DE3686827T2

DE3686827T2 - Antriebssystem fuer ein tintenstrahlgeraet.

Info

Publication number: DE3686827T2
Application number: DE8686301730T
Authority: DE
Inventors: Stuart David Howkins; Lisa Mae Schmidle
Original assignee: Ricoh Printing Systems America Inc
Current assignee: Ricoh Printing Systems America Inc
Priority date: 1985-03-11
Filing date: 1986-03-11
Publication date: 1993-03-18
Anticipated expiration: 2006-03-12
Also published as: EP0194852B1; EP0194852A3; JPH0557913B2; JPS61206662A; CA1259853A; HK16193A; DE3686827D1; US4686539A; EP0194852A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft generell Tintenstrahlgeräte, und insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines Tintenstrahlgerätes zum Drucken bei relativ hohen Transportgeschwindigkeiten mit relativ hoher Tropfengeschwindigkeit.
Im allgemeinen müssen Strichcode-Drucker und Drucker im Zeichenmodus mit hohen Druckkopf-Transportgeschwindigkeiten arbeiten. Eine Druckkopf-Transportgeschwindigkeit, U, vergrößert Punkt- Positionierungsfehler verursacht durch Kanal-zu-Kanal-Variationen, ΔV, in der Tintentropfengeschwindigkeit V. Dies kann ausgedrückt werden als:
Δx = Ud/V² ΔV (1)
wobei ΔX der Punkt-Positionierungsfehler und d der Abstand zwischen dem Druckkopf und dem Druckmedium ist. In einigen Druckanwendungen ist es auch erforderlich, einen großen Druckkopfabstand, d, aufrechtzuerhalten, was ebenfalls die Punkt-Positionierungsfehler vergrößert. Gleichung (1) zeigt, daß allgemein eine Erhöhung der Strahlgeschwindigkeit V zu einer Reduktion von Δx führen wird. Es wurde auch beobachtet, daß eine Erhöhung von V den Anteil des Punkt-Positionierungsfehlers, der aus einer Fehlausrichtung eines Strahls resultiert, erniedrigt. Wenn ein Tintenstrahldrucker als Strichcode- oder als Zeichenmodus-Drucker verwendet wird, ist es daher im allgemeinen notwendig, die Tintentropfen mit relativ hohen Geschwindigkeiten auszustoßen. Die Geschwindigkeit hängt von der geforderten Druckqualität ab, d. h. dem maximal tolerierbaren Punkt-Positionierungsfehler. Typischerweise wird sie jedoch über 4,0 Meter pro Sekunde und weniger als 20 in pro Sekunde betragen, um Druckkopf-Transportgeschwindigkeiten von typisch über 25,40 cm (10 inch) pro Sekunde und bis zu 2,54 m (100 inch) pro Sekunde relativ zu dem Druckmedium zu ermöglichen.
Ein Hauptproblem, das von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannt wurde, besteht darin, daß, wenn Tintentropfen mit der erforderlichen hohen Geschwindigkeit zur Erzeugung der für beispielsweise Strichcodes erforderlichen Druckqualität ausgestoßen werden, die Tropfen dazu neigen, relativ lange Schwänze zu haben, die hinter dem Haupttropfen herziehen. Die Schwänze reduzieren die Druckqualität dadurch, daß sie dazu neigen, aufzubrechen und Druckspritzer von unerwünschten Fehlpunkten auf dem Druckmedium zu erzeugen, und/oder dadurch, daß die Schwänze eine Verzerrung der einzelnen auf das Druckmedium gedruckten Punkte verursachen können. Um eine erforderliche Druckqualität bei der Verwendung von Tintenstrahlköpfen für Strichcode- und Zeichenmodus-Drucker zu erreichen, ist es demgemäß erforderlich, daß der Tintenstrahlkopf in einer Weise betrieben wird, daß die hänge der Schwänze der individuellen Tintentropfen bis zu einem Punkt reduziert wird, wo der verbleibende Schwanz die Druckqualität nicht berührt. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat auch die Wichtigkeit erkannt, sicherzustellen, daß der oder die endgültigen Tintentropfen, die zum Drucken auf das Druckmedium verwendet werden, alle im wesentlichen die gleiche vorherbestimmte Geschwindigkeit haben, um eine genaue Steuerung über den Druckvorgang zu erreichen.
