DE10057650A1

DE10057650A1 - Tintenstrahldrucken und-warten mittels der Vorhersage und der Einstellung von Tintenstrahlkomponentenleistung

Info

Publication number: DE10057650A1
Application number: DE10057650A
Authority: DE
Inventors: Wen Li Su; David Wetchler
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 1999-11-24
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2001-05-31
Also published as: US6354687B1; GB0027776D0; US6582044B2; GB2356954B; GB2356954A; US20020113831A1; JP3786574B2; JP2001179980A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf Tintenstrahlstift-Tropfenausstoßelemente mit verlängerter Nutzung, insbesondere Druckköpfe, die mit mehreren austauschbaren Vorratsbehältern genutzt werden. Die Tintenstrahlstift-Tropfenausstoßelemente weisen eine genauere Lebensdauer und ein genaueres Leistungsmaß auf. Dieses wird mit Hilfe der Überwachung von Energieakkumulierungen über die Zeit erreicht, wobei die überwachten Daten für bestimmte Druckeraktivität und -wartung genutzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft die Tintenstrahltechnologie, insbesondere die Charakterisierung der Tintenstrahlleistung und Verfahren und Vorrichtungen zur Vorhersage und zur Einstellung der Tintenstrahlkomponentenleistung.

Die Tintenstrahltechnologie ist relativ gut entwickelt. Kommerzielle Produkte, wie Compu terdrucker, Graphikplotter, Kopierer und Faxgeräte nutzen die Tintenstrahltechnologie zur Erzeugung einer Hardcopy. Zur Vereinfachung wird der Begriff "Drucker" im Folgenden generisch für alle Tintenstrahl-Hardcopy-Einrichtungen genutzt. Von den Erfindern ist keine Begrenzung des Bereiches der Erfindung beabsichtigt.

Die Grundlagen dieser Technologie sind bekannt, beispielsweise aus verschiedenen Veröf fentlichungen in dem Hewlett-Packard-Journal, Band 36, Nr. 5 (Mai 1985), Band 39, Nr. 4 (August 1988), Band 39, Nr. 5 (Oktober 1988), Band 43, Nr. 3 (August 1992), Band 43, Nr. 6 (Dezember 1992) und Band 45, Nr. 1 (Februar 1994). Tintenstrahleinrichtungen werden wei terhin von W. J. Lloyd und H. T. Taub in Ouput Hardcopy Devices", Kapitel 13 (Ed. R. C. Durbeck und S. Sherr, Academic Press, San Diego, 1988) beschrieben. Diese Dokumente liefern Hintergrundinformationen und werden als solche hierin mittels Referenz integriert.

Fig. 1 (Stand der Technik) ist eine schematische Darstellung einer Tintenstrahl-Hardcopy- Einrichtung 10. Ein Schreibinstrument 12 umfaßt einen Druckkopf 14 mit "Tropfenerzeu gern" zum Ausstoßen von Tintentröpfchen auf das benachbart angeordnete Druckmedium, beispielsweise ein Blatt Papier 16, in der Druckzone 34 der Einrichtung. Das Wort "Papier" wird hier zur Vereinfachung als generischer Begriff für alle Druckmedien genutzt. Die ge zeigte Implementierung wurde zur Vereinfachung der Erklärung der Erfindung gewählt und bedeutet keine Einschränkung des Bereichs der Erfindung. Ein Endlosriemen 32 ist ein Ein gabe/Ausgabe-Papiertransport für die Druckzone 34 von bekannter Art. Ein Motor 33 mit einem Antriebsschaft 31 wird genutzt, um ein Rädergetriebe 33 zu treiben, das mit einer Rie menscheibe 38 gekoppelt ist, die auf einer festen Achse 39 montiert ist. Ein vorgespanntes Zwischenrad 40 liefert eine geeignete Spannung für den Riemen 32. Der Riemen läuft über eine Walze 36 in der Druckzone 34. Das Papierblatt 16 wird von der Eingangszuführung (nicht dargestellt) aufgenommen. Seine führende Kante 54 wird einer Führung 50, 52 zuge führt, wo ein Klemmrad 42 in Kontakt mit dem Riemen 32 übernimmt und wirkt, um das Pa pierblatt 16 durch die Druckzone 34 zu transportieren (der Papierweg ist mittels eines Pfeils 31 dargestellt). Entlang der Druckzone 34 abwärts nimmt ein Ausgangsroller 44 in Kontakt mit dem Riemen 32 die führende Kante 54 des Papierblatts 16 auf und führt den Papiertrans port fort, bis die hintere Kante 55 der jetzt bedruckten Seite entlassen wird.

Es ist auch bekannt, eine Steuerung 62 auf der Platine vorzusehen, die mit dem Motor, den Sensoren 41 auf der Scheibe, dem Schreibinstrument 12 und anderen elektromechanischen Systemen der Hardcopy-Einrichtung 10 elektrisch verbunden ist 60, 64. Der Betrieb wird mittels der elektronischen Steuerung 62 geleitet, wobei die elektronische Steuerung 62 übli cherweise ein Mikroprozessor oder eine spezifische, integrierte Anwendungsschaltung ("ASIC") ist, welche, soweit dieses notwendig ist, für die spezielle Hardcopy-Einrichtung mittels geeigneter Kabel mit dem Computer (nicht dargestellt) verbunden ist. Es ist bekannt, die Bildsynthese, das Drucken, die Handhabung der Druckmedien, Steuerfunktionen und Lo gik mittels Firmware oder Software-Instruktionen für herkömmliche oder allgemeine Mikro prozessoren oder ASICs zur programmieren und auszuführen. Innerhalb der Druckzone 34 werden graphische Bilder oder alphanumerische Texte mit den Tintentröpfchen erzeugt, die auf das Papierblatt 16 aufgebracht werden, wobei über die Punktmatrix- Manipulationstechniken das bekannte Farbbildsynthese- und Textaufbringen genutzt wird.

