DE69736253T2

DE69736253T2 - Betrieb einer Tröpfchen-Niederschlagvorrichtung

Info

Publication number: DE69736253T2
Application number: DE69736253T
Authority: DE
Inventors: Robert Mark Saffron Walden Pulman; Stephen Temple; Laura Ann Swavesey Webb
Original assignee: Xaar Technology Ltd
Current assignee: Xaar Technology Ltd
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: JP3418185B2; DE69736253D1; US6629740B2; US6568779B1; WO1997035167A2; EP1213145B1; GB9605547D0; DE69715046T2; DE69715046D1; RU2184038C2; CN1214011A; CN1153669C; EP1213145A2; JPH11511410A; JP2002019114A; KR20000064722A; WO1997035167A3; US20020140752A1; KR100482792B1; EP0960026B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Betreiben von Tröpfchenniederschlagsvorrichtungen, insbesondere auf Tintenstrahldruckköpfe, die eine Kammer umfassen, die mit einer Tröpfchenflüssigkeit versorgt wird und mit einer Düse zum Ausstoß von Tröpfchen daraus in Verbindung steht; und Mittel, die mit Hilfe von elektrischen Signalen betätigbar sind, um das Volumen der Kammer zu variieren, und zwar mittels einer Volumenänderung, die ausreicht, um den Ausstoß eines Tröpfchens entsprechend von Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten zu bewirken.
Eine Vorrichtung von dieser Art ist aus dem Stand der Technik gut bekannt. EP-A-0 364 136 zeigt einen Druckkopf, der mit einer Anzahl von Tintenkanälen ausgebildet ist, die auf beiden Seiten von piezoelektrischen Seitenwänden begrenzt sind, die sich in der Richtung eines elektrischen Feldes verbiegen, das mit Hilfe von Elektroden an die Wandoberflächen angelegt wird, um so das Volumen des Tintenkanals zu verringern und ein Tröpfchen von einer zugeordneten Düse auszustoßen.
Anders als bei "thermischen" Druckköpfen, wo jeder Tintenkanal mit einer Heizeinrichtung versehen ist, die betätigt werden kann, um so eine Dampfblase zu erzeugen, die Tinte aus dem Kanal über eine zugeordnete Düse austreibt, besteht bei Druckköpfen mit einer "Kammer mit variablem Volumen" von der vorstehend beschriebenen Art keine Notwendigkeit, die Tinte in dem Kanal zu erwärmen.
Die vorliegenden Erfinder haben jedoch entdeckt, dass eine Erwärmung von Tinte in den Kammern eines Druckkopfs mit einer "Kammer mit variablem Volumen" stattfinden kann, insbesondere wenn dieser mit hoher Frequenz betrieben wird.
Die 1 der beigefügten Zeichnungen ist eine Kurve der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit U, aufgetragen gegen die Amplitude V des elektrischen Signals, das an die piezoelektrischen Seitenwände eines Kanals in einem Druckkopf angelegt wird, der von der in der vorgenannten EP-A-0 364 136 gezeigten Art ist. Die Kurve A entspricht einer Tröpfchenausstoßrate von einem Tropfen pro Tröpfchenausstoßintervall, wobei jedes Tröpfchenausstoßintervall 0,25 Millisekunden andauert, während die Kurve B einer Tröpfchenausstoßrate von einem Tropfen pro 66 Tröpfchenausstoßintervallen entspricht. Man wird sehen, dass für eine vorgegebene Amplitude V des elektrischen Signals ein deutlich schnelleres Tröpfchen von dem Druckkopf ausgestoßen werden wird, wenn man mit einer höheren Ausstoßfrequenz als bei der niedrigen Ausstoßfrequenz arbeitet. Eine solche Geschwindigkeitserhöhung kann einer Abnahme an viskosen Verlusten während des Tröpfchenausstoßprozesses auf Grund einer Abnahme in der Viskosität der Tinte zugeschrieben werden. Diese ist ihrerseits das Ergebnis einer Erhöhung der Temperatur der Tinte zwischen den zwei Betriebszuständen A und B, die durch die Erwärmung der Tinte in dem Kanal hervorgerufen wird, was, so wird geglaubt, an Ineffizienzen in dem Druckkopf liegt.
Man wird erkennen, dass die Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit berücksichtigt werden muss, wenn man den Tröpfchenausstoß aus dem Druckkopf mit der Geschwindigkeit des Substrats relativ zu dem Druckkopf synchronisiert, und dass jegliche Änderung in der Geschwindigkeit sich ihrerseits als Tröpfchenversatzfehler in dem endgültigen Ausdruck manifestieren wird. Beispielsweise wird die Tröpfchenversatztoleranz häufig als ein Viertel eines Tröpfchenabstandes spezifiziert. Somit wird die Tropfenversatztoleranz für eine Druckmatrixdichte von 360 Dots bzw. Punkten pro Inch ΔX = 18 μm betragen. Die Änderung der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit ΔU steht mit der Tropfenversatztoleranz über die Formel ΔU = Ud 2·ΔX/h·Uh in Beziehung, wobei h die Flugbahnlänge (typischerweise 1,0 mm), Uh die Druckkopfgeschwindigkeit relativ zu dem Drucksubstrat (typischerweise 0,7 ms^–1) und Ud die mittlere Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit ist.
Für mittlere Tröpfchenausstoßgeschwindigkeiten von 5,10 und 15 ms^–1 beträgt die maximal akzeptable Änderung der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit 0,65, 2,6 bzw. 5,8 ms^–1. Somit gibt es eine deutlich größere zulässige Toleranz in der Tropfengeschwindigkeit, wenn die mittlere Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit einen Wert oberhalb von 5 ms^–1 annimmt.
Andererseits gibt es eine maximale Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit ("Schwellenwertgeschwindigkeit"), U_thr, die dem Beginn einer kapillaren Instabilität entspricht. Bei Druckern mit variablem Volumen (piezoelektrischen Druckern) haben die Erfinder herausgefunden, dass U_thr für gewöhnlich in dem Bereich 12–15 ms^–1 liegt, wenn ein kontinuierlicher Tröpfchenausstoß mit hoher Frequenz aufrechterhalten wird, obwohl höhere Tröpfchenausstoßgeschwindigkeiten während kurzer Ausbrüche einer Tropfenbildung erzielt werden können.
Man wird auch erkennen, dass die Frequenz, mit der eine spezielle Kammer in einem Druckkopf betätigt wird, von den einlaufenden Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten abhängen wird (die durch das auszudruckende Bild bestimmt sein werden und für gewöhnlich von hoch bis niedrig variieren). Somit werden in einem Druckkopf, der eine Kammer aufweist, die entsprechend der 1 und mit einer vorgegebenen Amplitude – beispielsweise 35 – des elektrischen Signals V betrieben wird, die Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten, die bewirken, dass die Kammer Tröpfchen ausstößt, häufig (äquivalent zur Kurve A) in einer Tröpfchengeschwindigkeit von 15 m/s resultieren, während nachfolgende Eingangsdaten nur bewirken können, dass die Kammer Tröpfchen mit einer niedrigeren Frequenz (äquivalent zur Kurve B) ausstößt und folglich mit einer stark verringerten Geschwindigkeit von 2 m/s. Eine so große (750%) Änderung in der Ausstoßgeschwindigkeit wird eindeutig zu Ungenauigkeiten in dem Versatz der Tröpfchen führen und zu einer Verringerung in der Qualität des ausgedruckten Bildes. Solch ein Fehler kann für jede Kammer in einem Vielkammerdruckkopf auftreten. Das Ausmaß der Differenz zwischen diesen zwei Bedingungen erhöht sich mit der Tintenviskosität und auch mit der Betriebsfrequenz, was die Kontrolle dieses Effektes bei Hochgeschwindigkeitsdruckern besonders wichtig macht.
Es wird auch aus der 1 ersichtlich sein, dass es einen schmalen Bereich der Betätigungs- bzw. Aktivierungssignalform – bezeichnet mit W – der Amplitude V gibt, über den ein Tröpfchenausstoß sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Frequenzen garantiert werden kann. Dies verhindert seinerseits die Flexibilität im Betrieb des Druckkopfes.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden diese Probleme zumindest bei den bevorzugten Ausführungsformen gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Tröpfchen-Niederschlagvorrichtung bzw. Tröpfchenaufbringvorrichtung gemäß Anspruch 1, durch eine Signalverarbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 36 und durch eine Tröpfchen-Aufbringungsvorrichtung bzw. Tröpfchen-Ablagerungsvorrichtung gemäß Anspruch 37.
Ein solches Verfahren kann Geschwindigkeitsschwankungen zwischen freigegebenen Kanälen aufgrund von Schwankungen der Tintenviskosität vermeiden, welche wiederum Temperaturschwankungen zuordenbar sind, welche durch Differenz-Betätigungsraten verursacht werden. Differenz-Betätigungsraten sind natürlich ein Ergebnis von Unterschieden der Tröpfchen-Ausstoß-Eingabedaten zwischen frei geschalteten Kanälen.
Wiederum können durch eine Verringerung der Schwankung der Temperatur der Tröpfchenflüssigkeit zwischen der ersten und der zweiten Kammer viskositätsbezogene Tröpfchenausstoß-Geschwindigkeitsdifferenzen verringert werden.
Dies ermöglicht, dass kurze Potentialimpulse erzeugt werden unter der Verwendung von Spannungs-Signalverläufen, welche von längerer Dauer sind und demzufolge einfacher zu erzeugen sind, und keine komplexe und teure Schaltung benötigen. Solche kurzen Impulse sind von besonderer Verwendung bzw. Nutzen, wenn die anderen Aspekte der oben beschriebenen Erfindung implementiert werden, während sie allgemein bei einem Druckkopf-Betrieb anwendbar sind.
Das neue Prinzip der selektiven elektrischen Erhitzung der nicht-Feuer (Tröpfchen ausstoßenden) Kammern in einer Tröpfchenablagerungs- oder Tröpfchenaufbring-Vorrichtung, um die Temperaturschwankungen zwischen dem Fluid in den verschiedenen Kammern zu verringern, ist anwendbar bei einer jeden solchen Vorrichtung unabhängig von dem Mechanismus, durch welchen die Kammern gefeuert oder angesteuert werden.
