrischen Elements und Treibersignal
Bei dieser Ausführungsform sind zwei Typen von Ansteuerwellenformen, nämlich die Wellenform zum Erzeugen kleiner Punkte mit einem kleineren Punktdurchmesser und die Wellenform zum Erzeugen großer Punkte mit einem größeren Punktdurchmesser auf der Grundlage der Beziehung zwischen der Ansteuerwellenform und dem Punktdurchmesser, vorgesehen (siehe 11). Der Vorgang des Erzeugens großer und kleiner Tintentröpfchen entsprechend der Differenz des Treibersignals wird nachstehend zusammen mit den Einzelheiten der Erzeugung des Treibersignals erörtert.
Nachfolgend wird die Struktur zum Erzeugen des Treibersignals mit der in 11 dargestellten Wellenform beschrieben. Das in 11 dargestellte Treibersignal wird durch die Schaltung 50 zum Ansteuern eines piezoelektrischen Elements erzeugt. 12 zeigt ein Blockdiagramm, in dem der innere Aufbau der Schaltung 50 zum Ansteuern des piezoelektrischen Elements dargestellt ist. Wie dargestellt ist, enthält die Schaltung 50 zum Ansteuern des piezoelektrischen Elements einen Speicher 51, der die von der Steuerschaltung 40 ausgegebenen Signale empfängt und speichert, eine Latch-Stufe 52, die den Inhalt des Speichers 51 ausliest und den Inhalt vorübergehend festhält, einen Addierer 53, der eine Ausgabe der Latch-Stufe 52 und eine Ausgabe einer anderen Latch-Stufe 54 summiert, einen D/A-Wandler 56, der die Ausgabe der Latch-Stufe 54 in analoge Daten umwandelt, einen Spannungsverstärker 57, der das umgewandelte Analogsignal zu einer spezifischen Spannungsamplitude zum Ansteuern des piezoelektrischen Elements PE verstärkt, und einen Stromverstärker 58 zum Zuführen eines elektrischen Stroms entsprechend dem verstärkten Spannungssignal. Der Speicher 51 speichert vorgegebene Parameter, die zum Festlegen der Wellenform des Treibersignals verwendet werden. Wie nachstehend erörtert wird, bestimmen die zuvor von der Steuerschaltung 40 eingegebenen vorgegebenen Parameter die Wellenform des Treibersignals. Die Schaltung 50 zum Ansteuern des piezoelektrischen Elements empfängt Taktsignale 1, 2, 3, Datensignale, Adreßsignale 0 bis 3 und ein Rücksetzsignal von der Steuerschaltung 40, wie in 12 dargestellt ist.
13 zeigt den Prozeß des Festlegens der Wellenform des Treibersignals in der vorstehend erörterten Struktur der Schaltung 50 zum Ansteuern des piezoelektrischen Elements. Vor der Erzeugung des Treibersignals gibt die Steuerschaltung 40 mehrere Datensignale, die Anstiegsraten des Treibersignals darstellen, und Adreßsignale der Datensignale synchron mit dem Taktsignal 1 an den Speicher 51 in der Schaltung 50 zum Ansteuern des piezoelektrischen Elements aus. Hierbei weist das Datensignal eine Kapazität von nur einem Bit auf. Wie in 14 dargestellt ist, werden Daten durch die serielle Übertragung übertragen, bei der das Taktsignal 1 als das Synchronisationssignal verwendet wird. Beim Vorgang der Übertragung vorgegebener Anstiegsraten von der Steuerschaltung 40 werden zuerst Datensignale mehrerer Bits synchron mit dem Taktsignal 1 ausgegeben und anschließend Adressen zum Speichern der Daten als die Adreßsignale 0 bis 3 synchron mit dem Taktsignal 2 ausgege ben. Der Speicher 51 liest die Adreßsignale zum Zeitpunkt der Ausgabe des Taktsignals 2 und schreibt die eingegebenen Daten an die entsprechenden Adressen. Jedes Adreßsignal ist ein 4-Bit-Signal im Bereich von 0 bis 3, so daß maximal sechzehn Anstiegsraten in dem Speicher 51 gespeichert werden können. Das höchste Bit der Daten wird für einen Code verwendet.
Nach Abschluß des Festlegens der Anstiegsraten für die jeweiligen Adressen A, B, ... bewirkt der erste Impuls des Taktsignals 2, wenn die Adresse B in den Adreßsignalen 0 bis 3 ausgegeben wird, daß die erste Latch-Stufe 52 die Anstiegsrate entsprechend der Adresse B festhält. Die nachfolgende Ausgabe des Taktsignals 3 bewirkt in diesem Zustand, daß die zweite Latch-Stufe 54 die Summe aus der Ausgabe der zweiten Latch-Stufe 54 und der Ausgabe der ersten Latch-Stufe 52 festhält. Mit Bezug auf 13 sei bemerkt, daß sobald die Anstiegsrate entsprechend dem Adreßsignal ausgewählt wurde, jedesmal dann, wenn das Taktsignal 3 eingegeben wird, die Ausgabe der zweiten Latch-Stufe 54 entsprechend der Anstiegsrate geändert wird. Die an der Adresse B gespeicherte Anstiegsrate ist ein Wert zum Erhöhen der Spannung um ΔV1 je Zeiteinheit ΔT. Der an jeder Adresse gespeicherte Datencode legt fest, ob die Ausgabe der zweiten Latch-Stufe 54 vergrößert oder verkleinert wird.
In dem Beispiel aus 13 wird der Wert "0", d. h. der Wert zum Aufrechterhalten der Spannung, als die Anstiegsrate bei der Adresse A gespeichert. Wenn das Taktsignal 2 die Adresse A gültig macht, wird die Wellenform des Treibersignals ohne jede Änderung, also im flachen Zustand, beibehalten. Die an der Adresse C gespeicherte Anstiegsrate ist ein Wert zum Verringern der Spannung um ΔV2 je Zeiteinheit ΔT. Nachdem das Taktsignal 2 die Adresse C gültig gemacht hat, nimmt die Spannung demgemäß allmählich um ΔV2 ab.
Die Wellenform des Treibersignals kann durch einfaches Ausgeben der Adreßsignale und des Taktsignals 2 von der Steuerschaltung 40 entsprechend der vorstehend beschriebenen Prozedur frei gesteuert werden. Die in dem Treibersignal gemäß der Ausführungsform enthaltenen jeweiligen Impulse werden zusammen mit der Graphik aus 11 beschrieben. Das Treibersignal weist hauptsächlich einen ersten Impuls und einen zweiten Impuls in einem dem Aufzeichnen eines Pixels entsprechenden Aufzeichnungszeitraum auf. Die Spannung des ersten Impulses beginnt an einem mittleren Potential Vm (T11), nimmt mit einem festen Gradienten auf ein maximales Potential VP zu (T12) und behält das maximale Potential VP einen vorgegebenen Zeitraum bei (T13). Der erste Impuls nimmt dann mit einem festen Gradienten auf ein erstes minimales Potential VLS ab (T14) und behält das minimale Potential VLS einen vorgegebenen Zeitraum bei (T15). Die Spannung des ersten Impulses nimmt wieder mit einem festen Gradienten auf ein maximales Potential VP zu (T16) und behält das maximale Potential VP einen vorgegebenen Zeitraum bei (T17). Der erste Impuls nimmt nachfolgend mit einem festen Gradienten auf das mittlere Potential Vm ab (T18).