In Fig. 2 (Stand der Technik) ist ein vereinfachtes Schema eines Schwaden-Abtast- Tintenstrahlstifts bzw. -schreibers 12 dargestellt. Der Körper des Stifts 12 umfaßt im wesent lichen einen Tintenakkumulier- und einen Tintenreguliermechanismus 200. Der innere Ak kumulator und der innere Regulator stehen in einer Fließverbindung 200' mit einem außer halb der Achse angeordneten Tintenvorratsbehälter (nicht dargestellt). Dieses ist in irgendei ner aus dem Stand der Technik bekannten Art ausgeführt. Das Druckkopfelement 14 umfaßt einen geeigneten elektrischen Verbinder 201 (beispielsweise ein automatisches, flexibles Verbindungsband) zum Übertragen von Signalen an den und von dem Druckkopf. Düsen spalten 203 bilden eine addressierbare Ausstoßanordnung 205. Der typische, bekannte Abtast stift-Druckkopf kann zwei oder mehrere Spalten mit mehr als 100 Düsen pro Spalte aufwei sen. Die Düsenanordnung 205 ist üblicherweise in diskrete Teilfolgen unterteilt, die als "Basi seinheiten" bekannt sind, welche vorgesehen sind, um Tröpfchen spezifischer Farben auszugeben. Bei einem Thermo-Tintenstrahlstift umfaßt der Tropfenerzeuger einen Wärmewider stand, der unter jeder Düse liegt und Tinte auf einen Cavitationspunkt überhitzt, so daß die Ausdehnung und das Zusammenfallen einer Tintenblase einen Tropfen von der zugehörigen Düse 203 ausstoßen. Bei kommerziell verfügbaren Produkten werden piezoelektrische Ele mente und Wellenerzeugungstechniken genutzt, um Tintentröpfchen auszustoßen. Weitere Tintestrahlschreiberinstrumente sind aus dem Stand der Technik bekannt, die beispielsweise als seitenweite Anordnungen strukturiert sind. Die Abnutzung oder der Komplettausfall der Tropfenerzeugerelemente verursacht Tropfenvolumenvariationen, Bahnfehler oder Fehldruc ke, die im allgemeinen als "Artefakte" bezeichnet werden und deshalb die Druckqualität be einträchtigen.

In einigen bekannten Tintenstrahldruckern sind Austausch-Tintenvorratsbehälter verfügbar, so daß derselbe Einzelschreibinstrument-Druckkopf 14 wiederholt genutzt wird, was eine längere Lebensdauer als die von einmalig zu nutzenden Einweg-Tintenstrahlpatronen ver langt, welche einen auf der Platine befindlichen Tintenvorratsbehälter aufweisen. Deshalb ist einer der vom Designer zu beachtenden Betriebsparameter die Lebensdauer des Druckkopfs 14. Eine Regel, die im Stand der Technik genutzt wird, ist das Tropfenzählen. Das US-Patent 5,583,547 ("Tropfenzählbasiertes Tintenstrahlstift-Wartungsverfahren") und die US-Anmel dung 07/951,255 von Gast et al. beschreiben beispielhafte Verfahren und Vorrichtungen. Im wesentlichen liefern das Tropfenzählen und das Beobachten der Tintentropfenflugbahn In formationen, die zur Steuerung der Druckeroperationen sinnvoll sind. In der Regel bestehen bestimmte Vorteile für die Nutzung des Tropfenzählens, um einige Parameter des Druckkopfs vorwegzunehmen und die weitere Druckeraktivität entsprechend einzustellen. Während das Tropfenzählen eine logische Regel ist, wurde herausgefunden, daß dies nicht notwendiger weise der beste Indikator für die Lebensdauer des Druckkopfs ist. Die Lebensdauer des Druckkopfs, welche auf einer Gesamttropfenzahl für den Stift oder pro Spaltenzahl basiert, geht davon aus, daß die Energie zum Düsenausstoß in der Anordnung immer die gleiche ist, unabhängig von dem Ausstoßmuster. Tatsächlich variiert jedoch die Gesamtenergie, die in den Druckkopf geht, von Druckmuster zu Druckmuster (die Druckenergie für Niedrigfre quenztexte ist wesentlich geringer als beim Farbgraphikendrucken mit Photoqualität) und von Basiseinheit zu Basiseinheit (Beispielsweise kann eine spezielle Zünd- bzw. Auslösefolge keine oder alle Düsen in einer Basiseinheit zünden bzw. auslösen. Darüber hinaus ist es mög lich, daß eine oder alle Basiseinheiten der gesamten Düsenanordnung genutzt werden). Das Tropfenzählen hinsichtlich des Bestimmens der Druckkopfleistung und der erwarteten Le bensdauerparameter ist deshalb wirklich nur eine Art Mittlungstechnik.