Ein solches Verfahren bei den bevorzugten Ausführungsformen kann eine verfeinerte Steuerung der Temperatur der Tröpfchenablagerungsflüssigkeit ermöglichen.
Bevorzugte Merkmale und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen und in der nun folgenden Beschreibung niedergelegt.
Die Erfindung wird nun in beispielhafter Weise nur unter Bezug auf den Rest der beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, worin:
2 eine perspektivische Explosionsansicht einer Ausführungsform eines Tintenstrahldruckkopfes darstellt, der piezoelektrische Wandaktuatoren enthält, die in einem Schermodus betrieben werden, und der eine Druckkopfbasis, eine Abdeckung und eine Düsenplatte umfasst;
3 den Druckkopf gemäß der 2 in einer Perspektive nach dem Zusammenbau darstellt;
4 eine Treiberschaltung darstellt, die über Verbindungsbahnen mit dem Druckkopf verbunden ist, an den eine Treiberspannungssignalform, Zeitsteuersignale und Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten zur Auswahl von Tintenkanälen angelegt werden, so dass beim Anlegen der Signalform Tröpfchen aus den ausgewählten Kanälen ausgestoßen werden;
5(a) und (b) Signalformen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
6 die Antwort eines piezoelektrischen Aktuators auf eine stufenförmige Eingangsspannung darstellt;
7 die Änderung der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit U von der Amplitude V eines elektrischen Signals darstellt, das angelegt wird, um ein Tröpfchen aus einem Druckkopf auszustoßen, der gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wird;
8 die Beziehung zwischen der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit U und der Amplitude eines Betätigungsimpulses für einen typischen Druckkopf von der in den 2 bis 4 gezeigten Art zeigt;
9 eine Ausführungsform einer keine Tröpfchen ausstoßenden Betätigungssignalform gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
10 eine weitere Ausführungsform einer keine Tröpfchen ausstoßenden Betätigungssignalform ist;
11 die Betätigungssignalformen zeigt, die an sechs benachbarte Kanäle angelegt werden, die in einem "Vielzyklus"-Modus gemäß der vorliegenden Erfindung angelegt werden;
12 bis 15 alternative Ausführungsformen einer Betätigungssignalform zeigen, die an einen nicht ausstoßenden/aktivierten Kanal (e) und dessen Nachbarn anzulegen sind, gemeinsam mit der resultierenden Potenzialdifferenz bzw. Spannungsdifferenz über die Wände, die den Kanal (e) begrenzen;
16 die Betätigungsspannungssignalformen darstellt, die an vier benachbarte Kanäle in einem Druckkopf mit "gemeinsam genutzter Wand" (shared-wall) angelegt werden, wenn dieser gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung betrieben wird;
17 einen konventionellen Graustufenbetrieb in drei Kanälen darstellt;
18 dem Betrieb gemäß der 17 entspricht, wenn die vorliegende Erfindung eingeschlossen ist;
19 die Betätigungsspannungssignalformen darstellt, die an vier benachbarte Kanäle angelegt werden, wenn diese gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrieben werden;
20 die Potenzial- bzw. Spannungsdifferenzen darstellt, die über die Wände von aktivierten Kanälen erzeugt werden, wenn diese durch die Signalformen gemäß der 19 betätigt werden;
21 und 22 den linken Abschnitten der 19 und 20 entsprechen, wenn ein erster Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird; und
23 und 24 eine alternative Ausführungsform der Betriebsart, die in 19 und 20 gezeigt ist, darstellen.
Die 2 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung eines typischen Tintenstrahldruckkopfes 8, der piezoelektrische Wandaktuatoren enthält, die in einem Schermodus arbeiten. Dieser umfasst eine Basis 10 aus piezoelektrischem Material, die auf einer Schaltungskarte 12 angebracht ist, von der nur ein Teil, der Verbindungsbahnen 14 zeigt, dargestellt ist. Eine Abdeckung 16, die während des Zusammenbaus mit der Basis 10 verbunden wird, ist oberhalb ihrer Position nach dem Zusammenbau gezeigt. Eine Düsenplatte 17 ist ebenfalls in der Nähe der Druckkopfbasis gezeigt.
Eine Mehrzahl von parallelen Vertiefungen bzw. Rillen 18 sind in der Basis 10 ausgebildet, die sich in die Schicht aus piezoelektrischem Material hinein erstrecken. Die Vertiefungen sind so ausgebildet, wie dies beispielsweise in der vorgenannten EP-A-0 364 136 beschrieben ist, und umfassen einen vorderen Teil, wo die Vertiefungen vergleichsweise tief sind, um Tintenkanäle 20 bereitzustellen, die durch sich gegenüber liegende Aktuatorwände 22 voneinander getrennt sind. Die Vertiefungen in dem hinteren Teil sind vergleichsweise flach, um Orte für Verbindungsbahnen bereitzustellen. Nach der Bildung der Vertiefungen 18 wird ein metallisierter Überzug in dem vorderen Teil abgeschieden, um Elektroden 26 auf den sich gegenüber liegenden Wänden der Tintenkanäle 20 bereitzustellen, wo diese sich etwa über die Hälfte der Kanalhöhe von den Oberseiten der Wände erstrecken, und wird dieser in dem hinteren Teil abgeschieden, um Verbindungsbahnen 24 bereitzustellen, die mit den Elektroden in jedem Kanal 20 verbunden sind. Die oberen Enden der Wände werden von dem Überzugmetall freigehalten, so dass die Bahn 24 und die Elektroden 26 isolierte Betätigungselektroden für jeden Kanal bilden. Die Basis 10 kann danach mit einer passivierenden Schicht zur elektrischen Isolation der Elektrodenabschnitt von der Tinte überzogen werden.
Anschließend wird die Basis 10, wie in der 2 gezeigt, auf der Schaltungskarte 12 angebracht und gebondete Drahtverbindungen werden bewerkstelligt, die die Verbindungsbahnen 24 auf der Basis 10 mit den Verbindungsbahnen 14 auf der Schaltungskarte 12 verbinden.
Der Tintenstrahldruckkopf 8 ist in der 3 nach seinem Zusammenbau dargestellt. In dem zusammengesetzten Druckkopf wird die Abdeckung 16 durch Bonden an den oberen Enden der Betätigungswände 22 befestigt, um so eine Mehrzahl von geschlossenen Kanälen 20 auszubilden, die an einem Ende Zugriff zu dem Fenster 27 in der Abdeckung 16 haben, die für eine Verzweigung bzw. einen Anschluss 28 für die Zufuhr von frischer Tinte sorgt. Die Düsenplatte 17 wird durch Bonden an dem anderen Ende der Tintenkanäle angebracht. Die Düsen 30 werden durch UV-Exzimer-Laser-Ablation an Stellen in der Düsenplatte ausgebildet, die jedem Kanal entsprechen.
Der Druckkopf wird dadurch betrieben, dass Tinte von einer Tintenkartusche über die Tintenverzweigung 28 zugeführt wird, von wo aus diese in die Tintenkanäle zu den Düsen 30 gezogen wird. Die Treiberschaltung 32, die mit dem Druckkopf verbunden ist, ist in der 4 dargestellt. In einer Ausführungsform stellt diese eine externe Schaltung dar, die mit den Verbindungsbahnen 14 verbunden ist. In einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann ein integrierter Schaltkreischip auf den Druckkopf montiert wird. Die Treiberschaltung 32 wird durch Anlegen (über eine Datenverbindung 34) von Eingangsdaten 35 betrieben, die Worte in jeder Druckzeile definieren, wo ein Druckvorgang – das heißt ein Tröpfchenausstoß – erfolgen soll, wenn der Druckkopf über eine Druckoberfläche 36 gerastert wird.
Außerdem wird ein Spannungssignalformsignal 38 zur Kanalbetätigung über die Signalverarbeitung 37 angelegt. Schließlich wird über eine Zeitsteuerverbindung 44 ein Taktimpuls 42 angelegt.
Wie beispielsweise aus der EP-A-0 277 703 bekannt ist, wird ein geeignetes Anlegen von Spannungssignalformen an die Elektroden zu beiden Seiten einer Kanalwand in einer Potenzial- bzw. Spannungsdifferenz resultieren, die über die Wand aufgebaut wird, die ihrerseits bewirken wird, dass das polarisierte piezoelektrische Material der Kanalwände sich in einem Schermodus verformt und dass sich die Wand quer relativ zu dem jeweiligen Kanal verbiegt. Eine Wand oder beide Wände, die einen Tintenkanal begrenzen, können somit verbogen bzw. verformt werden – wobei eine Bewegung in den Kanal hinein das Kanalvolumen verringert und eine Bewegung aus dem Kanal heraus das Kanalvolumen erhöht -, um so Druckwellen in der Tinte entlang der geschlossenen Länge von jedem Kanal zu etablieren, was auch als die "aktive Länge" des Kanals bekannt ist und in der 2 durch "AL" bezeichnet ist. Die Druckwellen bewirken, dass ein Tintentröpfchen aus der Düse ausgetrieben wird.
Es sei angemerkt, dass es bei Konstruktionen von dem in den 2 bis 4 gezeigten Typ für gewöhnlich zweckmäßig ist, dass Verbindungen zwischen den Wandelektroden intern hergestellt werden, um eine Elektrode pro Kanal bereitzustellen: wenn ein Spannungssignalformsignal an die Elektrode, die einem Kanal entspricht, angelegt wird und eine Datenwertspannungssignalform an die Elektroden der benachbarten Kanäle (die beide von der Treiberschaltung 32 in Antwort auf Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten gesteuert werden) angelegt wird, bewirken dann die resultierenden Potenzial- bzw. Spannungsdifferenzen über die Wände, angrenzend an den Kanal, Verschiebungen von jeder Wand, die bewirken, dass sich das Volumen und der Druck in der Tinte in jedem Kanal entweder erhöht oder verringert. Unabhängig davon, ob die Verbindungen des Druckkopfs intern oder extern bewerkstelligt werden, ist es dann zweckmäßig, die Betätigungssignalform so zu beschreiben, als wenn diese "an einen ausgewählten Kanal" angelegt wird. In den Darstellungen der Signalform in den nun folgenden Figuren würde ein positives Signal darin resultieren, dass die Wände, die einen Kanal begrenzen, sich nach außen weg von dem Kanal bewegen, das heißt eine Volumenerhöhung des Kanals bewirken.