Durch das Anlegen eines Ladeimpulses T12 an das piezoelektrische Element PE wird es in die Richtung ausgelenkt, daß das Volumen der Druckkammer 132 verringert wird, wodurch ein Überdruck in der Druckkammer 132 hervorgerufen wird. Der Meniskus wird dementsprechend konvex aus der Düsenöffnung 123 gekrümmt. Wenn der Ladeimpuls T12 eine große Potentialdifferenz aufweist und einen scharfen Spannungsgradienten bewirkt, ist es möglich, ein Tintentröpfchen durch den Ladeimpuls T12 auszustoßen. Bei dieser Ausführungsform ist die Potentialdifferenz des Ladeimpulses T12 jedoch in den Bereich gelegt, in dem es nicht möglich ist, ein Tintentröpfchen durch den Ladeimpuls T12 auszustoßen. Bei dieser Ausführungsform ist die Ladezeit des Ladeimpulses T12 weiterhin auf eine Periode gelegt, die nicht kürzer als Tc ist (bei dieser Ausführungsform praktisch die gleiche Periode wie Tc), um zu bewirken, daß der Meniskus nicht die Schwingung der Helmholtz-Periode Tc anregt.
Während des Anlegens eines Halteimpulses T13 wird der Meniskus, der durch den Ladeimpuls T12 einmal konvex gekrümmt wurde, bei der Schwingung mit der Periode Tm durch die Oberflächenspannung der Tinte in die Düsenöffnung 123 einwärts zurückgeführt. Durch das Anlegen eines Entladeimpulses T14 wird das piezoelektrische Element PE in die Richtung ausgelenkt, daß die Druckkammer 132 ausgedehnt wird und einen Unterdruck in der Druckkammer 132 bewirkt. Die Einwärtsbewegung des Meniskus in die Düsenöffnung 123 durch diesen Unterdruck ist der Schwingung mit der Periode Tm überlagert, so daß der Meniskus in erheblichem Maße konkav einwärts in die Düsenöffnung 123 gekrümmt wird. Durch das Anlegen des Entladeimpulses T14 zu dem Zeitpunkt, zu dem der Meniskus einwärts in die Düsenöffnung 123 gerichtet wird, wird ermöglicht, daß sogar die verhältnismäßig kleine Potentialdifferenz des Entladeimpulses T14 den Meniskus in erheblichem Maße konkav einwärts in die Düsenöffnung 123 krümmt. Bei dieser Ausführungsform ist die Dauer des Halteimpulses T13 auf in etwa die Hälfte der Periode Tm gelegt, um die konkave Bewegung des Meniskus zu gewährleisten.
Durch das Anlegen eines Ladeimpulses T16 im Zustand des konkaven Meniskus wird ein Überdruck in der Druckkammer 132 bewirkt und der Meniskus aus der Düsenöffnung 123 heraus gekrümmt. Weil der Meniskus in erheblichem Maße in die Düsenöffnung 123 hinein gekrümmt worden ist, bewirkt das Anwenden des Überdrucks nur das Ausstoßen eines kleinen Tintentröpfchens. Ein Entladeimpuls T18 wechselwirkt mit der natürlichen Schwingung des Meniskus, die durch den Entladeimpuls T14 und den Ladeimpuls T16 angeregt wurde. Der Entladeimpuls T18 zum konkaven Krümmen des Meniskus in die Düsenöffnung 123 hinein wird zu der Zeit angelegt, zu der die natürliche Schwingung mit der Periode Tc zur Düsenöffnung 123 läuft. Dies führt zu einer verhältnismäßig kleinen Konkavität des Meniskus nach Abschluß des Ausstoßens eines kleinen Tintentröpfchens.
Der zweite Impuls folgt dem ersten Impuls und beginnt an dem mittleren Potential Vm (T19). Der zweite Impuls fällt dann mit einem festen Gradienten (T21) auf ein zweites minimales Potential VLL und behält das minimale Potential VLL einen vorgegebenen Zeitraum (T22) bei. Das minimale Potential VLL des zweiten Impulses ist niedriger als das minimale Potential VLS des ersten Impulses. Die Spannung des zweiten Impulses nimmt nachfolgend mit einem festen Gradienten auf das maximale Potential VP zu (T23) und behält das maximale Potential VP einen vorgegebenen Zeitraum (T24) bei. Der zweite Impuls fällt dann mit einem festen Gradienten auf das mittlere Potential Vm ab (T25).
Durch das Anlegen eines Entladeimpulses T21 wird ein Unterdruck in der Druckkammer 132 bewirkt, so daß der Meniskus konkav in die Düsenöffnung 123 hinein gekrümmt wird. Die Potentialdifferenz des Entladeimpulses T21 ist auf einen kleineren Wert gelegt als die Potentialdifferenz des Entladeimpulses T14 des ersten Impulses. Die Anstiegsrate ist dementsprechend so festgelegt, daß ebenso wie beim ersten Impuls verhindert wird, daß der Meniskus in erheblichem Maße konkav in die Düsenöffnung 123 hinein gekrümmt wird.
Durch das Anlegen eines Ladeimpulses T23 wird ein Überdruck in der Druckkammer 132 bewirkt, so daß der Meniskus konvex aus der Düsenöffnung 123 heraus gekrümmt wird. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich der Druck in Zunahmerichtung, während der Meniskus nicht in erheblichem Maße konkav in die Düsenöffnung 123 hinein gekrümmt worden ist. Dies führt, verglichen mit dem ersten Impuls, zum Ausstoßen eines größeren Tintentröpfchens. Ein letzter Entladeimpuls T25 des zweiten Impulses wechselwirkt mit der natürlichen Schwingung des Meniskus, die durch den Entladeimpuls T21 und den Ladeimpuls T23 angeregt wurde. Der Entladeimpuls T25 wird zu der Zeit angelegt, zu der der Meniskus bei der natürlichen Schwingung mit der Periode Tc zur Düsenöffnung 123 hin läuft.
Wenn sowohl der erste Impuls als auch der zweite Impuls nacheinander ausgewählt werden, werden zwei Tintentröpfchen von der Düse Nz ausgestoßen. Die beiden Tintentröpfchen treffen fast dieselbe Position auf dem Papier. Dieser Zustand ist in 15 dargestellt. Wie dargestellt ist, treffen dem ersten Impuls entsprechende kleinere Tintentröpfchen IPs und dem zweiten Impuls entsprechende größere Tintentröpfchen IPm fast dieselbe Position auf dem Papier, so daß ein größerer Punkt erzeugt wird. Wenn die beiden Punkttypen mit dem in 11 dargestellten Treibersignal erzeugt werden, führt der zweite Impuls zu einem größeren Änderungsbetrag des piezoelektrischen Elements PE und be wirkt daher, daß das Tintentröpfchen IP kräftig ausgestoßen wird. Die Strahlgeschwindigkeit des größeren Tintentröpfchens IPm ist dementsprechend höher als diejenige des kleineren Tintentröpfchens IPs. Es gibt folglich eine Differenz zwischen den Strahlgeschwindigkeiten dieser zwei Typen von Tintentröpfchen. Wenn ein kleineres Tintentröpfchen und ein größeres Tintentröpfchen in dieser Folge im Laufe des Bewegens des Wagens 31 in Hauptabtastrichtung ausgestoßen werden, ermöglicht ein Regeln der Abtastgeschwindigkeit des Wagens 31 und der Ausstoßzeitpunkte beider Tintentröpfchen entsprechend dem Abstand zwischen dem Wagen 31 und dem Blatt Papier P, daß beide Tintentröpfchen das Blatt Papier P im wesentlichen gleichzeitig erreichen. Auf diese Weise erzeugt die Ausführungsform den größten Punkt mit dem größten Durchmesser mit den beiden in 11 dargestellten Ansteuerimpulsen.