Es besteht Bedarf für eine genauere Vorhersage der Lebensdauer und der Leistung der Druck kopfauslöse- bzw. Druckkopfausstoßelemente. Das Werkzeug hierfür sollte leicht implemen tierbar sein und Echtzeitdaten liefern, die fliegend genutzt werden können, um die Druk keraktivität einzustellen, oder um für den Endnutzer nützliche Informationen zu liefern.

Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Tintenstrahldruckkopf-Druckverfahren für einen Druckkopf mit einer vorbestimmten Matrix von Tropfenerzeugern geschaffen. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Setzen eines vorbestimmten, akkumulierten Energievorrats werts für jede adressierbare Teilfolge von Tropfenerzeugern; Bestimmen einer nächsten Trop fenerzeuger-Ausstoßfolge; Setzen einer Ausstoßenergie für adressierte Teilfolgen der Trop fenerzeuger, die auf einer Funktion eines gegenwärtig akkumulierten Energievorrats basiert; Drucken mit der nächsten Tropfenerzeuger-Ausstoßfolge; Rücksetzen des vorbestimmten akkumulierten Energievorratswerts als rückgesetzte, akkumulierte Energievorratswerte für die adressierten Teilfolgen der Tropfenerzeuger als eine Funktion der Anzahl von Düsen, die in dem Schritt zum Drucken ausgelöst wurden; Wiederholen der Schritte b) bis f) für jede Aus löse- bzw. Ausstoßfolge eines gegenwärtigen Druckauftrags; und Bewahren der akkumulier ten Rücksetz-Energievorratswerte als vorbestimmte, akkumulierte Energievorratswerte für einen folgenden Druckauftrag.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum dynamischen Einstellen der Auslöse- bzw. Ausstoßenergie eines Thermo-Tintenstrahldruckkopftropfenerzeugers geschaf fen. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Überwachen der Energieakkumulations werte für jede getrennt adressierbare Folge von Tropfenerzeugern; und Einstellen der Ausstoßenergie der adressierten Tropfenerzeuger für eine folgende Ausstoßfolge auf der Basis der Energieakkumulationswerte.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Zeitablaufplanung der War tung eines Thermo-Tintenstrahldruckkopfs geschaffen. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Überwachen der Energieakkumulationswerte für jede getrennt adressierbare Folge von Tropfenerzeugern; und Ausführen vorbestimmter Druckkopfwartungsroutinen, die auf den Energieakkumulationswerten basieren.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Computerspeicher mit einem Werkzeug zum Messen der Thermo-Tintenstrahlleistung geschaffen. Der Computerspeicher umfaßt computerisierte Routinen zum Überwachen der Energieakkumulationswerte für jede getrennt adressierbare Folge von Tropfenerzeugern und computerisierte Routinen zum Anzeigen von Druckkopfleistungsparamtern basierend auf den Energieakkumulationswerten.

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Druck kopflebensdauer geschaffen. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Überwachen von Energieakkumulationsdaten für einen ersten Druckkopf; Vergleichen der aus dem Verfahrens schritt zum Überwachen erhaltenen Daten mit vorbestimmten Energieakkumulationsdaten, die von wenigstens einem Druckkopf empirisch abgeleitet wurden, der von einem im Vergleich zum ersten Druckkopf im wesentlichen vergleichbaren Druckkopftyp ist; und Vorhersagen einer verbleibenden Druckkopflebensdauer aus den im Rahmen des Vergleichsschritts abge leiteten Daten.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Computerspeicher für das Tintenstrahldruc ken und das Tintenstrahlwarten mit: computerlesbaren Routinen zum Setzen eines vorbe stimmten, akkumulierten Energievorratswerts für jede adressierbare Teilfolge der Tropfener zeuger; computerlesbaren Routinen zum Bestimmen einer nächsten Tropfenerzeugerauslöse folge; computerlesbaren Routinen zum Setzen einer Ausstoßenergie für die adressierten Teilfolgen der Tropfenerzeuger basierend auf einer Funktion eines gegenwärtigen, akkumulierten Energievorrats; computerlesbaren Routinen zum Drucken mit der nächsten Tropfenerzeu gerausstoßfolge; computerlesbaren Routinen zum Rücksetzen des vorbestimmten, akkumu lierten Energievorratswerts als rückgesetzte, akkumulierte Energievorratswerte Dir die adres sierten Teilfolgen der Tropfenerzeuger als eine Funktion einer Anzahl von Düsen, die in dem Druckschritt ausgelöst wurden; computerlesbare Routinen zum Wiederholen des Verfahrens für jede Auslöse- bzw. Ausstoßfolge eines gegenwärtigen Druckauftrags; und computerlesba ren Routinen zum Bewahren der rückgesetzten, akkumulierten Energievorratswerte als vorbe stimmte, akkumulierte Energievorratswerte Dir einen folgenden Druckauftrag.