Wellenformungstechniken wurden im Stand der Technik angewendet, um Steuerungen verschiedener Aspekte des Betriebs von Tintenstrahldruckern zu erreichen, wie weiter unten genauer erläutert wird. Beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4 491 851 von Mizuno et al. wird ein erster Impuls auf ein Tintenstrahlgerät angewendet, um den Ausstoß eines Tintentröpfchens einzuleiten, gefolgt von der Anwendung eines zweiten Impulses, um den "Schwanz" des Tropfens aus der Düse und in den Haupttropfen zu stoßen, wodurch die Länge des "Schwanzes" wesentlich reduziert und die Bildung von Satellitentropfen verhindert wird. Mizuno und weiterer später zu diskutierender Stand der Technik nehmen nicht Bezug oder weisen nicht einmal auf das vorliegende Verfahren zum Betreiben eines Tintenstahldruckkopfes hin, um die von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung erkannten Probleme zu vermeiden.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Betreiben eines Tintenstrahlkopfes mit einer zusammengesetzten Wellenform, welche unabhängige und aufeinanderfolgende erste, zweite und dritte elektrische Impulse zum Ausstoßen eines ersten, zweiten und dritten Tintentropfens aufeinanderfolgend mit jeweils höheren Geschwindigkeiten aufweist, wobei sich die Tropfen im Flug vereinen, um einen endgültigen Tintentropfen zu bilden, der eine vorgegebene Geschwindigkeit V hat, wodurch Druck- und Tropfengeschwindigkeiten oberhalb von 4 Metern pro Sekunde ermöglicht sind, bei Transportgeschwindigkeiten des Tintenstrahlkopfes bis zu und oberhalb von 1,27 Meter pro Sekunde (50 inch pro Sekunde) in bezug auf das Druckmedium, welches mit dem endgültigen Tropfen bedruckt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
(1) Erzeugen eines ersten, zweiten und dritten elektrischen Impulses, so daß diese relativ zueinander geeignete Wellenformen, Impulsbreiten, Amplituden und Auszeiten dazwischen haben, um den Ausstoß des ersten, zweiten und dritten Tintentropfens aus dem Tintenstrahlkopf zu bewirken, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt:
(2) Erzeugen des ersten Impulses in der Weise, daß dessen Impulsbreite und Amplitude jeweils kleiner sind als die Impulsbreite und die Amplitude des zweiten Impulses.
Die Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung besser verständlich, die als Beispiel und mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen gegeben wird, wobei gleiche Gegenstände gleiche Bezugszeichen haben, und worin:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Tintenstrahlgerätes ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs des Querschnitts aus Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine perspektivische Explosions- oder Bilddarstellung des Tintenstrahlgerätes ist, das die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Elemente enthält;
Fig. 4 bis 7 jeweils verschiedene Wellenformen zeigen, die im Stand der Technik verwendet wurden, um den gewünschten Betrieb des Tintenstrahldruckkopfes zu erzielen;
Fig. 8 einen typischen Tintentropfen mit einem länglichen Schwanz zeigt, der während des Betriebs eines Tintenstrahldruckkopfes mit hoher Tropfengeschwindigkeit entstanden ist;
Fig. 9 einen typischen Hochgeschwindigkeits-Tintentropfen mit einem begleitenden Schwanz zeigt, der in einer Mehrzahl von Satellitentropfen aufgebrochen ist;
Fig. 10 eine zusammengesetzte Wellenform gemäß einem bevorzugten Verfahren zur Ausführung der Erfindung zeigt;
Fig. 11 typische Tintentropfen in einer frühen Flugphase zeigt, wie sie durch Betrieben des Tintenstrahldruckkopfes mit der zusammengesetzten Wellenform aus Fig. 10 erzeugt werden; und
Fig. 12 einen typischen, "endgültigen Tropfen" zeigt, der durch die Vereinigung der Fig. 11 gezeigten Tropfen im Flug erzeugt wurde.