F. Schwingung des Meniskus und Zeitsteuerung des zweiten Impulses
Wie zuvor beschrieben wurde, ermöglicht diese Ausführungsform das getrennte oder aufeinanderfolgende Ausstoßen eines Tintentröpfchens entsprechend dem ersten Impuls und eines Tintentröpfchens entsprechend dem zweiten Impuls. Die Zeitpunkte des Erzeugens des ersten Impulses und des zweiten Impulses werden unter Berücksichtigung der Schwingung des Meniskus geregelt, um das Gesamtgewicht der Tinte des größten Tintentröpfchens, das durch die aufeinanderfolgende Ausgabe des ersten Impulses und des zweiten Impulses gebildet wird, erheblich größer zu machen als die Summe der Gewichte der entsprechenden Tintentröpfchen, welche getrennt gebildet werden. Dies wird in weiteren Einzelheiten beschrieben. 16 zeigt die Beziehung zwischen der Im pulsauswahl und dem Gewicht des Tintentröpfchens je Aufzeichnungszeitraum bei dieser Ausführungsform. Das Gesamttintengewicht, wenn der erste Impuls und der zweite Impuls aufeinanderfolgend ausgewählt werden, ist um 5 ng größer als die Summe der Tintengewichte, wenn der erste Impuls und der zweite Impuls getrennt ausgewählt werden. Die Erhöhung des Tintengewichts wird der Bildung eines zweiten Tintentröpfchens zu einem vorgegebenen Zeitpunkt zugeschrieben, wobei die Bewegung des Mechanismus nach dem Ausstoßen eines kleinen Tintentröpfchens berücksichtigt wird. Dies führt zur Erhöhung des Verhältnisses zwischen dem Tintengewicht des größten Punkts (20 ng gemäß dieser Ausführungsform) und dem Tintengewicht des kleinen Punkts (5 ng gemäß dieser Ausführungsform), wodurch der veränderliche Durchmesserbereich des geschriebenen Punkts praktisch vergrößert wird. Gemäß einer konkreten Prozedur wird die Dauer des Halteimpulses T19 so festgelegt, daß der Zeitraum zwischen dem Ende des Ladeimpulses T16 des ersten Impulses, der den "Zeitpunkt des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens" darstellt, und dem Beginn des Ladeimpulses T21 des zweiten Impulses, der die "Anfangszeit des ersten Signals zum Erweitern der Druckkammer" darstellt, gleich "(Wiederherstellungszeit des Meniskus nach dem Ausstoßen des ersten Tintentröpfchens) + (1/8 der Periode Tm der natürlichen Schwingung des Meniskus)" gemacht wird.
Die 17 und 18 zeigen die Bewegung des Meniskus bei der ersten Ausführungsform, wobei die Verschiebung des Meniskus auf der Ordinate dargestellt ist und die Zeit auf der Abszisse dargestellt ist. Eine Linie 707 stellt eine Öffnungsfläche der Düsenöffnung 123 dar, und der untere Abschnitt der Düsenöffnungsfläche 707 entspricht der Innenseite der Düsenöffnung 123. Eine Kurve 708 stellt eine Ver schiebung des Meniskus dar. Die Steigung der Tangenten (Ableitung) der Kurve 708 zeigt dementsprechend die Geschwindigkeit des Meniskus. Im Fall des Ausstoßens eines Tintentröpfchens ist die Fläche eines geschlossenen Bereichs (schraffierte Fläche), die durch die Kurve 708 und die Abszisse festgelegt ist und sich oberhalb der Abszisse befindet, die der Strahlzeit entspricht, im wesentlichen proportional zum Gewicht des Tintentröpfchens.
17 zeigt die Verschiebung des Meniskus, wenn der erste Impuls unabhängig angelegt wird. Ein Tintentröpfchen wird ansprechend auf eine Spitze 704 der Schwingung des Meniskus ausgestoßen. In diesem Moment wird ein kleines Tintentröpfchen von dem Meniskus getrennt und ausgestoßen. Der Meniskus wird dann konkav in die Düsenöffnungsfläche 707 hinein gekrümmt. Der konkav gekrümmte Meniskus beginnt durch die Oberflächenspannung des Meniskus zu der Düsenöffnungsfläche 707 zurückzukehren und erreicht die Düsenöffnungsfläche 707 zu einem Zeitpunkt 701. Der Zeitraum, der zwischen dem Zeitpunkt des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und dem Zeitpunkt 701 verstreicht, entspricht der "Wiederherstellungszeit TR des Meniskus nach dem Ausstoßen des ersten Tintentröpfchens". Der Meniskus bewegt sich weiter nach außen, so daß er konvex von der Düsenöffnungsfläche 707 fort gekrümmt wird, und beginnt dann nach innen zurückzukehren. Demgemäß weist der Meniskus eine gedämpfte Oszillation auf. Der Meniskus kehrt zu einem Zeitpunkt 709 wieder zu der Düsenöffnungsfläche 707 zurück. Der zwischen dem Zeitpunkt 701 und dem Zeitpunkt 709 verstreichende Zeitraum gleicht in etwa der Hälfte der Periode Tm der natürlichen Schwingung des Meniskus. Zu einem Zeitpunkt 703 erreicht die Verschiebung des Mechanismus nach dem Ausstoßen des ersten Tintentröpfchens das Maximum. Der zwi schen dem Zeitpunkt 701 und dem Zeitpunkt 703 verstreichende Zeitraum gleicht in etwa einem Viertel der Periode Tm der natürlichen Schwingung des Meniskus. Ein Zeitpunkt 702 liegt im wesentlichen in der Mitte zwischen dem Zeitpunkt 701, zu dem die Geschwindigkeit des aus der Düsenöffnung 123 herausgehenden Meniskus das Maximum erreicht, und dem Zeitpunkt 703. Der Zeitraum, der zwischen dem Zeitpunkt 701 und dem Zeitpunkt 702 verstreicht, beträgt in etwa ein Achtel der Periode Tm der natürlichen Schwingung des Meniskus. Ein Zeitpunkt 710 liegt im wesentlichen in der Mitte zwischen dem Zeitpunkt 703 und dem Zeitpunkt 709. Der Zeitraum, der zwischen dem Zeitpunkt 701 und dem Zeitpunkt 710 verstreicht, beträgt in etwa drei Achtel der Periode Tm der natürlichen Schwingung des Meniskus.
Mit Bezug auf 18 wird nachfolgend das Phänomen des Erhöhens des Gewichts des Tintentröpfchens beschrieben, wenn der zweite Impuls unmittelbar nach dem ersten Impuls angelegt wird. Bei dieser Ausführungsform wird, wie in 18 dargestellt ist, das Treibersignal für das Auslösen des Anlegens des Entladeimpulses T21 festgelegt, der den "Zeitpunkt des Auslösens des ersten Signals zum Erweitern der Druckkammer" zum Zeitpunkt 702 darstellt. Sowohl die Verschiebungsgeschwindigkeit des Meniskus als auch die Verschiebung des Meniskus ändern sich zum Zeitpunkt 702 außerhalb der Düsenöffnung 123. Hierdurch wird die Wirkung der konkaven Krümmung des Meniskus in die Düsenöffnung 123 hinein durch den Entladeimpuls T21 des zweiten Impulses kompensiert und der Konkavitätsbetrag der Verschiebung 708 des Meniskus verringert. Durch Anlegen des Ladeimpulses T23 wird die Spitze 705 der Schwingung des Meniskus erhöht und bewirkt, daß ein großes Tintentröpfchen vom Meniskus getrennt wird. In der Graphik aus 18 bezeichnet eine Zeitspanne 706 die Zeitdifferenz zwischen dem Ende des Ladeimpulses T16, welcher den "Zeitpunkt des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens" darstellt, und dem Auslösen des Entladeimpulses T21, der den "Zeitpunkt des Auslösens des ersten Signals zum Ausdehnen der Druckkammer" darstellt.