Die Erfindung weist unter anderem die folgenden Vorteile auf:

- Es ist ein Meßinstrument geschaffen, das auf tatsächlichen Wirkungen basiert, die durch Tintenstrahltropfenerzeuger ausgelöst werden.
- Es ist ein Meßinstrument geschaffen, daß benutzt werden kann, um die Tintenstrahl druckkopfaktivität zu ändern und die Druckkopflebensdauer exakt auszudehnen.
- Es sind Mittel zum Vermindern der Grenzen des Tintenstrahlschreibinstrumentdesigns und zugehöriger Herstellungskosten geschaffen.
- Es wurde eine Meßregel geschaffen, die die individuelle Düsenenergienutzung berück sichtigt und die Auslöse- bzw. Ausstoßenergie basierend auf einer vorherigen Nutzung in Echtzeit einstellen kann.
- Es wurde ein Verfahren geschaffen, das im Vergleich zu bekannten Meßwerkzeugen genauer ist, die dazu tendieren, Fehlerfaktoren zu kumulieren, was zu verfrühten Druc keraktivitäten führt, beispielsweise zu einem Druckkopfaustausch.
- Es wurde ein Verfahren zur Vorhersage und zum Ausdehnen der Druckkopflebensdauer mittels der Optimierung der Leistung und der Lebensdauer der Tropfenerzeugerauslö seelemente geschaffen.
- Des weiteren wurde ein Verfahren zum Optimieren der Tintenblasencavitation mit mi nimaler Verlustenergie geschaffen. Die optimierte Tintenblasencavitation führt zu geringeren Druckkopfbetriebstemperaturen und liefert eine bessere Tintentropfenvolu menkontrolle.

Die vorhergehende Zusammenstellung der Vorteile der Erfindung ist nicht abschließend. Es ist vom Erfinder nicht beabsichtigt, hierdurch den Bereich der Erfindung zu begrenzen. Diese Zusammenfassung wurde lediglich aufgestellt, um die Leser der Anmeldung über beispiel hafte Vorteile der Erfindung zu informieren.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische, vergrößerte Darstellung einer Tintenstrahl-Hardcopy- Einrichtung (Stand der Technik);

Fig. 2 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Tintenstrahlstifis bzw. -schreibers und eines Tintenstrahldruckkopfs, die typisch für die Vorrichtung nach Fig. 1 sind (Stand der Technik);

Fig. 3A-3D elektrische Äquivalentdiagramme für Tintenstrahltropfenerzeuger, die mit einem Stift gemäß den Fig. 1 und 2 Muster erzeugen;

Fig. 4 ein Flußdiagramm, welches die erfindungsgemäße Methodik demonstriert, die in einer Tintenstrahl-Hardcopy-Einrichtung nach Fig. 1 genutzt werden kann; und

Fig. 5 eine graphische Darstellung von Parametervariablen der Tintenstrahl-Druckkopf- Auslöse bzw. Ausstoßenergie.

Im Folgenden wird eine spezifische Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Wo dies möglich ist, werden alternative Ausführungsformen kurz beschrieben. Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel für einen Thermo-Tintenstrahldruckkopf beschrieben, beispiels weise einen Druckkopf, der eine Anordnung von Wärmewiderständen zum Erzeugen der Tintentröpfchen nutzt, die von den zugehörigen Düsen ausgestoßen werden. Für den Fach mann ergibt sich, daß die beschriebene Methodik auf andere bekannte Formen von Tinten tropfenerzeugern ausgedehnt werden kann, beispielsweise piezoelektronische Elemente und dergleichen, die in bekannten Tintenstrahl-Hardcopy-Einrichtungen allgemein genutzt wer den.

Zur Beschreibung der Erfindung definieren die Erfinder das Druckkopfcharakterisierungs werkzeug als "akkumulierte Energie". Die Energie (in Joule), welche durch jeden einzelnen Widerstand eines Thermo-Tintenstrahltropfenerzeugers für jedes Ausstoßen eines Tinten tröpfchens gegeben wird, ist:

E_dg = (Impulsbreite "PW") . (Spannung²/Widerstand)

oder,

E_dg = [(PW)(V² ÷ R)] (1)

Es ergibt sich dann, daß ein einzelner Tropfenerzeuger einen charakteristischen Energievorrat haben kann, der als eine Funktion von der Impulsbreite und der Spannung definiert ist, die während des Ausstoßzyklus durch seinen Widerstand hindurchgeführt wird. Im allgemeinen sind die Tropfenerzeugerlebensdauer und -leistung nicht notwendiger Weise nur von der An zahl der Zyklen der Ausstoßimpulse abhängig, weil entweder die Impulsbreite oder die Span nung oder beide variieren können. Dies bedeutet, daß in der Realität die Druckkopflebensdau er relativ zu dem Gesamtenergievorrat entweder verkürzt oder verlängert ist und nicht nur von den Impulsausstoßzyklen abhängt, die durch den Druckkopf gegeben werden, beispielsweise dem Tropfenzählen, wobei dieses von PW und V bei einem unmittelbaren Düsenausstoß ab hängt. Die Impulsbreite und die Spannung können tatsächlich gesteuert werden. Das heißt, wenn während jedes Ausstoßzyklusses weniger als alle Tropfenerzeuger freigegeben werden, kann ein Wert von E_dg = (PW).(V²/R) in den gesamten, akkumulierten Energievorrat "zurückübernommen werden", welcher während der Herstellung des Druckkopfs vordefiniert wurde. (Bekannte digitale Datenspeichertechniken können angewendet werden. Eine weitere detaillierte Diskussion dieser ist nicht notwendig, um die Erfindung zu verstehen.) Basierend auf einem gegenwärtigen bzw. momentanen Wert der akkumulierten Energie für einen spezi fischen Tropfenerzeuger oder einer Folge von Tropfenerzeugern kann darüber hinaus das Steuerprogramm genutzt werden, um PW oder V oder beides einzustellen, und um die Le bensdauer eines Widerstands zu verlängern. Das heißt mit anderen Worten, daß mit Hilfe der Nutzung der akkumulierten Energie als eine Regel einige Parameter der Druckkopfleistung vorweggenommen werden können und die Druckeraktivität entsprechend eingestellt werden kann.