De 5 zeigt Betätigungssignalformen zum Betreiben eines Tintenstrahldruckkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung. Die 5(a) zeigt eine Spannungssignalform von dem Typ "Ziehen – Freigeben – Verstärken": Der Teil 50 des Signals bewirkt eine anfängliche Volumenvergrößerung des Kanals während eines Intervalls von etwa AL/c (wobei AL die aktive Länge des Kanals darstellt, c die Geschwindigkeit von Druckwellen in der Tinte darstellt und 2AL/c das Oszillationsintervall von Druckwellen in der Tinte in dem Kanal darstellt), wobei der anschließende Teil 55 das Volumen des Kanals während eines Intervalls von etwa 2AL/c verringert, um ein Tröpfchen aus der Düse auszustoßen. Signalformen von dieser Art sind bereits in WO95/25011 diskutiert worden. Nach Beendigung eines Tröpfchenausstoßintervalls L, dessen Länge durch eine Anzahl von Faktoren vorgegeben ist, die die Zeit, die es benötigt, bis sich Druckwellen in der Kammer abgebaut haben, einschließen, wobei die Betätigungssignalform wiederum angelegt werden kann, um den Ausstoß eines anderen Tröpfchens zu bewirken.
Für Druckköpfe von der vorstehend beschriebenen Art glaubt man, dass eine signifikante Ursache für die Erwärmung der Tinte die Übertragung von Wärme auf die Tinte darstellt, die durch eine Hysterese in dem piezoelektrischen Material hervorgerufen wird, wenn dieses stufenförmigen Änderungen in der angelegten Potenzialdifferenz ausgesetzt wird. Druckdaten erfordern ein häufiges Feuern bzw. Betätigen eines Kanals, was in einer großen Anzahl von Hysteresezyklen in den jeweiligen Aktuatoren resultieren wird, was in der Erzeugung von beträchtlichen Wärmemengen resultiert, wovon ein großer Teil auf die Tinte Übertragen werden wird, was deren Temperatur erhöht und deren Geschwindigkeit verringert. Im Gegensatz dazu wird es in denjenigen Kanälen, die – während der einlaufenden Druckdaten – weniger häufig gefeuert bzw. betätigt werden, eine geringere Wärmeerzeugung, eine geringere Erwärmung der Tinte und deshalb eine geringere Verringerung der Tintenviskosität geben. Wärme wird natürlich aus dem Kanal durch die Tropfen, die ausgestoßen werden, abgeführt, und zwar verlieren häufig betätigte Kanäle eine größere Wärmemenge als weniger häufig betätigte Kanäle. Wärme wird auch von dem Druckkopf als Ganzem auf Grund von Konvektion und Wärmestrahlung verloren gehen. Trotzdem hat man herausgefunden, dass der Netto-Energieeintrag in häufig betätigten Kanälen größer ist als in weniger häufig betätigten Kanälen, was zu einer Änderung in der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit zwischen Kanälen führt, die sich ihrerseits als Tröpfchenversatzfehler auf der ausgedruckten Seite manifestieren kann.
Eine Lösung für dieses Problem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet das Anlegen einer ersten Tröpfchenausstoßbetätigungssignalform – die aus dem Stand der Technik für sich gesehen bekannt sein mag – an den ausgewählten Kanal, wenn dies erforderlich ist, um diesen entsprechend den Druckdaten zu feuern bzw. zu betätigen, und das Anlegen einer zweiten Signalform an den Kanal, wenn dies erforderlich ist, um von den Druckdaten nicht gefeuert bzw. betätigt zu werden, wobei eine oder beide der Signalformen so gewählt ist, dass die Temperaturänderung des Tröpfchenfluids in der Kammer, wenn diese von der ersten Tröpfchenausstoßbetätigungssignalform betätigt wird, im Wesentlichen gleich der Temperaturänderung des Tröpfchenfluids in der genannten Kammer ist, wenn diese von der zweiten Tröpfchenausstoßbetätigungssignalform betätigt wird.
Ein Beispiel für eine Tröpfchenausstoßsignalform ist in der 5(a) dargestellt. Ein Beispiel einer entsprechenden kein Tröpfchen ausstoßenden Signalform ist in der 5(b) gezeigt und umfasst eine Anzahl n von quadratischen Signalimpulsen mit einer Amplitude A und einer Zeitdauer d, die über dasselbe Tröpfchenausstoßintervall der Dauer L wie die Tröpfchenausstoßsignalform verteilt ist. Eine Kombination aus A, d und n wird so gewählt, dass (a) eine Änderung in der Temperatur des Tröpfchenfluids im Wesentlichen gleich derjenigen ist, die von der Tröpfchenausstoßsignalform hervorgerufen wird, und dass (b) kein Tröpfchenausstoß hervorgerufen wird.
Eine Signalform, die den Bedingungen (a) und (b) genügt, kann durch einfaches Ausprobieren eingerichtet werden, wobei die Parameter A, d und n solange verändert werden, bis eine einheitliche Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit (und Tintentemperatur) unabhängig von der Dichte der feuernden bzw. betätigenden Signale, die an die Kammer und das Betätigungsmittel angelegt werden, erzielt wird.
Die 7 stellt die Verbesserung in der Leistungsfähigkeit dar, die gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt wird. Die Kurve A ist von der 1 übernommen und zeigt die Änderung der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit U mit der Amplitude V der Betätigungssignalform für einen Druckkopf von der in den 2 bis 4 gezeigten Art, der mit der Signalform gemäß der 5(a) betrieben wird und mit einer Tröpfchenausstoßfrequenz von einem Tropfen je Tröpfchenausstoßintervall (0,25 Millisekunden). Die Kurve B' ist die entsprechende Kennlinie für den Druckkopf, der bei einer Tröpfchenausstoßfrequenz von einem Tropfen pro 66 Tröpfchenausstoßintervallen betrieben wird, der jedoch mit einer nicht ausstoßenden Signalform von der in der 5(b) gezeigten Art für jedes der 65 dazwischen liegenden Tröpfchenausstoßintervalle betrieben wird.
Die zwei Kennlinien A und B' sind im Wesentlichen dieselben, was anzeigt, dass die Temperatur der Tinte in dem Kanal in beiden Fällen dieselbe ist. Es wird folglich eine zu vernachlässigende Änderung in der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Tröpfchenausstoßfrequenz geben, das heißt von den Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten. Es wird auch klar sein, dass ein Tröpfchenausstoß sowohl bei hohen als auch niedrigen Frequenzen praktisch über den gesamten Bereich von Amplituden V der Betätigungssignalform möglich ist, was die Flexibilität des Betriebs des Druckkopfs erhöht.
Alternativ können ungefähre Werte für die Parameter auf Grund einer Betrachtung des piezoelektrischen Aktuators seinerseits erhalten werden. Wie vorstehend erklärt worden ist, resultiert das Anlegen einer Spannung "an einen ausgewählten Kanal" zusammen mit dem Anlegen von Spannungen an benachbarte Kanäle in Änderungen in der Potenzial- bzw. Spannungsdifferenz über jede der Wände, die den ausgewählten Kanal begrenzen. Jede Potenzialdifferenzänderung induziert einen Stromfluss, der seinerseits durch die resistiven und kapazitiven Eigenschaften der Kanalwand und der Treiberschaltung festgelegt ist. Die Elektroden auf jeder Seite einer Wand aus piezoelektrischem Material bilden eine Kapazität C, während die Elektroden ihrerseits einen Widerstand R aufweisen. Ein Verlustwinkel tanδ ist ebenfalls der Kapazität C zugeordnet, während C tanδ – der als nichtlinearer Parallelwiderstand angesehen werden kann – einen Hystereseverlust in dem PZT in Antwort auf Änderungen in der Potenzialdifferenz zwischen den Wandelektroden repräsentiert. Ein weiterer Widerstand, der für gewöhnlich auch nichtlinear ist, ist der Treiberschaltung zugeordnet. Gemeinsam können diese als ein zusammengesetztes R-C-Netzwerk behandelt werden (obwohl ein verteiltes R-C-L-Netzwerk ein genaueres Modell darstellen könnte) und der Stromfluss in Antwort auf eine Potenzialdifferenzänderung kann unter Verwendung von etablierten elektrotechnischen Prinzipien berechnet werden. Dies ist nicht nur der Fall für einen Druckkopf von der in den 2 bis 4 gezeigten Art mit piezoelektrischen Aktuatoren im Allgemeinen, sondern auch für viele andere Arten von Aktuatoren.
Wenn der Aktuator beispielsweise einer stufenförmigen Änderung in der Potenzialdifferenz ausgesetzt wird, wie durch die gestrichelte Linie V in der 6 angedeutet, wird ein Strom in der Schaltung, die dem Aktuator zugeordnet ist, in exponentiell abfallender Weise fließen (Linie i in der 6), und zwar mit der Anfangsamplitude I₀ des induzierten Stroms, die proportional zu der Amplitude V₀ der Spannungsstufe ist und wobei die Zeitkonstante des Abfalls durch die RC-Zeitkonstante der Schaltung vorgegeben ist. Die Verlustenergie wird proportional zu dem Integral der zweiten Potenz des Stromflusses ein, für die man zeigen kann, dass diese gleich einem Ohmschen Verlust von 0,5 (CV₀ ²) ist, der in den resistiven Elementen der Schaltung auftritt. Außerdem wird ein Hystereseverlust von 0,25 π (CV₀ ²) tanδ pro stufenförmiger Änderung erzeugt, wobei tanδ einen Wert annimmt, der dem elektrischen Feld in der piezoelektrischen Wand entspricht. Deshalb wird eine Verdoppelung von V₀ in einer Vervierfachung der Fläche unter der Kurve i resultieren, was einer Vervierfachung der Verlustenergie entspricht, und, falls beispielsweise die Amplitude einer Spannungsstufe in einer keinen Tropfen ausstoßenden Betätigungssignalform halb so groß ist wie eine äquivalente Stufe einer einen Tropfen ausstoßenden Betätigungssignalform, würde die von der Erstgenannten verbrauchte Energie ein Viertel von derjenigen der Letztgenannten sein. Folglich wären vier Stufen in der keinen Tropfen ausstoßenden Betätigungssignalform erforderlich, um denselben Wärmeverlust wie bei der einen Tropfen ausstoßenden Betätigungssignalform zu erzielen.