19 zeigt die Beziehung zwischen der Phase der "Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses" und dem Gesamtgewicht der ansprechend auf den ersten und den zweiten Impuls ausgestoßenen Tintentröpfchen. Die Ordinate zeigt das Gesamtgewicht der ansprechend auf den ersten und den zweiten Impuls ausgestoßenen Tintentröpfchen, und die Abszisse zeigt die Zeit. Eine Kurve GI zum Gewicht der Tintentröpfchen stellt eine Änderung der Summe des Tintengewichts dar, wenn der Auslösezeitpunkt des ersten Signals des zweiten Impulses von dem Zeitpunkt 701 zu dem Zeitpunkt 710 geändert wird. Das Gesamtgewicht des Tintentröpfchens erreicht das Maximum von 20 ng, wenn die Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses in die Nähe des Zeitpunkts 702 gelegt ist. Wenn die Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses verzögert wird, nähert sich das Gesamtgewicht des Tintentröpfchens asymptotisch der Summe der Tintentröpfchen von (5 + 10 =) 15 ng, wenn der erste Impuls und der zweite Impuls unabhängig ausgegeben werden. Wenn die Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses vorgeschoben wird, nimmt das Gesamtgewicht des Tintentröpfchens dagegen auch ab. Dies liegt daran, daß der Entladeimpuls T21 des zweiten Ansteuerimpulses bewirkt, daß der Meniskus, der bereits konkav in die Düsenöffnung 123 hinein gekrümmt worden ist, weiter konkav in die Düsenöffnung 123 hinein gekrümmt wird. Wie anhand der Graphik aus 18 klar verständlich ist, ist es bevorzugt, daß die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und dem Auslösezeitpunkt der ersten Spannung die Wellenform des zweiten Ansteuerimpulses auf einen größeren Wert als die Wiederherstellungszeit TR des Meniskus nach dem Ausstoßen des ersten Tintentröpfchens und auf einen kleineren Wert als die (Wiederherstellungszeit TR des Meniskus nach dem Ausstoßen des ersten Tintentröpfchens) + (3/8 der Periode Tm der natürlichen Schwingung des Meniskus) gelegt wird. Insbesondere wird durch Legen der Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses im Bereich des Zeitpunkts 701 auf den Zeitpunkt 710 das Gesamtgewicht des Tintentröpfchens verglichen mit der Summe der ansprechend auf die zwei Impulse getrennt ausgestoßenen Tintentröpfchen vergrößert.
G. Modifikation der Treiberschaltung 50
Gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform wird das an das piezoelektrische Element PE angelegte Treibersignal durch den D/A-Wandler 56 auf der Grundlage eines von der Steuerschaltung 40 ausgegebenen Befehls erzeugt. Die Treiberschaltung zum Erzeugen des Treibersignals kann durch eine andere Schaltung 50A, die in 20 dargestellt ist, aktualisiert werden. Der Aufbau der Treiberschaltung 50A wird mit Bezug auf 20 beschrieben. Die Treiberschaltung 50A weist Schieberegister 253A bis 253N, Latch-Elemente 254A bis 254N, Pegelschieber 255A bis 255N, Schaltelemente 256A bis 256N und piezoelektrische Elemente 257A bis 257N auf, die den jeweiligen Düsen am Kopf 28 entsprechen. Druckdaten sind als 2-Bit-Daten, wie (10) und (11), für jede Düse aufgebaut. Bitdaten der jeweiligen Spalten für alle Düsen werden in einem Aufzeichnungszeitraum in die Schieberegister 253A bis 253N eingegeben.
Daten des oberen Bits oder des Bits 2 für alle Düsen werden seriell zu den Schieberegistern 253A bis 253N übertragen und durch die Latch-Elemente 254A bis 254N gespeichert. Die Latch-Stufe ermöglicht, daß Daten des unteren Bits oder des Bits 1 für alle Düsen seriell zu den Schieberegistern 253A bis 253N übertragen werden.
Wenn die Bitdaten "1" in die als Analogschalter aufgebauten jeweiligen Schaltelemente 256A bis 256N eingegeben werden, wird ein Treibersignal (COM) direkt an die piezoelektrischen Elemente 257A bis 257N angelegt. Die piezoelektrischen Elemente 257A bis 257N werden dann entsprechend der Wellenform des Treibersignals verschoben. Wenn die Bitdaten "0" an die jeweiligen Schaltelemente 256A bis 256N angelegt werden, wird andererseits der Fluß des Treibersignals zu den piezoelektrischen Elementen 257A bis 257N unterbrochen. Die piezoelektrischen Elemente 257A bis 257N behalten dementsprechend die vorhergehenden elektrischen Ladungen bei.
Das Treibersignal (COM) in dieser Schaltung 50A weist die in 1 dargestellte Wellenform auf und enthält den ersten Impuls und den zweiten Impuls, um ebenso wie gemäß der ersten Ausführungsform ein kleineres Tintentröpfchen und ein größeres Tintentröpfchen zu bilden.
Ein kleines Tintentröpfchen mit beispielsweise 5 ng wird ansprechend auf den ersten Impuls ausgestoßen. Der erste Impuls wird unabhängig ausgewählt, um einen kleinen Punkt mit einem kleinen Punktdurchmesser zu schreiben. In dem Beispiel aus 1 wird der zweite Impuls erst nach dem ersten Impuls ausgewählt und nie unabhängig ausgewählt. Im Fall des Schreibens eines großen Punkts ermöglicht die auf einanderfolgende Auswahl des ersten Impulses und des zweiten Impulses die Bildung eines großen Tintentröpfchens mit beispielsweise (5 + 15 =) 20 ng und eine Erzeugung eines großen Punkts mit einem großen Punktdurchmesser, wie vorstehend bei der ersten Ausführungsform erörtert wurde.
Es gibt drei Tonausdrucksniveaus für das Schreiben von Punkten auf das Aufzeichnungspapier, nämlich keine Erzeugung von Punkten (Tonwert 1), Erzeugung nur eines kleinen Punkts (Tonwert 2) und Erzeugung eines großen Punkts (Tonwert 3). Jeder Tonwert kann als 2-Bit-Daten in der Art von (00), (01) und (10) ausgedrückt werden.
Im Fall des Tonwerts "2", der nur ein kleines Tintentröpfchen ausstößt und einen kleinen Punkt erzeugt, werden die Bitdaten "1" synchron mit dem ersten Impuls in das Schaltelement 256 eingegeben, während die Bitdaten "0" ansprechend auf den zweiten Impuls in das Schaltelement 256 eingegeben werden. Dies ermöglicht es, daß nur der erste Impuls dem piezoelektrischen Element 257 zugeführt wird. Durch das Übersetzen (Decodieren) der 2-Bit-Daten (01), die den Tonwert "2" darstellen, in die 2-Bit-Daten (10) wird bewirkt, daß nur der erste Impuls an das piezoelektrische Element 257 angelegt wird, und wird der Tonwert "2" zum Erzeugen eines kleinen Punkts beeinflußt.