In einem bekannten Thermo-Tintenstrahldrucker 10 kann der Druckkopf 10 eine Tropfener zeugermatrix mit mehreren 100 Düsen 203 aufweisen, die in Teilfolgebasiseinheiten unterteilt sind, um Tintentröpfchen auszustoßen (beispielsweise sind blaue, rote und gelbe subtrahie rende Primärfarben, Schwarztinte, Fixierflüssigkeiten und dergleichen bekannt). Digitale Adressierungstechniken werden genutzt, beispielsweise die in dem US-Patent 5,134,425 von Yeung beschriebenen ("Ohmsche Wärmematrix"), dessen Inhaber der vorliegende Anmelder ist und welches hier mittels Referenz eingefügt wird. Yeung offenbart eine spezifische Im plementierung, bei der jedes Wärmeelement in einem Thermotintenstrahldruckkopf eine Zwi schenverbindungs- und Treiberschaltung aufweist, die ausschließlich diesem zugeordnet ist. Die Elemente können auch in einer Matrix angeordnet sein, in welcher die Wärmeelemente die Zwischenverbindungs- und Treiberschaltung gemeinsam nutzen. Die Wärmewiderstände in jeder Matrixreihe teilen sich die Treiberschaltung. Die Widerstände in jeder Matrixspalte teilen sich die elektrische Erdung. Wenn ein einzelner Widerstand "adressiert" wird, bei spielsweise zum Ausstoßen ausgewählt wird, wird die Treiberspannung auf seine Reihenver binder angewendet und ein Spannungsabfall über diesen erzeugt, weil seine Spaltenverbinder geerdet sind, wodurch sich elektrische Energie als Wärme in die umgebende Tinte verteilt und ein Tropfen von der zugehörigen Druckkopfdüse ausgestoßen wird.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist das Erkennen des Sachverhalts, daß die akkumu lierte Energie nicht gleich der Gesamtanzahl von Tröpfchen ist, die mittels des Druckkopfs zu einer gegebenen Zeit ausgestoßen werden. Basierend auf dem bekannten Adressieren einer Druckkopfanordnung 205 und des bekannten Punktmatrixdruckens ergeben sich Tropfener zeuger, die häufiger als andere genutzt werden, und Düsen, die häufiger als Gruppen von Dü sen als einzelne Düsen genutzt werden. Zu jedem Zeitpunkt werden verschiedene Folgen von Düsen gezündet bzw. ausgelöst, wenn eine Adresse freigegeben wird. Gemäß der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform basiert der Ausstoßdatennachlauf auf der Adressüberwachung, so daß sich die Anzahl in der Folge zwischen Null und der Anzahl der Basiseinheiten des Druckkopfs bewegt. (Für den Fachmann ergibt sich, daß eher als das Überwachen der Basi seinheit eine Überwachung von Düse zu Düse nach dem Stand der Technik auch möglich ist. Dieses könnte aus Kostengründen am Markt kommerziell jedoch nicht zweckmäßig sein.)

Die Energievariablen PW und V werden nicht auf der Basis der Information eingestellt, wie viele Düsen in einer Basiseinheit zu jedem Ereignis ausgelöst werden. Die Energievariablen PW und V werden auf der Basis des Gesamtwiderstands eingestellt, welcher einen parasitären Widerstand "Rt" (beispielsweise Ablaufwiderstand, Zwischenverbindungswiderstand, Litzen drahtverbinderwiderstand, Widerstand von Wärmern der Basiseinheit, die in einem speziellen Auslösemechanismus nicht ausgelöst werden, und dergleichen, die aus dem Stand der Tech nik bekannt sind) und den tatsächlichen Tropfenerzeugerwiderstand der ausgelösten Düsen "Rpp" umfaßt, welcher sich in Abhängigkeit von der Anzahl der Tropfenerzeuger ändert, die zu diesem Zeitereignis ausgelöst wurden.

Beispielsweise ist die durch den zehnten von dreißig Druckkopftropfenerzeugern der Basi seinheit der Anordnung hindurchgeführte Energie geringer, wenn fünf andere Düsen inner halb der Basiseinheit zur selben Zeit ausgelöst werden, als wenn keine anderen Düsen zur selben Zeit auch ausgelöst werden.

Auf dem Wege der Analogie kann die Basiseinheitenfolge als ein Stromteiler gemäß den Fig. 3A-3D betrachtet werden. Das Ohmsche Gesetz bestimmt den Strom i_{(1 bis n)} durch jeden adressierten Tropfenerzeugerwärmer R_{(1 bis n)}. In einem Tropfenzählschema würde für jede Auslösefolge der Fig. 3B bis 3D eine 1 addiert werden. Die akkumulierte Energie ist jedoch für jeden dieser Fälle verschieden, weil der jedem Widerstandswärmer in jedem Fall zugeführte elektrische Strom verschieden ist.