Die vorliegende Erfindung wurde während der Entwicklung von verbesserten Verfahren zum Betreiben eines Tintenstrahldruckgerätes gemacht, das eine modifizierte Version des zuvor erwähnten Tintenstrahlgerätes zur Verwendung in Anwendungen wie Strichcode- und Zeichenmodus-Drucken. Während das hier diskutierte Tintenstrahlgerät zu Zwecken der Illustration eines bevorzugten Weges der Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, ist es jedoch nicht als Beschränkung gemeint. Auch werden in den folgenden Abschnitten nur die grundlegenden mechanischen Eigenschaften und Betriebsweisen dieses Apparates diskutiert, und es wird Bezug auf GB-A-2157623 (veröffentlicht am 30.10.85) für genauere Einzelheiten betreffend dieses Gerät genommen. Die in den Fig. 1 bis 3 verwendeten Bezugszeichen sind im wesentlichen die gleichen wie die in der GB-Veröffentlichung verwendeten, um die Bezugnahme auf diese Anmeldung zu vereinfachen.
Mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 enthält das dargestellte Tintenstrahlgerät eine Kammer 200 mit einer Öffnung 202 zum Ausstoßen von Tintentropfen in Reaktion auf den Anregungszustand eines Wandlers 204 für jeden Strahler in einem Feld solcher Strahler (siehe Fig. 3). Der Wandler 204 dehnt sich aus und zieht sich zusammen (in den durch die Pfeile in Fig. 2 angezeigten Richtungen) entlang seiner Längsachse, und die Bewegung wird auf die Kammer 200 durch Kopplungsmittel 206 übertragen, die einen Fuß 207, ein viskoelastisches Material 208 angrenzend an den Fuß 207 und eine Membran 210 aufweisen, die in die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Position vorgespannt ist. In der modifizierten Version des verwendeten Tintenstrahlgerätes sind das viskoelastische Material 208 und die Membran 210 eleminiert, und die Kopplung wird direkt von dem Fuß 207 zu der Tinte erreicht. In dieser Modifikation wurde die Lücke zwischen dem Fuß und dem Führungsloch 224 mit viskoelastischem Material abgedichtet, um das Auslecken von Tinte zurück in den Wandlerbereich zu vermeiden. Diese Modifikation ist jedoch für die vorliegende Erfindung nicht relevant und die beschriebenen Verfahren würden mit oder ohne Modifikation gleichermaßen gut arbeiten.
Aus einem nicht unter Druck befindlichen Reservoir 212 fließt Tinte in die Kammer 200 durch im Querschnitt beschränkte Einlaßmittel, die durch eine Öffnung 214 mit beschränktem Querschnitt geschaffen werden. Der Einlaß 214 weist eine Öffnung in einer Drosselplatte (siehe Fig. 3) auf. Wie in Fig. 2 gezeigt, weist das Reservoir 212, das in einer Kammerplatte 220 gebildet ist, eine schräge Kante 222 auf, die in den Einlaß 214 führt. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird das Reservoir 212 mit einer Speiseleitung 223 und eine Belüftungsleitung 225 versorgt. Das Reservoir 212 ist durch die Membran 210 nachgiebig, die mit der Tinte durch eine große Öffnung 227 in der Drosselplatte 260 in Verbindung steht, die an einen Bereich eines Einschnitts 229 in der Platte 226 angrenzt.
Ein Außenende jedes der Wandler 204 wird durch Zusammenwirkung des Fußes 207 mit einem Loch 224 in der Platte 226 geführt. Wie gezeigt, sind die Füße 207 gleitfähig innerhalb der Löcher 224 gehalten. Die anderen Außenenden der Wandler 204 sind jeweils nachgiebig in einem Block 228 mittels eines nachgiebigen oder elastischen Materials 230 befestigt, das sich in Schlitzen 232 (siehe Fig. 3) befindet, um so eine Lagerung für die anderen Außenenden der Wandler 204 zu schaffen. Elektrischer Kontakt mit den Wandlern 204 wird auch in einer nachgiebigen Art und Weise hergestellt mittels einer nachgiebigen gedruckten Schaltung 234, die elektrisch durch geeignete Mittel wie eine Lötung 236 an eine Elektrode 260 der Wandler 204 angeschlossen ist. Auf der gedruckten Schaltung 234 befinden sich Leiterbahnen 238.
Die Platte 226 (siehe Fig. 1 und 3) enthält am Boden eines Schlitzes 237 die Löcher 224, welche die Füße 207 der Wandler 204 wie zuvor erwähnt aufnehmen. Die Platte 226 enthält auch eine Vertiefung 239 für einen Heiz-Schichtung 240, die ein Heizelement 242 mit Windungen 244, eine Niederhalteplatte 246, eine Feder 248 in Verbindung mit der Platte 246 und eine Tragplatte 250, die sich unmittelbar unter dem Heizer 240 befindet, aufweist. Der Schlitz 253 dient zur Aufnahme eines Thermistors 252, der zur Steuerung der Temperatur des Heizelementes 242 verwendet wird. Der gesamte Heizer 240 wird innerhalb der Vertiefung in der Platte 226 durch eine Deckplatte 254 gehalten.