In der Praxis wird weniger Energie erforderlich sein, weil eine gewisse Wärme von dem Kanal durch den ausgestoßenen Tropfen während einer Betätigung abgegeben wird, während kein solcher Verlust während den nicht ausstoßenden Impulsen auftritt. Für Aktuatoren der vorstehend beschriebenen Art hat man herausgefunden, dass über die Hälfte (etwa 60%) des Wärmeverlusts aus einem Kanal durch Wärmeleitung durch den Körper des Druckkopfs erfolgt, während der Rest (etwa 40%) durch den Tröpfchenausstoß verloren geht. Somit braucht in einem nicht ausstoßenden Kanal das elektrische Signal nur einen ausreichenden Hystereseverlust zu erzeugen, um den Energieverlust durch den Körper des Druckkörpers auszugleichen.
Man wird erkennen, dass Signalformen wie diejenigen, die in der 5(a) gezeigt sind, eine Anzahl von Spannungsstufen (oder "Flanken") umfassen, von denen jede einen Stromfluss und einen Energieverlust induzieren wird. Sämtliche solche Schritte müssen bei der Berechnung der Bedingung (a) berücksichtigt werden. Man wird verstehen, dass die quadratische Beziehung zwischen der Verlustenergie und der Amplitude der Spannungsstufe dann nicht gilt, wenn der Stromfluss nicht vollständig zwischen aufeinander folgenden Spannungsstufen abfällt. In der Tat ermöglicht eine Steuerung der Zeit, die zwischen aufeinander folgenden Stufen verstreicht, in einer solchen Situation eine genaue Steuerung der Größe des Energieverlustes. In solchen Situationen wird der Leistungsfluss mit Hilfe von anderen Verfahren berechnet werden müssen, was wohl bekannt ist.
Was die Bedingung (b) betrifft, kann der Schwellenwert für die Impulsamplitude Vt, unterhalb von der kein Tröpfchenausstoß auftreten wird, empirisch für jeden speziellen Druckkopfentwurf bestimmt werden. Die 8 stellt die Beziehung zwischen der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit U und der Spannungsamplitude des Betätigungsimpulses für einen typischen Druckkopf von dem in den 2 bis 4 gezeigten Typ dar.
Die 9 zeigt eine zweite Form einer nicht feuernden Betätigungsspannung, die geeignet zur Verwendung im Zusammenhang mit der in der 5(a) gezeigten Tröpfchenausstoßsignalform geeignet ist. Im Gegensatz zu der Signalform gemäß der 5(b) wird der Frequenzgehalt – anstelle dem der Amplitude – der Signalform so gewählt, um einen Tröpfchenausstoß zu vermeiden. Eine Fourieranalyse der Signalform gemäß der 8, die Rampenabschnitte 60 enthält, würde ein Frequenzspektrum zum Vorschein bringen, dem es an denjenigen Frequenzen fehlt, die erforderlich sind, um einen Tröpfchenausstoß aus dem Druckkopf anzuregen. Die Amplitude und Dauer eines solchen Rampenimpulses könnte trotzdem so gewählt werden, um dieselbe Temperaturänderung in der Tinte zu erzeugen.
Dasselbe Konzept steckt hinter der in der 10 dargestellten Signalform: Während die Amplitude der Pulse 65 größer sein könnte als die in der 8 gezeigte Schwellenwertspannung V_t, ist der gesamte Frequenzinhalt der Signalform so bemessen, dass dieser keinen Tröpfchenausstoß anregen wird.
Die vorstehend beschriebenen Prinzipien sind allgemein anwendbar auf jede Tröpfchenniederschlagsvorrichtung, die eine Kammer, eine Düse und einen piezoelektrischen Aktuator bzw. ein piezoelektrisches Betätigungsmittel umfasst, insbesondere dort, wo eine Mehrzahl solcher Elemente in einer Matrix bzw. regelmäßigen Anordnung angeordnet sind, wobei die Kammern in einer Matrixrichtung angeordnet sind, was aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die zu Grunde liegenden Probleme – und somit die Notwendigkeit einer Lösung – werden jedoch in denjenigen Vorrichtungen gravierender sein, wo sich das piezoelektrische Material über den wesentlichen Teil einer Wand der Kammer erstreckt, wie dies beispielsweise in US-A-4,584,590 und US-A-4,825,227 beschrieben ist, und insbesondere bei Druckköpfen von der unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschriebenen Art, wo die Kammer eine einer Mehrzahl von Kanälen ist, die in einer Basis bzw. einem Substrat ausgebildet sind, wobei Wände zwischen den Kanälen festgelegt sind, wobei jede Wand ein piezoelektrisches Material umfasst, das mit Hilfe von elektrischen Signalen betätigt werden kann, um die Wand relativ zu dem Kanal zu verformen bzw. zu verbiegen, um so das Volumen des Kanals zu ändern.
Noch weitere Verbesserungen sind möglich, wenn solche Betriebsverfahren an eine Vorrichtung mit "gemeinsam genutzter Wand" angewendet werden, und zwar von der Art, die beispielsweise in den 2 bis 4 gezeigt ist, und wo es nicht möglich ist, gleichzeitig zwei benachbarte Kanäle, die von einer gemeinsam genutzten Betätigungswand getrennt sind, zu feuern bzw. zu betätigen. Solche Vorrichtungen werden für gewöhnlich in einem "Vielzyklus"-Modus betrieben, bei dem aufeinander folgende Kanäle in der Matrix einer von einer Vielzahl von Gruppen in regelmäßiger Weise zugeordnet sind und jede Gruppe von Kanälen für einen Tröpfchenausstoß in aufeinander folgenden Tröpfchenausstoßintervallen freigegeben bzw. aktiviert wird. EP-A-0 278 590 offenbart einen "Zweizyklus"-Betrieb, bei dem abwechselnd Kanäle einer von zwei Gruppen zugeordnet werden und jede Gruppe von Kanälen für den Tröpfchenausstoß in alternierenden Tröpfchenausstoßintervallen freigegeben wird. EP-A-0 376 532 beschreibt die Unterteilung von Kanälen in drei Gruppen, wobei jeder Kanal einer speziellen Gruppe von Kanälen, die zu den anderen zwei Gruppen gehören, getrennt ist, wobei jede Gruppe ihrerseits freigegeben wird, während die anderen zwei Gruppen nicht aktiviert bleiben. Der Betrieb mit mehr als drei Zyklen ist auch möglich.
In einer entsprechenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es nur notwendig, die ein Tröpfchen ausstoßenden bzw. kein Tröpfchen ausstoßenden Signalformen entsprechend den Druckdaten an diejenige Kanäle anzulegen, die zu der zu diesem Zeitpunkt für einen Tröpfchenausstoß aktivierten Gruppe gehören. Solche Signalformen werden nachfolgend als "freigegeben/ausstoßend" und "gesperrt/nicht ausstoßend" bezeichnet.
Kanäle, die zu den verbleibenden gesperrten Gruppen gehören (von denen es in dem Fall eines Dreizyklusbetriebs nur zwei gibt), können inaktiv bleiben und für den Fall von Geräten, die Elektroden in den Kanälen aufweisen, wie dies vorstehend beschrieben wurde, lässt dies ein Anlegen eines gemeinsamen Betätigungssignals an die Kanalelektroden der gesperrten Kanäle zu. Als Folge wird kein elektrisches Feld über die Wand aufgebaut, welche die zwei gesperrten Kanäle trennt, und diese wird stationär bleiben. Ein Kanal (in diesem Fall die gesperrten Kanäle) werden kein Tröpfchen ausstoßen, falls eine oder beide dieser Wände sich nicht bewegt. Zum Ende des Intervalls der Freigabe der freigegebenen Kanalgruppe kann eine der anderen Kanalgruppen freigegeben werden, was aus dem Stand der Technik bekannt ist. Ein solcher Betrieb wird in WO 95/25011 offenbart.
Die 11 bis 16 stellen Realisierungsformen der vorgenannten Prinzipien dar. Die Linien (a)–(f) der 11 zeigen die Spannungen, die an die Elektroden von sechs benachbarten Kanälen (a)–(f) in einem Druckkopf mit "gemeinsam genutzter Wand" angelegt werden. Aufeinander folgende Kanäle werden einer von drei Gruppen in regelmäßiger Weise zugeordnet, so dass Kanäle (a) und (d) zu einer ersten Gruppe gehören, Kanäle (b) und (e) einer zweiten Gruppe zugehören und Kanäle (c) und (f) zu einer dritten Gruppe. In dem Beispiel gemäß der 11 ist die zweite Gruppe freigegeben bzw. aktiviert (die erste und dritte Gruppe ist gesperrt), wobei die Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten so beschaffen sind, dass der Kanal (b) der zweiten Gruppe betätigt wird, um ein Tröpfchen auszustoßen, während der Kanal (e) der zweiten Gruppe dies nicht wird.
Das Anlegen eines Spannungsimpulses 72 (die freigegebene/ausstoßende Signalform) an den freigegebenen Kanal (b), gefolgt von Spannungsimpulsen 70 an gesperrte Kanäle (a) und (c), resultiert in einer "Ziehen-Freigeben-Verstärken"- Potenzialdifferenz von der Art, die in der 5(a) gezeigt ist, über jede der Wände, die den Kanal (b) begrenzen, was diese dazu veranlasst, sich zu bewegen, um ein Tröpfchen aus dem Kanal (b) auszustoßen.