Wenn in ähnlicher Weise die decodierten 2-Bit-Daten (11) in das Schaltelement 256 eingegeben werden, werden der erste Impuls und der zweite Impuls an das piezoelektrische Element 257 angelegt und bewirken, daß ein kleineres Tintentröpfchen und ein größeres Tintentröpfchen nacheinander das Aufzeichnungspapier treffen. Die Mischung aus dem kleineren Tintentröpfchen und dem größeren Tintentröpfchen erzeugt praktisch einen großen Punkt und verwirklicht den Tonwert "3". Im Fall des Tonwerts "1", der kein Tintentröpfchen ausstößt und auch keinen Punkt erzeugt, werden die 2-Bit-Daten (00) in das Schaltelement 256 eingegeben. Hierdurch wird kein Impuls an das piezoelektrische Element 257 angelegt und der Tonwert 1 für das Erzeugen keiner Punkte verwirklicht.
Nachfolgend wird eine konkrete Konfiguration zur Eingabe von 2-Bit-Druckdaten in die Schaltelemente 256 beschrieben. Von der Steuerschaltung 46 decodierte Zwei-Bit-Druckdaten (D1, D2) werden im Ausgabepuffer 44C gespeichert, wobei D1 ein erstes Impulsauswahlsignal bezeichnet und D2 ein zweites Impulsauswahlsignal bezeichnet. Die 2-Bit-Druckdaten werden an die Schaltelemente 256 ausgegeben, die den jeweiligen Düsen an dem Schreibkopf 28 in einem Aufzeichnungszeitraum entsprechen. Es wird hier angenommen, daß die Anzahl der Düsen an dem Schreibkopf 28 gleich "n" ist und daß Druckdaten einer ersten Düse und einer zweiten Düse an einer bestimmten Position in Unterabtastrichtung als (D11, D21) bzw. (D12, D22) ausgedrückt werden. Die Daten (D11, D12, D13, ..., D1n) des ersten Impulsauswahlsignals D1 in bezug auf alle Düsen werden synchron mit einem Taktsignal seriell in die Schieberegister 253 eingegeben. In ähnlicher Weise werden die Daten (D21, D22, D23, ..., D2n) des zweiten Impulsauswahlsignals D2 in bezug auf alle Düsen in einem Aufzeichnungszeitraum zu den Schieberegistern 253 übertragen. Dieser Zustand ist unten in 11 dargestellt.
Wie in 11 dargestellt ist, werden vor dem Zeitpunkt der Erzeugung eines Zielansteuerimpulses Druckdaten, die sich auf den Ansteuerimpuls beziehen, zum Schieberegister 253 übertragen. Die in das Schieberegister 253 eingegebenen Druckdaten werden synchron mit der Erzeugung des Zielansteuerimpulses zu dem Latch-Element 254 übertragen und darin gespeichert. Die in dem Latch-Element 254 gespeicherten Druckdaten werden durch den Pegelschieber 255 verschoben und über das Schaltelement 256 als das Treibersignal an das piezoelektrische Element 257 ausgegeben.
H. Zweite Ausführungsform
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Druckvorrichtung der zweiten Ausführungsform weist den gleichen allgemeinen Aufbau wie diejenige der ersten Ausführungsform auf. Der Unterschied zwischen der zweiten und der ersten Ausführungsform besteht darin, daß die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt des Ausstoßens eines Tintentröpfchens ansprechend auf den ersten Impuls und dem Zeitpunkt des Auslösens des ersten Signals des zweiten Impulses entsprechend der Umgebungstemperatur des Druckkopfs 28 für das Tintenstrahlschreiben geändert wird.
21 zeigt ein Blockdiagramm, in dem der innere Aufbau des Druckers 22 bei der zweiten Ausführungsform dargestellt ist. Der Drucker 22 dieser Ausführungsform weist eine Zeitspeichereinheit 192, eine Zeitsteuereinheit 191, einen Temperatursensor 194 und einen AD-Wandler 193 zusätzlich zu der Steuerschaltung 40 und zu der Schaltung 50 zum Ansteuern des piezoelektrischen Elements auf. Der Temperatursensor 194 mißt die Temperatur in der Umgebung des Druckkopfs 28. Der Temperatursensor 194 erfaßt die Umgebungstemperatur als einen Parameter, der die Leichtigkeit des Ausstoßens der Tinte wiedergibt. Die durch den Temperatursensor 194 erhaltenen Temperaturdaten werden über den AD-Wandler 193 an die Zeitsteuereinheit 191 ausgegeben. Die Zeitsteuereinheit 191 liest die Bedingung zur "Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses" aus, die vorab auf der Grundlage der vom Temperatursensor 194 eingegebenen Temperaturdaten in der Zeitspeichereinheit 192 gespeichert worden ist, und gibt die Bedingung an eine Treibersignal-Einstellschaltung 47 in der Steuerschaltung 40 aus. Die Treibersignal-Einstellschaltung 47 empfängt die Eingabebedingung, spezifiziert Informationen zur Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses und gibt die Informationen über die I/F 49 an die Schaltung 50 zum Ansteuern des piezoelektrischen Elements aus, um die Zeitsteuerung des Treibersignals zu regeln. Diese Anordnung ermöglicht es, daß die Zeitsteuerung des Treibersignals des zweiten Impulses entsprechend der Umgebungstemperatur geregelt wird. Eine weitere mögliche Struktur weist nur den Temperatursensor 194 als ein zusätzliches Element auf und bewirkt, daß die Steuerschaltung 40 den Zeitablauf des Treibersignals festlegt.
22 zeigt Änderungen der Bewegung des Meniskus bei den Umgebungstemperaturen von 15°C, 25°C und 40°C in dem Drucker bei Verwendung einer spezifischen Tinte, wobei die Verschiebung des Meniskus auf der Ordinate dargestellt ist, und die Zeit auf der Abszisse dargestellt ist. Eine Kurve 901 stellt eine Verschiebung des Meniskus bei 15°C dar, und die Kurven 902 und 903 stellen Verschiebungen des Meniskus bei 25°C bzw. 40°C dar.
Die in diesem Beispiel verwendete Tinte weist eine sich mit einer Temperaturänderung ändernde Viskosität auf. Die Viskosität der Tinte nimmt bei einer Temperaturerhöhung ab. wegen der Temperaturabhängigkeit der Viskosität der Tinte hat die Verschiebung 901 des Meniskus bei 15°C einen größeren Strömungswiderstand als die Verschiebung 902 des Meniskus bei 25°C. Dies bewirkt, daß die Verschiebung 901 des Meniskus bei 15°C eine größere Dämpfung der Meniskusschwingung und eine kleinere Amplitude der Helmholtz-Resonanz des Meniskus unmittelbar nach dem Ausstoßen eines Tintentröpfchens und eine kleinere Amplitude der natürlichen Schwingung des Meniskus aufweist. Wegen einer Verringerung des Strömungswiderstands weist die Verschiebung 901 des Meniskus bei 40°C andererseits eine kleinere Dämpfung der Meniskusschwingung und eine größere Amplitude der Helmholtz-Resonanz des Meniskus und eine größere Amplitude der natürlichen Schwingung des Meniskus auf. Die Periode Tm der natürlichen Schwingung wird bei einer Verringerung des Strömungswiderstands verkürzt.
In dem Fall, in dem die für den Drucker verwendete Tinte eine Viskosität aufweist, die sich in erheblichem Maße bei einer Temperaturänderung ändert, ändert sich der Zustand der Meniskusschwingung in erheblichem Maße entsprechend der Temperaturabhängigkeit der Viskosität. Das Gewicht des Tintentröpfchens kann sich dementsprechend in erheblichem Maße entsprechend der Temperatur ändern, falls die Zeitdifferenz zwischen der Ausstoßzeit eines Tintentröpfchens ansprechend auf den ersten Impuls und der Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses unabhängig von der Umgebung festliegt. Dies liegt daran, daß die Position und die Geschwindigkeit des Meniskus zur Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses geändert werden.