Wie in Fig. 3 gezeigt, werden die verschiedenen beschriebenen Komponenten des Tintenstrahlgerätes durch Schrauben 256 zusammengehalten, die sich aufwärts durch Öffnungen 257 erstrecken und durch Schrauben 258, die sich nach unten durch Öffnungen 259 erstrecken, wobei die letzteren zum Halten einer gedruckten Schaltungsplatine 234 an der Platte 228 dienen. Die gestrichelten Linien in Fig. 1 deuten Verbindungen 263 zu den gedruckten Schaltungen 238 auf der gedruckten Schaltungsplatine 234 an. Die Verbindungen 263 schließen eine Steuereinheit 261 an das Tintenstrahlgerät zur Steuerung von dessen Betrieb an.
Im herkömmlichen Betrieb des Tintenstrahlgerätes ist die Steuereinheit 261 so programmiert, zum richtigen Zeitpunkt über seine Verbindung zu den geduckten Schaltungen 238 eine Spannung an eine oder mehrere ausgewählte Elektroden 260 der Wandler 204 anzulegen. Die angelegte Spannung verursacht die Erzeugung eines elektrischen Feldes quer zur Längsachse der ausgewählten Wandler 204, was die Kontraktion der Wandler 204 entlang ihrer Längsachse bewirkt. Wenn sich ein bestimmter Wandler 204 so auf seine Anregung hin zusammenzieht, bewegt sich der unter dem Fuß 207 des Wandlers 204 liegende Bereich der Membran 210 in die Richtung des sich zusammenziehenden Wandlers 204, wodurch effektiv das Volumen der zugehörigen Kammer 200 vergrößert wird. Wenn sich das Volumen der bestimmten Kammer 200 so vergrößert, wird zunächst ein negativer Druck innerhalb der Kammer erzeugt, was bewirkt, daß sich die darin befindliche Tinte weg von der zugehörigen Öffnung 202 bewegt, während gleichzeitig zugelassen wird, daß Tinte aus dem Reservoir 212 durch die zugehörige Öffnung oder Einlaß 214 mit beschränktem Querschnitt in die Kammer 200 fließt. Die Menge an Tinte, die während des Widerauffüllens in die Kammer 200 fließt, ist größer als die Menge, die durch die Öffnung 214 mit beschränktem Querschnitt während des Feuerns abfließt. Die Zeit zwischen dem Wiederauffüllen und dem Feuern wird während des Betriebs des Strahlers nicht verändert, wodurch ein "Füllen vor Feuern"-Zyklus geschaffen wird. Die Steuereinheit 261 ist so programmiert, kurze Zeit später die Spannung oder das Betriebssignal von dem bestimmten oder den bestimmten der ausgewählten Wandler 204 fortzunehmen, wodurch eine schnelle Ausdehnung des Wandlers 204 oder der Wandler 204 entlang ihrer Längsachse verursacht wird, wodurch die Wandler 204 über das viskoelastische Material 208 und den Fuß 207 gegen den Auflagepunkt auf der Membran 210 unter ihnen stoßen, was ein schnelles Zusammenziehen oder eine schnelle Reduktion des Volumens der zugehörigen Kammer oder der zugehörigen Kammern 200 verursacht. Diese schnelle Reduktion des Volumens der zugehörigen Kammer 200 wiederum erzeugt einen Druckpuls oder eine positive Druckstörung innerhalb der Kammern 200, was den Ausstoß von Tintentropfen aus den zugehörigen Öffnungen 202 bewirkt. Es ist zu beachten, daß, wenn ein ausgewählter Wandler 204 so angeregt wird, er sich sowohl zusammenzieht oder sein Länge reduziert, als auch seine Dicke erhöht. Die Erhöhung der Dicke hat jedoch für das dargestellte Tintenstrahlgerät deshalb keine Folgen, weil die Änderungen in der Länge des Wandlers die Funktion eines einzelnen Tintenstrahlers des Feldes steuert. Es ist auch zu bemerken, daß mit der gegenwärtigen Technik der Anregung der Wandler zum Zusammenziehen entlang ihrer Längsachse eine beschleunigte Alterung der Wandler 204 vermieden wird und, in extremen Fällen, auch eine Depolarisierung vermieden wird.