Eine freigegebene/nicht ausstoßende Signalform wird an den freigegebenen Kanal (e) angelegt. Diese umfasst eine Mehrzahl (in dem gezeigten Beispiel 3) Impulsen 74, die jeweils dieselbe Amplitude aufweisen wie die Impulse 70 und jeweils eine hintere bzw. abfallende Flanke 74 aufweisen, die synchron zu der hinteren Flanke 70 des nachfolgenden Impulses 70 ist, der an die benachbarten Kanäle angelegt wird. Die Impulse 74 sind jedoch von längerer Dauer als die Impulse 70, was in einer Potenzialdifferenz 76 von der in der 11(g) gezeigten Art resultiert, die an jede der Wände angelegt wird, die den Kanal (e) begrenzen. Während diese Potenzialdifferenz dieselbe Amplitude aufweisen wird wie die Impulse 70, 72, wird ihre Zeitdauer so gewählt, dass diese nicht ausreicht, um einen Tröpfchenausstoß zu bewirken.
Zum Ende des Intervalls T wird die zweite Kanalgruppe gesperrt und wird eine der anderen Gruppen für den Tröpfchenausstoß freigegeben, was aus dem Stand der Technik bekannt ist. Obwohl das Tröpfchenausstoßintervall T für eine Vielkanalanordnung idealerweise nicht länger sein sollte als das Tröpfchenausstoßintervall L eines einzelnen Kanals, wie dies vorstehend unter Bezugnahme auf die 5(a) ausgeführt wurde, kann es sein, dass T länger als für den Idealfall sein muss, falls es erforderlich ist, mehrere, keinen Tropfen ausstoßende Impulse 74 aufzunehmen.
Die 12 zeigt eine zweite Version einer freigegebenen/nicht ausstoßenden Signalform zur Verwendung mit der freigegebenen/ausstoßenden Signalform gemäß der 11(b) und anstelle der Signalform gemäß der 11(d)–(f). Ein erster Impuls 80 von einer Dauer (und optional Amplitude), die nicht ausreicht, um einen Tröpfchenausstoß zu bewirken, wird synchron zu dem ersten Impuls 72 der freigegebenen/ausstoßenden Signalform gemäß der 11(b) angelegt und danach wird ein zweiter Impuls 82 angelegt, um den Impuls 70, der an die benachbarten, gesperrten Leitungen angelegt wird, auszugleichen. Die resultierende Potenzialdifferenz ist in der 12(g) gezeigt.
Eine dritte Version einer freigegebenen/nicht ausstoßenden Signalform zur Verwendung in Kombination mit der freigegebenen/ausstoßenden Signalform gemäß der 11(b) ist in der 13 gezeigt. Der Impuls 90 hat dieselbe Amplitude wie der Impuls 70, hat jedoch eine kürzere Zeitdauer und wird in der Zeit um einen Betrag "o" verzögert. Die resultierende Potenzialdifferenz, die in der 13(g) gezeigt ist, hat zwei Impulse, jeder von einer Dauer, die nicht ausreicht, um ein Tröpfchen auszustoßen. Eine solche Potenzialdifferenz hat die doppelte Anzahl von Flanken (zwei ansteigende Flanken 92, 94 und zwei abfallende Flanken 96, 98) und hat somit das Potenzial, den doppelten Stromfluss der Potenzialdifferenz gemäß der 12(g) zu erzeugen.
Die 14 stellt eine vierte Version dar, nämlich einen Impuls 100, der an einen Kanal (e) angelegt wird und dieselbe Amplitude und Dauer aufweist wie der Impuls 70, der jedoch um einen Betrag "p" relativ zu dem Impuls 70 vorgeschoben ist. Die resultierende Potenzialdifferenz, die in der 14(g) dargestellt ist, weist sowohl positive als auch negative Elemente auf, die positive und negative Druckwellen in dem Kanal erzeugen. Der Versatz "p" und die Dauer der Impulse 70, 100 kann so gewählt werden, dass die Elemente in der Zeit um 2AL/c verzögert werden, so dass die resultierenden Druckwellen einander in dem Kanal auslöschen, was die Zeitdauer verringert, die es braucht, bis sich Druckwellen in dem Kanal abbauen, und somit die Länge des Tröpfchenausstoßintervalls. Dieses Auslöschprinzip ist aus der vorgenannten WO95/25011 bekannt, die auch das Prinzip offenbart, dass man den zweiten Impuls mit einer kleineren Amplitude versieht, um die Tatsache zu ermöglichen, dass der erste Impuls abgedämpft wird, bevor dieser ausgelöscht wird. Dieses Prinzip kann auch auf die vorliegende Erfindung angewendet werden.
Eine freigegebene/nicht ausstoßende Signalform gemäß der 15 hat einen Vorteil gegenüber den vorgenannten Ausführungsformen, weil sowohl die Amplitude als auch die Zeitdauer der resultierenden Potenzialdifferenz über die Wände, die den nicht ausstoßenden Kanal begrenzen, gesteuert bzw. kontrolliert werden kann. Zu diesem Zweck folgt einem ersten, kurzen Impuls 110 ein längerer Impuls 112, der eine identische Synchronisation, Zeitdauer und Amplitude aufweist, wie die Impulse 70, mit Ausnahme eines "Ausschnittes" 114, der dieselbe Amplitude und Zeitdauer wie der Impuls 36' aufweist. Die resultierende Potenzialdifferenz ist so, wie in der 14(g) gezeigt. Wiederum kann die Synchronisation und Amplitude des Impulses 112 und des Ausschnittes 114 so gewählt werden, um die Länge des Tröpfchenausstoßintervalls zu verringern, wie dies vorstehend erläutert wurde.
Viele andere Variationen an den vorgenannten Ausführungsformen werden dem Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sein und sollen als von der vorliegenden Erfindung mit umfasst angesehen werden.
Während den Intervallen, wenn die Kanäle gesperrt sind, wird es natürlich eine Verringerung in der Energie geben, welche diese empfangen, die ihrerseits in einer Kühlung der darin befindlichen Tinte resultiert. Weil jedoch sämtliche Kanäle im selben Verhältnis gesperrt werden, wird eine solche Kühlung für sämtliche gesperrten Kanäle dieselbe sein und wird die Temperatur der Tinte weiterhin im Wesentlichen unabhängig von der Art der Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten sein.
Bei einer alternativen Ausführungsform können "freigegebene/nicht ausstoßende" Signalformen an sämtliche nicht feuernden Kanäle angelegt werden, seien sie freigegeben oder gesperrt. Die 16 stellt die Signalformen dar, die an vier benachbarte Kanäle in einem Druckkopf mit "gemeinsam genutzter Wand" angelegt werden und die in einem Dreizyklusmodus arbeiten. Die Kanäle (a) und (d) gehören zu derselben freigegebenen Kanalgruppe und werden mit einer freigegebenen/ausstoßenden "Ziehen-Freigeben"-Signalform 120 versorgt (von der Art, die aus dem Stand der Technik bekannt ist) sowie mit den Impulsen 125, 126, 127, die jeweils eine geringere Breite aufweisen. Die Impulse mit geringerer Breite werden so gewählt, um im Wesentlichen dieselbe Temperaturänderung in der Tinte wie der freigegebene/ausstoßende Impuls 120 zu bewirken.
Ähnliche nicht ausstoßende Signalformen werden an gesperrte Kanäle (b) und (c) angelegt. Wie gezeigt ist, sind diese identisch zu denjenigen, die an den Kanal (d) angelegt werden, obwohl in der Zeit gestaffelt (es wird aus der vorstehenden Beschreibung, die sich auf die 2 bis 4 bezieht, offensichtlich sein, dass das Anlegen von gleichen Spannungen an Kanäle auf jeder Seite einer Betätigungswand in einer verschwindenden Potenzialdifferenz über die Wand resultieren würde und deshalb in einem verschwindenden Stromfluss und in einer verschwindenden Wandbewegung) und diese werden dieselbe Temperaturänderung der Tinte in dem jeweiligen Kanal wie der ausstoßende Impuls 120 erzeugen.
Ein Ergebnis dieses zusätzlichen Energieeintrags ist, dass der Druckkopf mit einer höheren Gesamttemperatur arbeitet. Der Energieeintrag der nicht ausstoßenden Signalformen (der durch die Abmessung und Anzahl von Impulsen vorgegeben wird) auf bzw. in die nicht freigegebenen Zeilen kann vorteilhaft in Echtzeit mit Hilfe eines Controllers variiert werden, um so die Temperatur des Kopfes auf einem konstanten Wert zu halten.
Diese Technik, nämlich die Betätigung von Mitteln, um das Volumen der Kammer eines Tintenstrahldruckkopfes ohne Ausstoßen eines Tröpfchens zu variieren und mit der ausdrücklichen Absicht, die Temperatur der Tinte in dem Kanal zu erhöhen, ist nicht auf Situationen beschränkt, wo die Temperatur der Tinte in einer Kammer unabhängig von den Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten gehalten werden soll und kann eingesetzt werden, wann immer es erwünscht ist, die Tinte zu erwärmen, beispielsweise insbesondere dann, aber nicht ausschließlich dann, wenn es das Ziel ist, Temperaturvariationen (und somit Ausstoßgeschwindigkeitsvariationen) zwischen Kanälen zu verringern.
Der Druckkopf kann beispielsweise auch einen Temperaturdetektor beinhalten und der Druckkopf-Controller kann ausgelegt sein, um die Amplitude oder Anzahl von nicht ausstoßenden Signalformen, die angelegt werden, um den Druckkopf auf einer konstanten Temperatur zu halten, auf der Grundlage einer Rückkopplung von dem Sensor einzustellen. Alternativ kann eine Rückkopplung sowohl von einem Sensor für die Umgebungstemperatur als auch von einem Sensor für die Druckkopftemperatur eingesetzt werden. Außerdem, sollte sich herausstellen, dass es einen nicht gleichmäßigen Wärmeverlust über die Ausdehnung eines Druckkopfes gibt – beispielsweise dann, wenn es einen größeren Wärmeverlust an umgebende Nicht-Kanäle der äußeren Enden der Matrix gibt –, kann Extrawärme in diesen Kanälen unter Verwendung von keine Tröpfchen ausstoßenden Signalformen erzeugt werden. Es kann auch wünschenswert sein, ausgewählte Kanäle zu erwärmen, um Variationen in Tinten von verschiedenen Farben zu kompensieren, um so die Farbe anzugleichen.