Mit Bezug auf 22 sei bemerkt, daß, wenn Tinte mit solchen Eigenschaften verwendet wird, die Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses entsprechend der Umge bungstemperatur geändert wird, so daß ein Zeitpunkt 904 bei 15°C liegt, ein Zeitpunkt 905 bei 25°C liegt und ein Zeitpunkt 906 bei 40°C liegt. Diese einfache Anordnung kompensiert die Umgebungsabhängigkeit der Position und der Geschwindigkeit des Meniskus in gewissem Maße und wechselwirkt mit einer Änderung des Gewichts des Tintentröpfchens ansprechend auf den zweiten Impuls entsprechend der Umgebungstemperatur. Falls ein weiterer Parameter vorhanden ist, der sich auf die Leichtigkeit des Ausstoßens der Tinte bezieht, wird der Parameter auch erfaßt, um die Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses widerzuspiegeln. Die verfügbaren Parameter umfassen die Dichte der Tinte, den Atmosphärendruck und eine zeitliche Änderung der Eigenschaften des piezoelektrischen Elements. Wenngleich eine direkte Erfassung dieser Parameter wünschenswert ist, können die Parameter auch geschätzt oder vom Benutzer spezifiziert werden, wenn die direkte Erfassung schwierig ist. Beispielsweise kann die Dichte der Tinte anhand des Gewichts der gesamten Tintenpatrone unmittelbar nach dem Ersetzen geschätzt werden. Die zeitliche Änderung der Eigenschaften des piezoelektrischen Elements kann anhand der verstrichenen Zeit seit dem Beginn der Verwendung des piezoelektrischen Elements geschätzt werden. Die Informationen in der Art des Atmosphärendrucks können von einem im Drucker installierten Sensor erhalten werden. Alternativ kann der Computer 90 die Daten über das Telefonnetz von einem vorgegebenen Meßsystem empfangen und die eingegebenen Daten zu dem Drucker 22 übertragen.
I. Dritte Ausführungsform
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Druckvorrichtung, der Drucker und die Kopftreibervorrichtung der dritten Ausführungsform weisen den gleichen Aufbau auf wie jene gemäß der zweiten Ausführungsform. Der Unterschied der dritten Ausführungsform gegenüber der zweiten Ausführungsform besteht darin, daß die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt des Ausstoßens eines Tintentröpfchens ansprechend auf den ersten Impuls und dem Auslösezeitpunkt des ersten Signals des zweiten Impulses bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur vergrößert wird.
Ebenso wie 22 zeigt 23 Änderungen der Bewegung des Meniskus bei Umgebungstemperaturen von 15°C, 25°C und 40°C in dem Drucker bei Verwendung einer spezifischen Tinte, wobei die Verschiebung des Meniskus auf der Ordinate dargestellt ist und die Zeit auf der Abszisse dargestellt ist.
Mit Bezug auf 23 sei bemerkt, daß bei dieser Ausführungsform die Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur verzögert wird, so daß ein Zeitpunkt 914 bei 15°C liegt, ein Zeitpunkt 915 bei 25°C liegt und ein Zeitpunkt 916 bei 40°C liegt. Ebenso wie gemäß der zweiten Ausführungsform kompensiert die einfache Anordnung dieser Ausführungsform die Umgebungsabhängigkeit der Position und der Geschwindigkeit des Meniskus in gewissem Maße und wechselwirkt mit einer Gewichtsänderung des Tintentröpfchens ansprechend auf den zweiten Impuls entsprechend der Umgebungstemperatur. Weil bei dieser Ausführungsform die Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur verzögert wird, gibt es nur eine geringe Wirkung der Tc-Schwingung des Meniskus unmittelbar nach dem Ausstoßen des ersten Tintentröpfchens zur Auslösezeit des zweiten Impulses. Hierdurch wird ein stabiler Strahlstrom mit einer weniger abgelenkten Bahn verwirklicht.
J. Vierte Ausführungsform
Nachstehend wird eine vierte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vierte Ausführungsform weist eine ähnliche Hardwarestruktur auf wie die erste Ausführungsform. Bei der vierten Ausführungsform wird die Zeit des Ausstoßens des zweiten Tintentröpfchens unter Berücksichtigung der Periode Tc der Helmholtz-Resonanz bestimmt. Die Bewegung des Meniskus nach dem Ausstoßen eines kleinen Tintentröpfchens ansprechend auf den ersten Impuls wird in den Graphiken aus den 22 und 23 genau beobachtet. Zusätzlich zu der erheblichen Bewegung des Meniskus entsprechend der Periode Tm der natürlichen Schwingung des Meniskus gibt es eine Schwingung mit der Periode Tc, die erheblich kürzer ist als die Periode Tm, infolge der Helmholtz-Resonanz. Die Anordnung zum Bestimmen des Zeitpunkts des Ausstoßens eines Tintentröpfchens ansprechend auf den zweiten Impuls unter Berücksichtigung der Periode Tc der Helmholtz-Resonanz ändert demgemäß das Gewicht des ansprechend auf den zweiten Impuls ausgestoßenen Tintentröpfchens.
24 zeigt als Beispiel eine winzige Bewegung des Meniskus, wenn eine spezifische Tinte verwendet wird. Dies zeigt klar eine Überlagerung der Schwingung mit der Periode Tc infolge der Helmholtz-Resonanz über der natürlichen Schwingung des Meniskus mit der Periode Tm. Die Kurve aus 24 weist eine erste Spitze 921 der Schwingung infolge der Helmholtz-Resonanz nach Abschluß des Ausstoßens eines Tintentröpfchens ansprechend auf den ersten Impuls, eine zweite Spitze 922, eine dritte Spitze 923 und eine vierte Spitze 924 auf. Der Zeitpunkt des Ausstoßens eines Tintentröpfchens ansprechend auf den zweiten Impuls ist auf ein ganzzahliges Vielfaches (das Einfache, Zweifache, Dreifache, ...) dieser Periode Tc gelegt. Hierdurch wird das Gewicht des ansprechend auf den zweiten Impuls ausgestoßenen Tintentröpfchens erhöht. Durch Legen des Zeitpunkts des Ausstoßens des zweiten Tintentröpfchens auf das (eine ganze Zahl + 1/2)-Fache der Periode Tc wird das Gewicht des ansprechend auf den zweiten Impuls ausgestoßenen Tintentröpfchens verringert.