In US-Patent Nr. 4 393 384 von Kyser wird die Verwendung der hier in Fig. 4 gezeigten zusammengesetzten Wellenform zum Dämpfen von unerwünschten Oszillationen beim Betreiben eines Tintenstrahlkopfes gelehrt. Wie dargestellt enthält die zusammengesetzte Wellenform von Kyser drei aufeinanderfolgende, pulsartige Wellenformen, aber diese Wellenformen sind nicht unabhängig voneinander und werden zur Erzeugung einer zusammengesetzten Wellenform mit analogen Eigenschaften kombiniert. Auch lehrt Kyser nicht die Verwendung einer Mehrzahl von Impulsen in einer zusammengesetzten Wellenform zum Betreiben eines Tintenstrahldruckkopfes, um jeweils aufeinanderfolgende Tintentropfen auszustoßen. Wie erwähnt, dient bei Kyser die Verwendung von mehr als einem Impuls in einer zusammengesetzten Wellenform zum Dämpfen unerwünschter Oszillationen.
Eine weitere "Method for Operating an Ink Jet Apparatus" ist in EP-A-0 115 181 offenbart, die auf die gleiche Inhaberin wie die vorliegende Erfindung zurückgeht. Eine typische Wellenform, die in einer Ausführung des darin offenbarten Verfahrens verwendet wird, ist hier in Fig. 5 gezeigt. Das Tintenstrahlgerät in den Fig. 1 bis 3 stößt einen Tintentropfen in Reaktion auf das Ende des Impulses 300 aus. Der zweite erscheinende Impuls 302 verursacht, daß der Tintentropfen früher von der Öffnung des zugehörigen Tintenstrahlkopfes abreißt als dies ohne den Impuls 302 der Fall wäre. Auf diese Weise wird durch Unterdrückung bestimmter Fehlermechanismen, die andernfalls den Betrieb des Druckkopfes insbesondere bei hohen Frequenzen und hohen Strahl- oder Tintentropfengeschwindigkeiten begrenzen würde, ein stabiler Betrieb des Strahlers erreicht. Eine verbesserte Zielgenauigkeit des Strahls resultiert aus einer hohen Strahlgeschwindigkeit 30 und demgemäß wird eine verbesserte Positionierung der Tintentropfen für Hochfrequenz-Tintenstrahldrucken erreicht.
In EP-A-0 115 180, die ebenfalls auf die gleiche Inhaberin wie die vorliegende Erfindung zurückgeht, wird zum "Operating an Ink Jet" eine Multi-Impulstechnik gelehrt. Fig. 6 zeigt eine typische, darin verwendete zusammengesetzte Wellenform. Die individuellen Impulse 304, 306 und 308 sind zum Betreiben des Tintenstrahlgerätes der Fig. 1 bis 3 aufgebaut, um drei aufeinanderfolgende Tintentropfen auszustoßen. Die Tropfen haben gleiche oder höhere oder niedrigere Geschwindigkeiten relativ zueinander, oder irgendeine Kombination davon, damit sie sich entweder im Flug oder beim Auftreffen auf ein Aufzeichnungsmedium vereinen. EP-A-0 115 180 lehrt nicht die Steuerung der Länge des Schwanzes eines vereinten Tintentropfens, bevor er auf das Aufzeichnungsmedium auftrifft, noch gibt sie irgendeinen Hinweis auf dieses Problem oder daß es wünschenswert ist, sicherzustellen, daß die letztlich vereinten Tintentropfen immer die gleiche vorgegebene Geschwindigkeit zur besseren Steuerung des Druckbetriebes haben.