E ist die Energie für eine Düsenauslösung bzw. ein Düsenausstoßen, wie dieses mittels des Tropfenerzeugerausstoßwiderstands R1 in Fig. 3B dargestellt ist. E* ist die Energie für je den der zwei Tropfenerzeugerausstoßer der Widerstände R1 und R2 in Fig. 3C (wobei R1 = R2). Es ergibt sich dann:

E = (PW)(V₁ ²/R) = (PW)(i₁ ²)(R1) (2)

und

E* = (PW)(i₂/2)²(R1) (3)

Es kann dann das folgende Verhältnis betrachtet werden:

Deshalb ergibt sich:

Der Vergleich des Zählers und des Nenners bei dieser Meßtechnik ergibt:

E*/E < 1

oder daß E für einen Düsenausstoß größer als E* für mehrere Düsenausstöße ist. Auf der Ba sis der akkumulierten Energie nehmen die beiden Fälle um zwei verschiedene Werte zu, wor aus eine wesentlich exaktere Messung der wahren Druckkopflebensdauer entwickelt wird.

Wenn E* für n Tropfenerzeugerausstöße steht, kann das Verhältnis allgemeiner wie folgt aus gedrückt werden:

wobei Rt der parasitäre Widerstand des Druckkopfs, R1 der Widerstand des Ausstoßwider stands und n die Anzahl der Tropfenausstoßwiderstände in der Basiseinheitenfolge sind. In einer tatsächlichen Designimplementierung hängt die Differenz zwischen E* und E deshalb von "n" und der relativen Differenz zwischen R1 und Rt ab.

Es kann deshalb erkannt werden, daß 1000 Tröpfchen, die von zwei verschiedenen Düsen ausgestoßen wurden, diese Tropfenerzeuger verlassen können, wobei diese Tropfenerzeuger zwei verschiedene akkumulierte Energiewerte aufweisen. Deshalb ergibt die Messung der "akkumulierten Energie" ein genaueres Bild der Druckkopflebensdauerparameter, wohinge gen die Lebensdauererwartung der Tropfenerzeugerwiderstände mittels des Tropfenzählens in jedem der Fälle gemäß den Fig. 3B-3D einen identischen Wert ergeben würde. Die Treibersoftwaresteuerungen können dann dynamische Einstellungen vornehmen, um eine verbesserte, zukünftige Druckkopfaktivität zu unterstützen.

Erfindungsgemäß ist die am häufigsten übliche Reaktion auf die akkumulierten Energiedaten die Einstellung von PW und V. Es gibt eine Charakterisierung, die die Grenzen der Variablen angibt:

Pwmin < PW < Pwmax, und

Vmin < V < Vmax,

um die gewünschte optimale Ausstoßenergie zu erreichen, wobei die Vorrichtungstreiber software die gewünschte Variable auswählt und bestimmt, wie diese einzustellen sind. In Ab hängigkeit davon, wie und in welchem Umfang PW, V oder beide zu verändern sind, wächst dann die akkumulierte Energie für die eingestellten Tropfenerzeuger um unterschiedliche Raten, um die Unterschiede auszugleichen. Im Allgemeinen basieren die Einstellungen der Stiftausstoßparameter bei der Nutzung der akkumulierten Energie als ein Meßinstrument auf der akkumulierten Echtzeitenergie in dem vorbestimmten Vorrat, und Aktivitäten zum Druckkopfdrucken und zum -warten können verbessert werden.

Der Betrieb eines Verfahren, bei dem die momentanen Ausstoßbedingungen auf der akkumu lierten Energie basieren, ist in dem Flußdiagramm in Fig. 4 dargestellt. Zum Zweck der Er klärung wird angenommen, daß ein neues Stiftsystem 12 zum ersten Mal gebootet bzw. angefahren wird (Schritt 401). Die akkumulierte Energie für jedes überwachte Element - Tropfenerzeuger, Basiseinheit oder dergleichen für die spezifische Implementierung - wird initialisiert "Em", wobei "m" eine spezifische Druckkopfanordnungsbasiseinheitsadresse 1 bis m mit Düsen 1 bis n ist. Ein voller Vorrat akkumulierter Energie (einheitenlose, ganze Zahl) oder andere vorbestimmte Anfangsbezeichner, die in Beziehung zu Designparamtern für eine spezifische Druckkopfkonstruktion stehen, werden gesetzt (Schritt 403).

Der Druckkopfausstoß wird mittels des Ausstoßalgorithmus gesteuert. In diesem Beispiel wird die akkumulierte Energie über Ausstoßadressen überwacht. Die nächste Ausstoßfolge wird vorher angezeigt, um zu bestimmen, welche Adressen angesprochen werden (Schritt 405). Mittels der Nutzung des Adressierschemas sieht die Steuereinrichtung die momentanen Werte für jedes Em ein (Schritt 407), welches solche Werte als "Em_alt" umbezeichnet. Für den nächsten Ausstoß auf den Adressen m werden die entsprechende Impulsbreite und die ent sprechende Impulsspannung mittels des Anwendens einer vorbestimmten Funktion des Stroms Em, f(Em_alt), gesetzt (Schritt 409).

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Beziehungen, die in eine solche vorbestimmte Funktion f(E) zum Reagieren auf die momentanen, akkumulierten Energiewerte eingehen. Bei gegebenen Anfangswerten für die Ausstoßelementkapazität, beispielsweise empirische Widerstandsabnutzungsdaten, Betriebsspannung (Kurve 202) kann ein neuer Druckkopf an gehoben werden, um die optimale Leistung zu liefern. Gleichzeitig kann die Impulsbreite (Kurve 201) reduziert werden, um Anschaltbedingungen der Tropfenerzeuger für das spezifi sche Design zu erfüllen. Diese Kurven können als eine mathematische Funktion implemen tiert werden. Zum Ende der Lebensdauer kann ein geringerer Spannungseingang ein frühzei tiges Ausbrennen verhindern. In diesem Fall ist jedoch eine größere Impulsbreite notwendig, um das Einschalten und das Ausstoßen sicherzustellen.