Die Technik ist in gleicher Weise anwendbar auf nicht ausstoßende oder ausstoßende Kanäle: in dem letztgenannten Fall können sowohl ein Heizimpuls als auch ein Tröpfchenausstoßimpuls in einem einzelnen Tröpfchenausstoßintervall angelegt werden.
Änderungen in der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit treten auch zu Beginn des Betriebs des Druckkopfs auf: Selbst bei den vorstehend herausgearbeiteten Ausführungsformen, wo die Temperatur der Tinte unabhängig von den Druckdaten bleiben wird, wird die in einem Kanal erzeugte Wärme einen Temperaturanstieg in der Tinte in diesem Kanal erzeugen, solange bis eine Betriebstemperatur erreicht ist, bei der die in den Kanälen erzeugte Wärme der Verlustwärme gleicht, beispielsweise durch Konvektion von dem Druckkopf, und zwar auf Grund eines Tintendurchflusses. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung können Geschwindigkeitsänderungen, die einer solchen Temperaturvariation zugeordnet sind, dadurch vermieden werden, dass an die Kanäle eines Druckers, der lange geruht hat, eine Serie von keine Tröpfchen ausstoßenden Impulsen angelegt wird, um die Tinte auf die Betriebstemperatur zu erwärmen. In dem Fall von Aktuatoren von der Art, die beispielsweise in den 2 bis 4 gezeigt ist, betragen die Zeitkonstanten für die Erwärmung 2 bis 5 Sekunden. Zweckmäßig ist diese Zeit von der Größenordnung derjenigen Zeit, die von einem Drucker beim Empfang von Daten und beim Ausführen von anderen Vorbereitungsvorgängen benötigt wird und würde deshalb keine zusätzliche Verzögerung darstellen.
Die vorliegende Erfindung ist in keinster Weise auf diejenigen Ausführungsformen beschränkt, die vorstehend in beispielhafter Weise angeführt wurden. Insbesondere kann die Erfindung auf jegliche Tröpfchenniederschlagsvorrichtung angewendet werden, die eine Kammer umfasst, die mit einem Tröpfchenfluid versorgt wird und mit einer Düse zum Ausstoßen von Tröpfchen daraus in Verbindung steht, sowie ein Aktuatormittel, das mit Hilfe von elektrischen Signalen betätigt werden kann, um das Volumen der Kammer zu variieren. Eine solche Betätigung braucht nicht piezoelektrisch zu sein – diese kann beispielsweise ein elektrostatisches Mittel einsetzen. Vergleichbar dazu kann sich eine Steuerung in Antwort auf Ladung/Strom anstelle des elektrischen Potenzials (wie es in den vorgenannten Beispielen verwendet wurde) als wünschenswert herausstellen.
Die vorliegende Erfindung kann auch auf Druckköpfe angewendet werden, die in einem "Vielimpuls"-Modus betrieben werden, das heißt auf den sukzessiven Ausstoß von mehreren Tröpfchen aus einem Kanal, die sich dann entweder während des Flugs oder auf dem Drucksubstrat vereinigen, um einen einzelnen ausgedruckten Punkt zu bilden. Durch Variieren der Anzahl von ausgestoßenen Tröpfchen kann die Größe des ausgedruckten Punktes kontrolliert werden. Ein solcher Betrieb ist in EP-A-0 422 870 beschrieben und ist für gewöhnliche als "Graustufenbetrieb" bekannt.
Wie aus der 17 ersichtlich sein wird, die einen herkömmlichen Acht-Stufen-Vielimpulsbetrieb (sieben Graustufen plus Weiß) repräsentiert, mit der betätigenden "Ziehen-Freigeben"-Signalform 130, die an drei – nicht notwendigerweise benachbarte – Kanäle (a), (b) und (c) in Antwort auf Druckdaten angelegt werden kann, die Druckdichten von 7/7, 4/7 bzw. 1/7 spezifizieren, wird es eine größere Temperaturerhöhung der Tinte geben, wenn eine größere Anzahl von Tröpfchen ausgestoßen wird, als wenn eine geringe Anzahl oder keine Tröpfchen ausgestoßen werden. Somit besteht ein Potenzial für Unterschiede in der Temperatur und Tintenviskosität zwischen den Kanälen, was zu Druckfehlern führt, und in der Tat hat man herausgefunden, dass diese Probleme in einem Druckkopf gravierender sind, der in einem Vielimpulsmodus betrieben wird. Dies wird der großen Anzahl von Signalformflanken und dem geringeren Kühleffekt der kleineren Tröpfchen, die verwendet werden, zugeschrieben.
Eine Lösung für dieses Problem gemäß der vorliegenden Erfindung ist in beispielhafter Weise in der 18 dargestellt: Man wird sehen, dass in denjenigen Kanälen (b) und (c), wo weniger als die maximal mögliche Anzahl (in dem gezeigten Beispiel sieben) der Betätigungsimpulse 130 angelegt wird, weitere Impulse 135 angelegt werden können, um diese Unzulänglichkeit auszugleichen. Die Amplitude und/oder Zeitdauer der weiteren Impulse 135 sollte so gewählt werden, dass, obwohl ein Tröpfchenausstoß nicht auftritt, dieselbe Temperaturänderung in der Tinte wie von den Betätigungsimpulsen 130 induziert wird. Somit bleibt die gesamte Verlustenergie in dem Zeitintervall der Freigabe T unabhängig von den Druckdaten. Wie auch aus EP-A-0 422 870 bekannt ist, kann ein Graustufenbetrieb in Gruppen oder innerhalb von benachbarten Kanälen, die in Antiphase betrieben werden, bewirkt werden. In dem ersten Fall können die Verfahren des Gruppenbetriebs, die in Bezug auf einen "binären" (bei dem entweder ein Tropfen oder null Tropfen gefeuert werden) Betrieb beschrieben wurden, angewendet werden. Nicht freigegebene bzw. aktivierte Kanäle können entweder vollständig unaktiviert bleiben oder mit keine Tröpfchen ausstoßenden Signalformen von dem vorstehend beschriebenen Typ versorgt werden. Es kann auch möglich sein, keine Tröpfchen ausstoßende Kanäle mit einer geringeren Anzahl von Signalformen zu betätigen, die eine längere Zeitdauer als die Tröpfchen ausstoßenden Impulse aufweisen, die aber dieselbe Temperaturänderung in der Tinte induzieren. Man beachte, dass andere Tröpfchen ausstoßende Signalformen – beispielsweise die "Ziehen-Freigeben-Verstärken"-Signalform gemäß der 5(a) – in dem Graustufenbetrieb gemeinsam mit deren nicht ausstoßenden Signalformgegenstücken verwendet werden kann.
Man glaubt, dass ein Hystereseverlust in dem piezoelektrischen Material die Hauptursache – aber nicht die einzige Ursache – für die Erwärmung der Tinte in den Kanälen eines Druckkopfes ist. Die Betätigung von Kanälen wird zu einer Bewegung von Tinte in den Kanälen führen, die ihrerseits die Temperatur auf Grund von Fluidreibung erhöhen wird, wobei ein hohes Ausmaß an Kanalbetrieb zu einer größeren Temperaturerhöhung in der Tinte führt als einer mit einem geringen Ausmaß. Noch eine andere Ursache für Wärme werden Widerstandsverluste in den Betätigungselektroden sein. Empirisch abgeleitete, nicht ausstoßende Signalformen werden solche weiteren Verlustmechanismen berücksichtigen. Diese können auch in einem mehr oder weniger großen Ausmaß in das vorstehend beschriebene mathematische Modell eingebaut werden.
Wie zu Beginn der Beschreibung ausgeführt wurde, arbeiten "thermische" Druckköpfe mit dem Prinzip einer Erwärmung von Tinte in einer Kammer, um eine Dampfblase zu erzeugen, die Tinte durch eine Düse aus der Kammer drückt. Eine solche Erwärmung ist auf denjenigen Abschnitt des Kanals begrenzt, in dem sich die Heizeinrichtung befindet, es ist jedoch von den benannten Erfindern erkannt worden, dass in der Tinte in der Düse und in dem Teil des Kanals in der Nähe davon, welcher entfernt zu der Heizeinrichtung ist, Probleme bei einer Änderung in der Tröpfchenausstoßgeschwindigkeit auf Grund von Unterschieden in der Tintentemperatur – ähnlich zu denjenigen Problemen, die unter Bezugnahme auf die 1 diskutiert wurden – auftreten können.
Die Art und Weise, in der die Impulse 24, 26, 30, 32, 36 von kurzer Dauer gemäß den 11 bis 15 angelegt werden, umfasst einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, nämlich das Verfahren zum Betreiben einer Tröpfchenniederschlagsvorrichtung, die eine Kammer umfasst, die mit einem Tröpfchenfluid versorgt wird, eine Düse, die mit dem Kanal zum Ausstoßen von Tröpfchen daraus in Verbindung steht, sowie ein Betätigungsmittel, das erste und zweite Elektroden aufweist und mittels einer Potenzialdifferenz, die über die ersten und zweiten Elektroden angelegt wird, betätigt werden kann, um den Ausstoß eines Tröpfchens aus der Kammer über die Düse zu bewirken; das Verfahren umfasst die Schritte, dass an die erste Elektrode eine erste nicht verschwindende Spannung von einer ersten Zeitdauer angelegt wird, dass an die zweite Elektrode eine zweite nicht verschwindende Spannung von einer zweiten Zeitdauer angelegt wird, wobei die ersten und zweiten Spannungen gleichzeitig über eine Zeitdauer angelegt werden, die kürzer ist als zumindest eine der ersten und zweiten Zeitdauern.