In Fig. 7 ist die zusammengesetzte Wellenform gezeigt, die in GB-A-2157623 (veröffentlicht am 30.10.85) "Method for Selective Multi-cycle Resonant Operation of an Ink Jet Apparatus For Controlling Dot Size" (die auf die gleiche Inhaberin wie die vorliegende Erfindung zurückgeht). Die Erfinder der Erfindung dieser Anmeldung, William J. DeBonte and Stephen J. Liker, lehren das Betreiben eines Tintenstrahlgerätes der Fig. 1 bis 3, beispielsweise über die Anwendung eines Impulszuges 310, der eine Periodizität äquivalent zu der dominanten Resonanzfrequenz des Tintenstrahlgerätes hat. Jeder Impuls 310 des Impulszuges verursacht den Ausstoß eines Tintentropfens mit im wesentlichen vorhersagbarem Volumen. Eine gegebene Anzahl von aufeinanderfolgenden Impulsen 310 werden in jedem Druckzyklus auf das Tintenstrahlgerät angewendet, um den Ausstoß einer gleichen Anzahl von Tintentropfen zur Steuerung des Fettegrades des zu druckenden Punktes zu bewirken. DeBonte und Liker lehren nicht oder geben nicht einmal einen Hinweis auf die Steuerung der Schwanzlänge der zum Drucken verwendeten Tintentropfen noch lehren sie, daß durch Sicherstellen, daß sich die Tropfen im Flug zu einem "endgültigen Tropfen" vereinen, ein solcher "endgültiger Tropfen" mit vorgegebener Geschwindigkeit V erzeugt wird.
In Fig. 8 ist ein typischer Tintentropfen, der bei einer relativ hohen Geschwindigkeit oberhalb von 4,0 m pro Sekunde ausgestoßen ist, mit einem begleitenden Schwanz 314 mit erheblicher Länge gezeigt. Die Flugrichtung des Tropfens 312 ist durch den Pfeil 318 angezeigt. Auch kann ein Kopf 316 des Tropfens 312 unregelmäßig geformt sein. Solche Hochgeschwindigkeits-Tintentropfen können auch einen während des Fluges auseinanderreißenden Schwanz haben, der eine Folge von Satellitentintentropfen bildet, die hinter dem Haupttropfen herwandern. Ein solches Aufbrechen eines Tropfens 320 mit einem Haupttropfen 322, der von einer Aufeinanderfolge von Satellitentropfen 324, 326 und 328 gefolgt wird, die alle in Richtung des Pfeils 330 fliegen, ist in Fig. 9 gezeigt.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben gefunden, daß die Wellenform aus Fig. 10, wenn sie zum Betreiben eines Tintenstrahlgerätes oder Druckkopf es wie beispielsweise das aus den Fig. 1 bis 3 verwendet wird, die Probleme im Stand der Technik im wesentlichen überwindet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Impulsbreite T&sub1; des Impulses 332 geringer als die Impulsbreite T&sub3; des Impulses 334 und die Amplitude V&sub1; des Impulses 332 geringer als die Amplitude V&sub3; des Impulses 334 gemacht. Die Amplitude V&sub2; und die Impulsbreite T&sub5; des Impulses 336 können eingestellt werden, um die Form und die Geschwindigkeit des "endgültigen Tintentropfens" zu optimieren, wie beschrieben werden wird. Die Verzögerungszeiten T&sub2; und T&sub4; zwischen den Impulsen 332 und 334, bzw. 334 und 336, sind auch so bemessen, um den Betrieb des Tintenstrahlgerätes zu optimieren. T&sub1;, T&sub4; und T&sub5; können beispielsweise von der Größenordnung 10 Mikrosekunden sein, während T&sub2; 5 Mikrosekunden und T&sub3; 13 Mikrosekunden betragen kann. Die Amplituden V&sub1;, V&sub5; und V&sub3; und die Zeitperioden T&sub1; bis T&sub5; müssen offensichtlich relativ zueinander festgelegt werden, um einen gewünschten Betrieb eines bestimmten Tintenstrahlgerätes zu erreichen. Ähnlich können auch die Formen der Impulse 332, 334 und 336 beim Betrieb eines bestimmten Tintenstrahlgerätes verändert oder optimiert werden. In diesem Beispiel haben die Impulse 332, 334, 336 eine exponentielle Anstiegsflanke. Idealerweise soll die abfallende Flanke so nahe wie möglich bei einer Stufenfunktion liegen.