Für den Fachmann ergibt sich, daß eine Vielzahl von Charakterisierungen genutzt werden können. In einem anderen einfachen Beispiel kann eine Referenztabelle für die Ausstoßni veaus erzeugt werden, beispielsweise:

wenn 0 < Em < E1, setze PW = a, V = b;

wenn E1 ≦ Em < E2, setze PW = c, V = e;

Die Funktion kann somit auf ein spezifisches Druckkopfdesign zugeschnitten werden. Die im Werk empirisch erhaltenen Charakterisierungen eines spezifischen Druckkopfdesigns können in Echtzeit mittels des Überwachens der Produktleistung während seiner Lebensdauer und des Einstellens der Ausstoßausgangsparamter verändert werden, um tatsächlichen Leistungsdaten zu genügen. Wenn beispielsweise über eine Zeitdauer der Echtzeitnutzung Temperaturabwei chungen weit geringer sind als die Erfahrung bei der Herstellung zeigt, können die momenta nen, akkumulierten Energiewerte nach oben getrieben werden, und die Lebensdauererwartung für diesen Druckkopf wird verlängert. Darüber hinaus kann der Echtzeitvergleich solcher em pirischer Daten, die auf der Platine einer Hardcopy-Einrichtung gespeichert sind, in Verbin dung mit momentanen Daten vom Überwachen der akkumulierten Energie genutzt werden, um die verbleibende Druckkopflebensdauererwartung vorherzusagen.

Es wird jetzt wieder auf Fig. 4 eingegangen. Wenn die Charakterisierungsfunktion die Im pulsbreite PW und die Spannung V abgeleitet hat, werden die freigegebenen Adressen in der ausgewählten Folge gezündet (Schritt 411). Von dem Ausstoßalgorithmus ist bekannt, wie viele der "n" Düsen unter den Adressen "m" gezündet werden, und diese Anzahl wird für jede Adresse als "x" registriert (Schritt 413).

Danach wird Em zurückgesetzt (Schritt 415), um die wegen der Ausstoßfolge erfahrene Ener gie zu reflektieren, wobei:

(Em)_neu = (Em)_alt + (x/n) (en), (10)

wobei En die von jeder Düse erfahrene Energie ist, wenn alle "n" Düsen auf dieser Adresse gezündet wurden.

Wenn der Druckauftrag beendet ist (Schritt 417; JA-Weg), wartet der Betrieb auf den näch sten Druckauftrag (Schritt 419). Wenn der Druckauftrag fortgesetzt wird (Schritt 417; NEIN- Weg), wird die nächste Ausstoßfolge vorher angezeigt (Schritt 405), und die Routine setzt sich entsprechend fort.

Dann wird der akkumulierte Energiewert jeder Adresse um eine Rate inkrementiert, welche auf einem Verhältnis der Anzahl der auf dieser Adresse gezündeten Düse (n) zur maximalen Anzahl der gezündeten Düse (n) basiert. Die Echtzeitverfolgung der akkumulierten Energie für jede Basiseinheitenadresse (oder, wie dieses erwähnt wurde, für jeden Tropfenerzeuger bei einer komplizierteren, teureren Implementierung) liefert einen Faktor zum Vergleich mit ei nem vorbestimmten Energievorrat akkumulierter Energie ("EAB"), der beim Design und der Herstellung empirisch ermittelt wurde. Mit Hilfe der Kenntnis der Echtzeitentleerung des ak kumulierten Energievorrats, welcher für eine Folge von Düsen genutzt wurde, können be stimmte Druckeraktivitäten oder die Druckerwartung geeignet ausgeführt werden.

Beispielhaft kann auch der Schritt 419 ein Startpunkt sein, wenn Em eine bestimmte auszu führende Wartung oder dem Endnutzer Triggerindikatoren anzeigt.

Beispielsweise würde eine Nutzung der akkumulierten Energiedaten genaue Startpunkte für die Druckkopfsteuerung liefern, beispielsweise Impulsbreiteneinstellungen, bei denen die Temperatur des Druckkopfs überwacht wird und die Impulsbreite auf der Basis der momenta nen Druckkopfbetriebstemperatur eingestellt wird. Wenn die Temperatur steigt, fällt die Vis kosität der Tinte. Ein Impulsbreitenalgorithmus verändert die Gesamtenergie, die dem Stift zugeführt wird, um die thermischen Veränderungen auszugleichen.

Bei einer anderen Anwendung können bestimmte Niveauermittlungen der akkumulierten Energie als ein Status der Düsengesundheit gesetzt werden, beispielsweise EA = voll, EAB = neu; EA = 50%, EAB = ½ Lebensdauer.

Bestimmte Niveauermittlungen der akkumulierten Energie können als Trigger für die Auto matisierung verschiedener Druckkopfwartungsstationsroutinen gesetzt werden, beispielsweise EA = 90% = Ausführen einer ersten Standardwartungsroutine, EA = 80% = Ausführen einer zweiten Standardwartungsroutine, EA = 75% = Ausführen einer ersten erweiterten Wartungs routine, usw.