Dieser weitere Aspekt ist besonders vorteilhaft, wenn kurze Impulse von der Art, die in den 11 bis 15 gezeigt ist, angelegt werden. Für einen Druckkopfbetrieb bei einer Tröpfchenausstoßfrequenz von 100 kHz könnten solche Impulse beispielsweise eine Zeitdauer von bis zu 1 μs aufweisen. Eine Schaltung, um solche kurzen Impulse zu erzeugen, kann komplex und folglich kostspielig sein. Auf Grund der Verwendung des vorgenannten zweiten Konzepts ist es möglich, die Impulse von kurzer Zeitdauer unter Verwendung von Signalen mit längerer Zeitdauer anzulegen, was leichter zu erzeugen ist.
Das Konzept ist auch nützlich, wenn man einen Druckkopf mit "gemeinsam genutzter Wand" in einem Doppelzyklus, Zweiphasenmodus betreibt, was in WO96/10488 diskutiert wird. Aufeinander folgende Kanäle in einer Matrix bzw. regelmäßigen Anordnung werden abwechselnd einer von zwei Gruppen zugeordnet, wobei jede Gruppe abwechselnd für einen Tröpfchenausstoß in aufeinander folgenden Zyklen freigegeben bzw. aktiviert wird. Innerhalb von jedem Zyklus stoßen aufeinander folgende Kanäle in einer Gruppe Tröpfchen in Antiphase aus. Dieser Modus ist besonders geeignet für einen Vielimpulsbetrieb, bei dem eine Anzahl von Tröpfchen aus einem Kanal in irgendeinem Zyklus entsprechend den Eingangsdaten ausgestoßen werden, um so einen entsprechend ausgedruckten Punkt zu bilden.
Die 19 stellt die Spannungssignalformen dar, die an die vier benachbarten Kanäle a, b, c, d, eines Druckkopfes mit "gemeinsam genutzter Wand" angelegt werden sollen, um einen Doppelzyklus/Zweiphasenbetrieb entsprechend dem vorgenannten Konzept der vorliegenden Erfindung zu realisieren. Die entsprechende Potenzialdifferenzvariation über die Wände, die die Kanäle a–d begrenzen, ist in der 20 gezeigt.
Die linke Seite der 19 entspricht einem ersten Zyklus des Betriebs, bei dem die Gruppe, die die Kanäle (a) und (c) enthält, freigegeben bzw. aktiviert wird. An jeden Kanal der gesperrten Gruppe – die die Kanäle (b) und (d) beinhaltet – wird eine gemeinsame wiederkehrende Signalform 191 angelegt, die in dem gezeigten Beispiel einen quadratischen Impuls von einer Zeitdauer AL/c umfasst, dem ein Ruheintervall von der Zeitdauer AL/c folgt.
Eine ähnliche wiederkehrende Signalform 192, 192', die dieselbe Amplitude aufweist, wird an freigegebene Kanäle angelegt, wenngleich mit Zeitdauern von 2AL/c des quadratischen Impulses und des Ruheintervalls und mit der Signalform 192', die an den Kanal (c) angelegt wird, und zwar 180 Grad außer Phase zu der Signalform 192, die an den Kanal (a) angelegt wird. Die 20 stellt die resultierenden Potenzialdifferenzen 201, 202 über die Aktuatorwände dar, die die Kanäle (a) und (c) begrenzen, und die in einer "Ziehen-Freigeben-Verstärken"-Betätigung eines Kanals (a) resultieren werden, um so ein Tröpfchen auszustoßen. Weil die vergleichbare Betätigung des Kanals (c) 2AL/c später erfolgen wird, wird der Tröpfchenausstoß aus diesem Kanal in Antiphase zu demjenigen des Kanals (a) sein. Beide Kanäle (a) und (c) können mehrere Male in unmittelbarer Aufeinanderfolge entsprechend den Eingangsdruckdaten betätigt werden, um so mehrere Tröpfchen auszustoßen und einen ausgedruckten Punkt von entsprechender Größe zu bilden.
Die rechte Seite der 19 und 20 zeigt das vergleichbare Verhalten, wenn die zweite Gruppe, welche die Kanäle (b) und (d) beinhaltet, freigegeben bzw. aktiviert wird und entsprechend den Druckdaten betätigt wird.
Die 21 und 22 sind ähnlich zu den 16 und 17, weil sie demonstrieren, dass die Temperatur des Tröpfchenfluids in einer Kammer unabhängig von den Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten dadurch aufrechterhalten werden kann, dass weitere nicht ausstoßende Impulse – in diesem Fall eine Potenzialdifferenz 221 von einer Breite, die nicht ausreicht, um einen Tröpfchenausstoß zu induzieren – anstelle der ausstoßenden Impulse angelegt werden, die ansonsten angelegt werden könnten. Die Amplitude/Zeitdauer/Anzahl dieser Impulse kann unter Verwendung entweder der empirischen Verfahren oder der theoretischen Verfahren, die vorstehend kurz erläutert wurden, gewählt werden, um Verluste (insbesondere Hystereseverluste – zu erzeugen und so Wärme zu erzeugen, so dass die Temperatur der Tinte in dem Kanal unabhängig von der Anzahl von ausstoßenden Impulsen, die in einem Tröpfchenausstoßintervall angelegt werden, bleibt.
Die 23 zeigt eine alternative Ausführungsform des Doppelzyklus-/Zweiphasenkonzepts. Eine wiederkehrende "sägezahnförmige" Betätigungsspannungssignalform 231 – die für sich aus dem Stand der Technik bekannt ist – wird an die gesperrten Kanäle (b) und (d) angelegt, während an die freigegebenen bzw. aktivierten Kanäle (a) und (c) eine quadratische Signalform 232, 232' von derselben Amplitude, aber der halben Wiederholfrequenz angelegt wird, wobei die Signalform 232, die an den Kanal (a) angelegt wird, in Antiphase ist zu der Signalform 232', die an den benachbarten Kanal in derselben Gruppe angelegt wird, nämlich an den Kanal (c). Die Potenzialdifferenz über die Kanalwände der freigegebenen Kanäle ist in der 24 gezeigt: Wiederum ist dies eine sägezahnförmige Signalform, diese hat im Vergleich zu der 23 die doppelte Amplitude von jeder der betätigenden Signalformen, die an die Kanäle angelegt werden, was an der Wirkung der Spannung eines freigegebenen Kanals liegt, die abfällt, während die Spannung, die an dessen unmittelbare Nachbarn angelegt wird, steigt. Die rechte Seite der 23 und 24 stellt die Situation dar, wenn die Kanäle (b) und (d) freigegeben werden. Es wird offensichtlich sein, dass ein Tröpfchenausstoß, der durch die vertikale Flanke der Signalform initiiert wird, mit einer höheren Frequenz stattfinden kann, als dies für die Ausführungsform gemäß der 19 möglich ist. Ein Tröpfchenausstoß zwischen benachbarten Kanälen in derselben freigegebenen Gruppe wird weiterhin dennoch in Antiphase erfolgen. Außerdem hat man herausgefunden, dass diese Signalform ein Druckübersprechen zwischen Kanälen in einem Druckkopf mit "gemeinsam genutzter Wand" verringert, das ansonsten bewirken könnte, dass nicht ausstoßende Kanäle zufällig ausstoßen.
Jedes Merkmal, das in dieser Patentbeschreibung (wobei dieser Ausdruck die Patentansprüche mit umfasst) offenbart ist und/oder in den Zeichnungen gezeigt ist, kann für die Erfindung unabhängig von den anderen offenbarten und/oder dargestellten Merkmalen realisiert werden.
Der Text der hiermit eingereichten Zusammenfassung wird nachfolgend als Teil der Patentbeschreibung wiederholt.
In einer Tröpfchenniederschlagsvorrichtung, die eine oder mehrere unabhängig betätigbare Tintenausstoßkammern umfasst, werden elektrische Signale angelegt, um eine Änderung in der Temperatur des Tröpfchenfluids zwischen Kammern und mit Änderungen in den Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten zu verringern. Kurze Potenzialdifferenzimpulse, die geeignet sind, um die Temperatur des Tröpfchenfluids in einer Kammer zu beeinflussen, können durch Anlegen von Spannungen von kürzerer Zeitdauer an Tintenkammerbetätigungsmittel erzeugt werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Tröpfchenaufbringvorrichtung, die eine erste und eine zweite Kammer (20) umfasst, wovon jede mit Tröpfchenfluid versorgt wird, mit einer entsprechenden Düse (30) zum Ausstoßen von Tröpfchen kommuniziert und Betätigungsmittel (20) besitzt, die durch elektrische Signale betätigbar sind, um das Volumen der Kammern (20) zu verändern, wobei die Volumenveränderung ausreicht, um einen Tröpfchenausstoß in Übereinstimmung mit Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten (35, 38) zu bewirken; wobei das Verfahren das Betreiben der Betätigungsmittel umfasst, um einen Tröpfchenausstoß von der ersten Kammer, jedoch nicht von der zweiten Kammer, zu bewirken und um das Fluid in der zweiten Kammer wahlweise elektrisch zu erwärmen, um die Temperaturdifferenz zwischen dem Fluid in der zweiten Kammer und dem Fluid in der ersten Kammer zu verringern, wobei der Tröpfchenausstoß von der ersten Kammer durch Eingeben eines ersten elektrischen Signals in deren Betätigungsmittel bewirkt wird und wobei das wahlweise elektrische Erwärmen des Fluids in der zweiten Kammer durch Eingeben eines zweiten elektrischen Signals statt des ersten elektrischen Signals in deren Betätigungsmittel bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das zweite elektrische Signal eine Amplitude (A) besitzt, die kleiner als jene ist, die für die Ausführung des Tröpfchenausstoßes erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das zweite Signal eine Dauer (d) besitzt, die kleiner als jene ist, die für die Ausführung des Tröpfchenausstoßes erforderlich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das zweite Signal (60, 65) jene Frequenzen, die für die Ausführung des Tröpfchenausstoßes erforderlich sind, nicht aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das zweite Signal synchron mit dem ersten Signal zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das zweite Signal zwei Untersignale umfasst, die seriell eingegeben werden, um eine Erhöhung des Kammervolumens bzw. eine Verringerung des Kammervolumens zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Untersignale relativ zueinander verzögert sind, so dass sich die entsprechenden Druckwellen, die durch die Signale verursacht werden, im Wesentlichen aufheben.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Betätigungsmittel (22) ein piezoelektrisches Material umfassen.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem sich das piezoelektrische Material über den Hauptteil einer Wand (22) einer entsprechenden Kammer (20) erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, bei dem das zweite Signal Hystereseverluste in dem piezoelektrischen Material erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem die Kammern einen Teil einer Matrix von Kanälen (20), die in einer Basis (10) ausgebildet sind, bilden, wobei zwischen den Kanälen Wände (22) definiert sind, wobei jede Wand piezoelektrisches Material enthält, das durch elektrische Signale betätigbar ist, um die Wand relativ zu einem Kanal (20) auszulenken, um dadurch das Volumen des Kanals (20) zu verändern.