Eine Betrachtung der Periode Tc der Helmholtz-Resonanz des Meniskus ermöglicht die genaue Regelung des Gewichts des Tintentröpfchens. Durch Ausnutzen dieser Eigenschaft wird beispielsweise der Zeitpunkt des Ausstoßens des zweiten Tintentröpfchens gegenüber einem ganzzahligen Vielfachen der Periode Tc zu einem (eine ganze Zahl + 1/2)-Fachen verzögert (oder vorgezogen), weil die Viskosität der Tinte abnimmt, wodurch das Ausstoßen eines Tintentröpfchens erleichtert wird. Hierdurch wird die erhöhte Leichtigkeit des Ausstoßens infolge einer Viskositätsänderung kompensiert und das Gewicht des Tintentröpfchens, unabhängig von der Änderung der Viskosität, im wesentlichen beibehalten. Es ist auch bevorzugt, die Auslösezeit des ersten Signals des zweiten Impulses und den Zeitpunkt des Ausstoßens des zweiten Tintentröpfchens zu bestimmen, indem sowohl die Periode Tm der natürlichen Schwingung des Meniskus als auch die Periode Tc der Helmholtz-Resonanz berücksichtigt werden. Dies gewährleistet den größten veränderlichen Bereich des Tintengewichts von dem Zustand des maximalen Tintengewichts entsprechend der optimalen Auswahl bis zu dem Zustand des minimalen Tintengewichts entsprechend der schlechtesten Auswahl.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen oder ihre Modifikationen beschränkt, sondern es kann viele andere Modifikationen, Anderungen und Abwandlungen geben, ohne daß vom Schutzumfang der durch die anliegenden Ansprüche definierten Erfindung abgewichen wird. Wenngleich beispielsweise gemäß der vorstehenden Ausführungsform ein flexibel schwingender PZT für das piezoelektrische Element verwendet wird, kann stattdessen auch ein PZT mit einer Längsschwingung und einem Quereffekt verwendet werden. Im letztgenannten Fall sind das Laden und das Entladen gegenüber dem Fall des flexibel schwingenden PZTs umgekehrt. Jedes geeignete Element in der Art eines Magnetostriktionselements kann außer dem piezoelektrischen Element für das Druckerzeugungselement verwendet werden.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Betreiben des Tintenstrahl-Schreibkopfs gemäß der vorliegenden Erfindung und die Druckvorrichtung, bei der dieses Ansteuerverfahren verwendet wird, ermöglichen es, daß ein einziges Tintentröpfchen oder eine Anzahl von Tintentröpfchen an einer Schreibposition ausgestoßen werden und ein Mehrtonbild auf dem Aufzeichnungsmedium, wie bspw. Papier, aufgezeichnet wird. Diese Technik wird vorteilhaft zum Erzeugen eines Bilds hoher Qualität mit einer Druckvorrichtung in der Art eines Druckers verwendet, die eine geringe Anzahl von Tönen je Punkt aufweist.

Claims

Vorrichtung zum Betreiben eines Tintendruck- bzw. Farbstrahlschreibkopfs (28), bei der ein druckerzeugendes Element, das entsprechend zu jeder Öffnung einer Mehrzahl von Düsen (Nz) vorgesehen ist, betätigt ist, um zu bewirken, daß ein Tinten- bzw. Farbtröpfchen von der Öffnung jeder Düse (Nz) ausgestoßen ist, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Einheit (48) zum Erzeugen eines Treibersignals, das ein Treibersignal erzeugt, das einen ersten Treiber- bzw. Ansteuerimpuls umfaßt, um zu bewirken, daß ein erstes Tintentröpfchen von der Mehrzahl von Düsen (Nz) ausgestoßen wird, und einen zweiten Ansteuerimpuls, um ein zweites Tintentröpfchen auszustoßen, das größer ist als das erste Tintentröpfchen, das von der Mehrzahl von Düsen (Nz) auszustoßen ist, eine Einheit zum Auswählen eines Ansteuerimpulses, die zumindest einen Ansteuerimpuls aus dem ersten Ansteuerimpuls und dem zweiten Ansteuerimpuls in einen Aufzeichnungs- bzw. Schreibzeitraum entsprechend dem Aufzeichnen eines Pixels auswählt, eine Einheit (50) zum Antreiben eines Elements, die das druckerzeugende Element in Reaktion auf das Treibersignal einschließlich des ausgewählten Ansteuerimpulses antreibt, und gekennzeichnet ist durch: eine Einheit zum Erzeugen eines größeren Punkts, die, wenn es erforderlich, einen größeren Punkt als die durch das erste und das zweite Tintentröpfen erzeugten Punkte zu erzeugen, bewirkt, daß die Einheit zum Auswählen eines Impulses sowohl den ersten Ansteuerimpuls als auch den zweiten Ansteuerimpuls in einem Schreibzeitraum auswählt, um den größeren Punkt durch ein Tintentröpfchen entsprechend sowohl dem ersten als auch dem zweiten Ansteuerimpuls auf einem Aufzeichnungsmedium zu erzeugen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Druckkammer (132) mit einem Volumen, das durch Deformation des druckerzeugenden Elements reduziert ist, um einen Flüssigkeitsdruck der Tinte zu erhöhen, in Verbindung mit einem Tintenkanal angeordnet ist, der mit allen Düsen (Nz) verbunden ist, und bei der die Einheit (48) zum Erzeugen des Treibersignals den zweiten Ansteuerimpuls erzeugt, der zumindest ein erstes Signal zum Erweitern bzw. Expandieren der Druckkammer umfaßt, ein zweites Signal zum Erhalten des erweiterten Zustands der Druckkammer (132) und ein drittes Signal zum Zusammenziehen der Druckkammer (132), und wobei die Einheit (48) zum Erzeugen eines Treibersignals eine Zeitdifferenz zwischen einem Timing bzw. einer Zeitvorgabe zum Ausstoßen des ersten Tintentröpfchens und einer Startzeitvorgabe des ersten Signals des zweiten Ansteuerimpulses einstellt, daß diese länger ist als eine Wiederherstellungszeit TR eines Meniskus nach dem Ausstoßen des ersten Tintentröpfchens und kürzer als TR + 3*Tm/8 (wobei Tm einen Zeitraum einer natürlichen Vibration des Meniskus bezeichnet).
Vorrichtung nach Anspruch 2, die weiterhin aufweist: eine Erfassungseinheit, die einen Parameter erfaßt, der eine Größe der Tinte bezogen auf einen Grad des Ausstoßens der Tinte wiedergibt, und eine Einheit zum Variieren einer Zeitvorgabe, die die Zeitdifferenz zwischen der Zeitvorgabe des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und der Startzeitvorgabe des ersten Signals durch Ändern der Startzeitvorgabe des ersten Signals basierend auf dem Parameter, der durch die Erfassungseinheit erfaßt ist, ändert.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Erfassungseinheit ein Sensor ist, der eine Temperatur (194) der Tinte als den Parameter mißt, und bei der die Zeitdifferenz zwischen der Zeitvorgabe des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und der Startzeitvorgabe des ersten Signals ausgedehnt ist, wenn die überwachte Temperatur von einer tieferen Temperatur zu einer höheren Temperatur ansteigt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Druckkammer (132) mit einem durch Deformation des druckerzeugenden Elements reduzierten Volumen, um einen Flüssigkeitsdruck der Tinte zu erhöhen, in Verbindung mit einem Tintenkanal angeordnet ist, der mit allen Düsen (Nz) verbunden ist, und bei der die Einheit (48) zum Erzeugen des Treibersignals eine Zeitdifferenz zwischen einer Zeitvorgabe des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und einer Zeitvorgabe des Ausstoßens des zweiten Tintentröpfchens durch Berücksichtigung eines Zeitraums Tc einer Helmholtz-Resonanzvibration der Tinte in der Druckkammer (132) einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Einheit (48) zum Erzeugen eines Treibersignals eine Zeitdifferenz zwischen einer Zeitvorgabe des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und einer Zeitvorgabe des Ausstoßens des zweiten Tintentröpfchens durch Berücksichtigung eines Zeitraums Tc einer Helmholtz-Resonanzvibration der Tinte in der Druckkammer (132) einstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Einheit (48) zum Erzeugen eines Treibersignals die Zeitdifferenz zwischen der Zeitvorgabe des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und der Zeitvorgabe des Ausstoßens des zweiten Tintentröpfchens einstellt, daß diese ein ganzzahliges Vielfaches der Periode Tc der Helmholtz-Resonanzvibration ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, die aufweist: eine Erfassungseinheit, die einen Parameter erfaßt, der eine Leichtigkeit des Ausstoßens der Tinte beeinflußt, und eine Einheit, die eine Zeitdifferenz zwischen der Zeitvorgabe des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und einer Startzeitvorgabe des ersten Signals zu (ganze Zahl + 1/2) mal dem Zeitraum Tc, basierend auf dem durch die Erfassungseinheit erfaßten Parameter, ändert, wenn eine Leichtigkeit des Ausstoßens der Tinte ansteigt.