Wenn in diesem Beispiel die Wellenform aus Fig. 10 zum Betreiben des Tintenstrahlgerätes der Fig. 1 bis 3 verwendet wird, können die Tintentropfen 338, 340 und 342 mit aufeinanderfolgend jeweils höheren Geschwindigkeiten V&sub1;, V&sub2; und V&sub3; ausgestoßen werden. Die relativen Geschwindigkeiten zwischen den Tropfen 338, 340 und 342 sind so, daß sie sich im Flug vereinen, um einen endgültigen Tropfen 344 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit V&sub4; zu bilden, wie in Fig. 12 gezeigt. Es ist zu bemerken, daß der endgültige Tropfen 344 im wesentlichen eine sphärische Form aufweist, um den Druck eines im wesentlichen kreisförmigen Punktes auf ein Druckmedium zu erreichen. Es ist auch zu bemerken, daß der Schwanz 346, der den Tropfen 344 begleitet, von deutlich kurzer Länge ist und aufgebrochen werden kann. Obwohl der Mechanismus nicht vollständig verstanden ist, wird angenommen, daß die folgenden Tropfen 340 und 342 Satellitentropfen aufsammeln, während sie zu dem führenden oder zuerst ausgestoßenen Tropfen 338 auf schließen und sich damit vereinen, wodurch der endgültige Tropfen 344 gebildet wird. Es wurde auch beobachtet, daß der letzte begleitende Tropfen 342 begleitende oder langsamere Satelliten (ein zufällig aufgebrochener Schwanz) haben kann, die später den Schwanz 346 bilden und verursachen können, daß kleine Punkte, die dem bloßen Auge unsichtbar sind, auf einer Seite des durch den endgültigen Tropfen 344 auf dem Druckmedium gebildeten Punktes gedruckt werden.
Zusammenfassend kann eine Form der zusammengesetzten Wellenform aus Fig. 10 aufgebaut werden, um die Länge des Schwanzes des "endgültigen Tropfens" 344, der aus dem Tintenstrahl-Druckkopf oder -gerät ausgestoßen wurde, zu minimieren. Früher, im Stand der Technik, wurden kürzere Schwanzlängen typischerweise erreicht, indem die Ausstoßgeschwindigkeit der Tropfen reduziert wurde. Das hier beschriebene Betriebsverfahren vermeidet die Notwendigkeit, die Ausstoßgeschwindigkeit der Tropfen zu reduzieren, indem geeignete Werte der Impulsbreiten und der Zeiten zwischen den Impulsen 332, 334 und 336, wie beispielsweise aus Fig. 10, ausgewählt werden. Auf diese Weise wird nicht nur die Länge des Schwanzes des endgültigen Tropfens 344 verkürzt, sondern kann auch in Satellitentropfen aufgebrochen sein, die das Druckmedium in unzusammenhängender Weise erreichen, was Zufallspritzer auf dem Druckmedium verursacht, die für das bloße Auge unsichtbar sind. Die für die zusammengesetzte Wellenform in Fig. 10 gewählten Parameter, welche das höchste Maß an Inkohärenz beim Aufbrechen des Schwanzes 346 des endgültigen Tropfens 344 erreichen, müssen nicht notwendig die gleichen Parameter sein, die ein absolutes Minimum der Länge des Schwanzes erreichen. Optimale Werte für die Parameter, Impulsbreiten, Auszeiten und Amplituden, um eine gewünschte Druckqualität zu erreichen, können empirisch bestimmt werden und beinhalten oft einen Kompromiß. Die optimalen Werte würden im allgemeinen von den spezifischen Details des Aufbaus des Tintenstrahlwandlers und der Fluidabschnitte abhängen, aufgrund der verschiedenen Resonanzfrequenzen und der zugehörigen Dämpfungskoeffizienten.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat auch bemerkt, daß das hierin beschriebene Betriebsverfahren auch das Abstrahlen von relativ hochviskosen Tinten (typischerweise 10 bis 30 centipoise) bei mittleren bis hohen Druckgeschwindigkeiten (typischerweise bei Transportgeschwindigkeiten von 15,24 bis 25,4 m (6 bis 100 inch) pro Sekunde) und Tintentropfengeschwindigkeiten von 4 m pro Sekunde bis 20 m pro Sekunde erlaubt, zum Drucken mit einer Auflösung von bis zu 480 Punkten pro Inch.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Tintenstrahlkopfes mit einer zusammengesetzten Wellenform, welche unabhängige und aufeinanderfolgende erste, zweite und dritte elektrische Impulse (332, 334, 336) zum Ausstoßen eines ersten, zweiten und dritten Tintentropfens (338, 340, 342) aufeinanderfolgend mit jeweils höheren Geschwindigkeiten, wobei sich die Tropfen im Flug vereinen, um einen endgültigen Tintentropfen (344) zu bilden, der eine vorgegebene Geschwindigkeit V hat, wodurch Druck- und Tropfengeschwindigkeiten oberhalb von 4 Metern pro Sekunde ermöglicht sind, bei Transportgeschwindigkeiten des Tintenstrahlkopfes bis zu und oberhalb von 1,27 Meter pro Sekunde (50 Inch pro Sekunde) in Bezug auf das Druckmedium, welches mit dem endgültigen Tropfen bedruckt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

(1) Erzeugen eines ersten, zweiten und dritten elektrischen Impulses, so daß diese relativ zueinander geeignete Wellenformen, Impulsbreiten (T&sub1;, T&sub3;, T&sub5;), Amplituden (V&sub1;, V&sub2;, V&sub3;) und Auszeiten (T&sub2;, T&sub4;) dazwischen haben, um den Ausstoß des ersten, zweiten und dritten Tintentropfens aus dem Tintenstrahlkopf zu bewirken, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt:

(2) Erzeugen des ersten Impulses (332) in der Weise, daß dessen Impulsbreite (T&sub1;) und Amplitude (V&sub1;) jeweils kleiner sind als die Impulsbreite (T&sub3;) und die Amplitude (V&sub3;) des zweiten Impulses.

2. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter den folgenden Schritt aufweist:

(3) Einstellen der relativen Amplituden und Impulsbreiten (T&sub1;, T&sub3;, T&sub5;) zwischen den ersten bis dritten elektrischen Impulsen (332, 334, 336) und der Auszeiten (T&sub2;, T&sub4;) zwischen dem ersten und dem zweiten (332, 334) und dem zweiten und dem dritten (334, 336) elektrischen Impuls, um den Schwanz (346) des endgültigen Tintentropfens (344) auf eine minimale Länge zu reduzieren, wodurch der durch den Schwanz bewirkte schädliche Effekt auf die Druckqualität wesentlich vermindert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt aufweist:

(3) Einstellen der relativen Amplituden und Impulsbreiten (T&sub1;, T&sub3;, T&sub5;) zwischen den ersten bis dritten elektrischen Impulsen (332, 334, 336) und der Auszeiten (T&sub2;, T&sub4;) zwischen dem ersten und dem zweiten (332, 334) und dem zweiten und dem dritten (334, 336) elektrischen Impuls, um den Schwanz (346) des endgültigen Tintentropfens (344) in einen unzusammenhängenden Strom von kleinen Satellitentröpfchen aufzubrechen und dadurch die Druckqualität zu verbessern.

4. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin den Schritt aufweist:

(3) Einstellen der relativen Amplituden, Impulsbreiten (T&sub1;, T&sub3;, T&sub5;) und Auszeiten (T&sub2;, T&sub4;) zwischen den ersten bis dritten elektrischen Impulsen (332, 334, 336), um sowohl die Länge des Schwanzes (346) des endgültigen Tintentropfens (344) zu verkürzen als auch den verkürzten Schwanz (346) in einen unzusammenhängenden Strom von kleinen Satellitentröpfchen aufzubrechen und dadurch die Druckqualität zu verbessern.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches weiter den Schritt aufweist, den ersten, zweiten und dritten elektrischen Impuls (332, 334, 336) jeweils mit einer exponentiellen Vorderflanke und einer stufenartigen Rückflanke zu formen.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren weiterhin die Schritte aufweist:

Formen des ersten elektrischen Impulses (332) in der Weise, daß er eine exponentielle Vorderflanke und eine stufenartige Rückflanke erhält; und Auswählen der Auszeiten (T&sub2;, T&sub4;) zwischen dem ersten und dem zweiten Impuls (332, 334) und zwischen dem zweiten und dem dritten Impuls (334, 336) relativ zu den Impulsbreiten (T&sub1;, T&sub3;, T&sub5;) in der Weise, daß sich drei Tropfen vereinigen, um jeweils den Tropfen zu bilden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnete, daß die Auszeiten (T&sub2;, T&sub4;) zwischen dem ersten und dem zweiten Impuls (332, 334) und dem zweiten und dem dritten Impuls (334, 336) ungleich sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude und die Impulsbreite (T&sub3;) des zweiten Impulses größer als die entsprechenden Parameter (T&sub1;, T&sub5;) des ersten und des dritten Impulses sind.