Verfahren nach Anspruch 11, das die Schritte des Zuweisens aufeinander folgender Kammern der Matrix zu einer von mehreren Gruppen auf regelmäßige Weise, das Freigeben jeder Gruppe von Kanälen für die Betätigung in aufeinander folgenden Perioden und das Ausführen eines Tröpfchenausstoßes von den Kammern einer freigegebenen Gruppe in Übereinstimmung mit den Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten sowie das Steuern der elektrischen Signale in der Weise, dass die Temperatur des Tröpfchenfluids in jeder der Kammern einer freigegebenen Gruppe von Änderungen der Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten im Wesentlichen unabhängig bleibt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verfahren die Schritte des Eingebens der ersten Signale in die Kammern einer freigegebenen Gruppe, in denen die Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten einen Tröpfchenausstoß festlegen, und des Eingebens der zweiten Signale in jene Kammern einer freigegebenen Gruppe, in denen die Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten einen Tröpfchenausstoß nicht festlegen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem dritte Signale in die Kammern der Matrix, die nicht freigegeben sind, eingegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Temperaturänderung des Tröpfchenfluids in einer Kammer, die durch die Eingabe des dritten elektrischen Signals verursacht wird, im Wesentlichen gleich jener ist, die durch die Eingabe eines ersten oder eines zweiten elektrischen Signals verursacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das zweite elektrische Signal in Abhängigkeit von einem weiteren Signal, das die Temperatur darstellt, gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das weitere Signal die Temperatur der Vorrichtung darstellt, wobei die zweiten elektrischen Signale eingegeben werden, um die Temperatur der Vorrichtung auf einem konstanten Wert zu halten.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das weitere Signal sowohl die Temperatur der Vorrichtung als auch die Umgebungstemperatur darstellt, wobei die zweiten elektrischen Signale eingegeben werden, um die Temperatur der Vorrichtung auf einem konstanten Wert zu halten.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Vorrichtung eine Matrix von Kammern umfasst und das weitere Signal die Temperatur des Tröpfchenfluids in Kammern an den Enden der Matrix darstellt.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Kammern einen Teil einer Matrix von Kammern bilden, wobei das Verfahren das Zuweisen aufeinander folgender Kammern der Matrix zu einer von mehreren Gruppen auf regelmäßige Weise, das Freigeben jeder Gruppe von Kanälen für die Betätigung in aufeinander folgenden Perioden und das Ausführen eines Tröpfchenausstoßes von Kammern einer freigegebenen Gruppe in Übereinstimmung mit den Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten sowie das Anwenden auf Kammern, die zu Gruppen gehören, die nicht durch die zweiten elektrischen Signale freigegeben sind, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das zweite elektrische Signal in Kammern eingegeben wird, die sowohl zu freigegebenen als auch zu nicht freigegebenen Gruppen gehören.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Betätigungsmittel der Kammern erste und zweite Elektroden (26) besitzen und durch eine Potentialdifferenz betätigbar sind, die über die erste und die zweite Elektrode angelegt wird, um einen Tröpfchenausstoß von der Kammer durch die Düse zu bewirken; wobei das Fluid in der zweiten Kammer wahlweise durch Anlegen eines ersten, von null verschiedenen Spannungssignals während einer ersten Dauer an die erste Elektrode und durch Anlegen eines zweiten, von null verschiedenen Spannungssignals während einer zweiten Dauer an die zweite Elektrode elektrisch erwärmt wird, wobei das erste und das zweite Spannungssignal während einer Zeitdauer, die kürzer als wenigstens eine der ersten und zweiten Dauern ist, gleichzeitig angelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 22, das die Schritte des Anlegens des ersten und des zweiten Spannungssignals mit gleicher Polarität umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, das die Schritte des Anlegens des ersten und des zweiten Spannungssignals mit gleicher Größe umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei dem eines der ersten und zweiten Spannungssignale sowohl vor dem anderen der ersten und zweiten Spannungssignale angelegt als auch vor dem anderen der ersten und zweiten Spannungssignale entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, das die Schritte des Anlegens erster und zweiter Spannungssignale mit gleicher Dauer, die relativ zueinander zeitlich verzögert sind, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, das die Schritte des Anlegens eines ersten und/oder eines zweiten Spannungssignals, deren Größe sich zeitlich ändert, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 27, das die Schritte des Erhöhens des ersten Spannungssignals während des Absenkens des zweiten Spannungssignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 27, das die Schritte des Anlegens eines ersten und/oder eines zweiten Spannungssignals, die sich stufenweise von einer ersten Größe zu einer zweiten Größe und zurück zu der ersten Größe ändern, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, bei dem die Vorrichtung mehrere Kanäle (20) umfasst, wovon jeder eine Kammer bildet und die in einer Matrixrichtung senkrecht zu der Länge der Kanäle voneinander beabstandet sind und von dem nächsten durch Seitenwände (22) getrennt sind, die sich in Längsrichtung der Kanäle erstrecken; wobei jeder Seitenwand Betätigungsmittel zugeordnet sind, die so betätigbar sind, dass sie die Wand auslenken, wodurch ein Tröpfchenausstoß von einem zugeordneten Kanal bewirkt wird; wobei die erste und die zweite Elektrode (36) jedes Betätigungsmittels in dem einen oder dem anderen der Kanäle, die durch die entsprechende Seitenwand getrennt sind, enden.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem ein Kanal einen gemeinsamen Anschluss für Elektroden der zwei Betätigungsmittel, die den zwei Kanalwänden, die den Kanal begrenzen, zugeordnet sind, enthält.
Verfahren nach Anspruch 31, das die Schritte des abwechselnden Zuweisens aufeinander folgender Kanäle der Matrix zu einer von zwei Gruppen und des abwechselnden Freigebens jeder Gruppe für den Tröpfchenausstoß in aufeinander folgender Zyklen; des Anlegens erster Spannungssignale (191, 231) an den gemeinsamen Anschluss in Kanälen, die zu der Gruppe gehören, die nicht freigegeben ist, mit einer ersten Wiederholungsfrequenz; und des Anlegens zweiter Spannungssignale (192, 232, 192', 232') an die gemeinsamen Anschlüsse von Kanälen, die zu der freigegebenen Gruppe gehören, in Übereinstimmung mit Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten umfasst.
Verfahren nach Anspruch 32, das die weiteren Schritte des abwechselnden Zuweisens aufeinander folgender Kanäle einer freigegebenen Gruppe zu ersten und zweiten Untergruppen; des Anlegens eines dritten Spannungssignals (192, 232) an die gemeinsamen Anschlüsse von Kanälen, die zu der ersten Untergruppe gehören, mit der halben ersten Wiederholungsfrequenz und des Anlegens eines vierten Spannungssignals (192', 232') an die gemeinsamen Anschlüsse von Kanälen, die zu der zweiten Untergruppe gehören, ebenfalls mit der halben ersten Wiederholungsfrequenz; wobei das dritte und das vierte Spannungssignal gegenphasig sind.
Verfahren nach Anspruch 33, bei dem das erste Spannungssignal (191) eine stufenweise Spannungserhöhung, gefolgt von einer stufenweisen Spannungserniedrigung zu einer Zeit T später, gefolgt von einem Stillstand bei einer Nullspannung erneut für eine Zeit T umfasst; und bei dem das dritte Spannungssignal (192) und das vierte Spannungssignal (192') jeweils eine stufenweise Spannungserhöhung, gefolgt von einer stufenweisen Spannungserniedrigung zu einer Zeit 2T später, gefolgt von einem Stillstand bei einer Nullspannung wiederum für eine Zeit 2T umfassen.
Verfahren nach Anspruch 33, bei dem die erste Spannung eine Sägezahnspannung-Signalform (231) mit einer Wiederholungsperiode, die gleich der Zeit T ist, enthält; und bei dem das dritte und das vierte Spannungssignal jeweils eine stufenweise Spannungserhöhung, gefolgt von einer stufenweisen Spannungserniedrigung eine Zeit T später, gefolgt von einem Stillstand bei einer Nullspannung wiederum für eine Zeit T umfassen.
Signalverarbeitungsmittel, das so konfiguriert ist, dass es eine Tröpfchenaufbringvorrichtung betreibt, die eine erste und eine zweite Kammer (20) umfasst, wovon jede mit Tröpfchenfluid versorgt wird und mit einer entsprechenden Düse (30) kommuniziert, um Tröpfchen auszustoßen, und Betätigungsmittel (22) besitzt, die durch elektrische Signale betätigbar sind, um das Volumen der Kammern (20) zu verändern, wobei die Volumenveränderung ausreicht, um einen Tröpfchenausstoß zu bewirken, der in Übereinstimmung mit Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten (35, 38) ausgeführt wird; wobei das Signalverarbeitungsmittel so konfiguriert ist, dass es die Tröpfchenaufbringvorrichtung gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche betreibt.
Tröpfchenaufbringvorrichtung, die eine erste und eine zweite Kammer (20) umfasst, wovon jede mit Tröpfchenfluid versorgt wird und mit einer entsprechenden Düse (30) kommuniziert, um Tröpfchen auszustoßen, und Betätigungsmittel (22) besitzt, die durch elektrische Signale betätigbar sind, um das Volumen der Kammern (20) zu verändern, wobei die Volumenveränderung ausreicht, um einen Tröpfchenausstoß zu bewirken, der in Übereinstimmung mit Tröpfchenausstoß-Eingangsdaten (35, 38) ausgeführt wird, und Signalverarbeitungsmittel (32) nach Anspruch 36 umfasst.