Verfahren zum Betreiben eines Tintendruckschreibkopfs (28), bei dem ein druckerzeugendes Element, das entsprechend zu jeder Öffnung einer Mehrzahl von Düsen (Nz) vorgesehen ist, betätigt wird, um zu bewirken, daß ein Tintentröpfchen von der Öffnung jeder Düse (Nz) ausgestoßen wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Erzeugen eines Treibersignals, das einen ersten Ansteuerimpuls umfaßt, der bewirkt, daß ein erstes Tintentröpfchen von der Mehrzahl von Düsen (Nz) ausgestoßen wird, und einen zweiten Ansteuerimpuls zum Ausstoßen eines zweiten Tintentröpfchens, das größer ist als das erste Tintentröpfchen, das von der Mehrzahl von Düsen (Nz) auszustoßen ist, Auswählen zumindest eines Ansteuerimpulses aus dem ersten Ansteuerimpuls und dem zweiten Ansteuerimpuls in einem Aufzeichnungszeitraum entsprechend dem Aufzeichnen eines Pixels, und Antreiben bzw. Ansteuern des druckerzeugenden Elements als Reaktion auf das Treibersignal einschließlich des ausgewählten Ansteuerimpulses, und dadurch gekennzeichnet ist, daß wenn es erforderlich ist, einen größeren Punkt als die durch das erste und das zweite Tintentröpfchen gebildeten Punkte zu erzeugen, sowohl der erste Ansteuerimpuls als auch der zweite Ansteuerimpuls in einem Aufzeichnungszeitraum ausgewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 9 in dem Prozeß einer Erzeugung des Ansteuerimpulses, bei dem der zweite Ansteuerimpuls erzeugt wird, um zumindest ein erstes Signal zum Ausdehnen bzw. Erweitern einer Druckkammer (132) zu umfassen, die ein Volumen hat, das durch Deformation des druckerzeugenden Elements reduziert wird, um einen Flüssigkeitsdruck der Tinte zu erhöhen, ein zweites Signal zum Erhalten des erweiterten Zustands der Druckkammer (132) und ein drittes Signal zum Zusammenziehen der Druckkammer (132), und wobei eine Zeitdifferenz zwischen einer Zeitvorgabe des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und einer Startzeitvorgabe des ersten Signals des zweiten Ansteuerimpulses eingestellt wird, um länger zu sein als eine Wiederherstellungszeit TR eines Meniskus nach dem Ausstoßen des ersten Tintentröpfchens und kürzer als TR + 3*Tm/8 (wobei Tm einen Zeitraum einer natürlichen Vibration des Meniskus bezeichnet).
Verfahren nach Anspruch 9 in dem Prozeß des Erzeugens des Ansteuerimpulses, bei dem eine Zeitdifferenz zwischen einer Zeitvorgabe des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und einer Zeitvorgabe des Ausstoßens des zweiten Tintentröpfchens unter Berücksichtigung eines Zeitraums Tc einer Helmholtz-Resonanzvibration der Tinte in der Druckkammer (132) eingestellt wird.
Druckvorrichtung mit einem Tintendruckschreibkopf (28), bei der ein druckerzeugendes Element, das entsprechend zu jeder Öffnung einer Mehrzahl von Düsen (Nz) vorgesehen ist, betätigt ist, um zu bewirken, daß ein Tintentröpfchen von der Öffnung jeder Düse (Nz) ausgestoßen ist, wobei die Druckvorrichtung ein Bild auf einem Aufzeichnungsmedium aufzeichnet mit Tintentröpfchen, die von einer Mehrzahl von Düsen (Nz) ausgestoßen sind, wobei die Druckvorrichtung aufweist: eine Druckdateneingabeeinheit, die Druckdaten mit einem Tonwert für jedes Pixel, das in dem Bild enthalten ist, eingibt, eine Einheit (48) zum Erzeugen eines Treibersignals, die ein Treibersignal erzeugt, das einen ersten Ansteuerimpuls umfaßt, um zu bewirken, daß ein erstes Tintentröpfchen von der Mehrzahl von Düsen (Nz) ausgestoßen ist, und einen zweiten Ansteuerimpuls zum Ausstoßen eines zweiten Tintentröpfchens, das größer ist als das erste Tintentröpfchen, das von der Mehrzahl von Düsen (Nz) auszustoßen ist, und gekennzeichnet ist durch: eine Einheit zum Auswählen eines Ansteuerimpulses, die bestimmt, ob weder der erste Ansteuerimpuls noch der zweite Ansteuerimpuls ausgewählt ist, um überhaupt kein Tintentröpfchens auszustoßen, nur wenn entweder der erste Ansteuerimpuls oder der zweite Ansteuerimpuls ausgewählt ist, oder ob sowohl der erste Ansteuerimpuls als auch der zweite Ansteuerimpuls ausgewählt sind, in einem Aufzeichnungszeitraum entsprechend der Aufzeichnung eines Pixels basierend auf dem Tonwert der Eingabedaten, und eine Einheit (50) zum Betreiben eines Elements, die das druckerzeugende Element in Reaktion auf das Treibersignal einschließlich des ausgewählten Ansteuerimpulses antreibt.
Druckvorrichtung nach Anspruch 12, bei der eine Druckkammer (132) mit einem durch Deformation des druckerzeugenden Elements reduzierten Volumen, um einen Flüssigkeitsdruck der Tinte zu erhöhen, in Verbindung mit einem Tintenkanal angeordnet ist, der mit allen Düsen (Nz) verbunden ist, und bei der die Einheit (48) zum Erzeugen eines Treibersignals den zweiten Ansteuerimpuls erzeugt, der zumindest ein erstes Signal zum Erweitern der Druckkammer (132) umfaßt und ein zweites Signal zum Erhalten des erweiterten Zu stands der Druckkammer (132) und ein drittes Signal zum Zusammenziehen der Druckkammer (132), und wobei die Einheit (48) zum Erzeugen eines Treibersignals eine Zeitdifferenz zwischen einer Zeitvorgabe des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und einer Startzeitvorgabe des ersten Signals des zweiten Ansteuerimpulses einstellt, daß diese länger ist als eine Wiederherstellungszeit TR eines Meniskus nach dem Ausstoßen des ersten Tintentröpfchens und kürzer als TR + 3*Tm/8 (wobei Tm einen Zeitraum einer natürlichen Vibration des Meniskus bezeichnet).
Druckvorrichtung nach Anspruch 12, bei der eine Druckkammer (132) mit einem Volumen, das durch Deformation des druckerzeugenden Elements reduziert ist, um einen Flüssigkeitsdruck der Tinte zu erhöhen, in Verbindung mit einem Tintenkanal angeordnet ist, der mit allen Düsen (Nz) verbunden ist, und bei der die Einheit (48) zum Erzeugen des Treibersignals eine Zeitdifferenz zwischen der Zeitvorgabe des Ausstoßens des ersten Tintentröpfchens und einer Zeitvorgabe des Ausstoßens des zweiten Tintentröpfchens unter Berücksichtigung eines Zeitraums Tc einer Helmholtz-Resonanzvibration der Tinte in der Druckkammer (132) einstellt.