Bestimmte Niveauermittlungen der akkumulierten Energie können im Vergleich mit anderen Messungen genutzt werden, um die Druckkopflebensdauer vorherzubestimmen und den End nutzer zu informieren. Ein bekannter Parameter der Druckkopfleistung, der regelmäßig über prüft wird, ist beispielsweise die "Anschaltenergie" ("TOE"), d. h. der Impuls, der benötigt wird, um tatsächlich einen Tropfen auszustoßen (beispielsweise gegenüber einem Warmim puls). (TOE ist beispielsweise in dem US-Patent 5,418,558 von Hock et al. detaillierter be schrieben, welches den Titel "Bestimmen der Betriebsenergie eines Thermo-Tinten strahldruckkopfs mit einem auf der Platine befindlichen Thermoprüfwiderstand". Inhaber dieses Patents ist der Anmelder. Das Patent wird mittels Referenz hier eingefügt. Die weitere Beschreibung an dieser Stelle ist für das Verständnis der Erfindung nicht wesentlich.) Ein Vergleich der Veränderungen von TOE und der akkumulierten Energieänderung kann Infor mationen über die mittlere Nutzung durch die spezielle Hardcopy-Einrichtung und somit eine Vorhersage der verbleibenden Druckkopflebensdauer und für den Bedarf und den Umfang von dynamischen Einstellungen liefern, die notwendig sind, um eine geeignete Druckqualität zu sichern.

Als Regel ergibt sich, daß bei Kenntnis der akkumulierten Energie für jede Düse die Wider standslebensdauer mittels des Veränderns der Eingangsenergie oder der Impulsbreite mit der Treibersoftware verlängert werden kann, wenn eine Anzeige bzw. ein Anzeichen erfaßt wird, daß die extensive Nutzung dieses Tropfenerzeugers im Vergleich zu anderen zu einem früh zeitigen Druckkopfausfall führen würde.

Darüber hinaus kann der Treiber im Vergleich zum Stand der Technik ein besseres Druck kopftemperaturmanagement ausführen (beispielsweise kann die Wärmeimpulsverteilung ver ändert werden), eine exaktere Tintenniveauvorhersage machen, bessere Druckbetriebsart steuerungen liefern und dergleichen.

Eine andere reaktive Druckaktivität, die auf den akkumulierten Energiedaten basiert, ist das Umschalten in eine Schwaden-Mehrweg-Druckbetriebsart, um erwartete Druckfehler zu be rücksichtigen.

Eine weitere reaktive Druckaktivität, die auf den akkumulierten Energiedaten basiert, besteht darin, alternative Düsen zu ersetzen oder redundante Düsen zu aktivieren, um erwartete Feh ler zu berücksichtigen, so daß sich die Lebensdauer des Stifts verlängert.

Somit ergibt sich, daß mit Hilfe der Kenntnis der akkumulierten Energie Echtzeitdruckaktivi täten genauer als mit Hilfe anderer Meßwerkzeuge implementiert werden können. Erfin dungsgemäß ist ein genaueres Meßwerkzeug, die akkumulierte Energie, verfügbar, weil deren Bestimmung die Temperatur, den tatsächlichen Widerstand und parasitäre Widerstandsbezie hungen, sowie die Energiedifferenzen zwischen gleichzeitigen Ausstößen verschiedener An zahlen von Düsen berücksichtigt, so daß es der Treibersoftware ermöglicht ist, auf die tat sächlichen Druckkopfbedingungen exakt zu reagieren. Die akkumulierten Energiedaten zu jedem Zeitpunkt während der Lebensdauer des Druckkopfs sind in diesem Sinne eine zusam mengefaßte Energieerfahrung des Druckkopfs und ein Maß dafür, wie zukünftige Druck kopfaktivität zu strukturieren ist.

Während gemäß der bisherigen Beschreibung die beschriebene Meßwerkzeugsoperation ge mäß Fig. 4 ein Ausstoßadreßschema zum Verfolgen der akkumulierten Energie nutzt, d. h. jede Adresse unterhält ihr eigenes akkumuliertes Energiemaß, ergibt sich für den Fachmann, daß beliebige Überwachungskonstrukte in Übereinstimmung mit der Erfindung implementiert werden können, wobei sicher kommerzielle Grenzen zu berücksichtigen sind. Dieses kann sogar das Verfolgen der Energiedaten von Düse zu Düse als auch eine Energiemodulation von Düse zu Düse für eine Anordnung zum Schreiben einer ganzen Seite sein.

Die Erfindung kann in irgendeiner herkömmlichen Software oder Firmware als ein compu terlesbarer Programmcode implementiert werden, wie dieses aus dem Stand der Technik be kannt ist. Die Erfindung kann als auf der Platine befindlich implementiert werden. Darüber hinaus kann die Erfindung als abrufbar in einen Steuerspeicher einer selbständigen Einrich tung, beispielsweise eine Hewlett-Packard-Telefaxeinrichtung, oder für eine periphere Com puter-Hardcopy-Einrichtung implementiert werden, beispielsweise die HP^tm-DeskJet^tm- Druckerserien. Dieses geschieht in Form von Software oder eines Speichereinrichtungsfor mats, welches für jede spezielle Implementierung geeignet ist.

Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung wurde zum Zwecke der Beschreibung und der Illustration offenbart. Es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auf die genauen offenbarten Ausführungsformen zu begrenzen. Es ergibt sich für den Fachmann, daß viele Modifikationen und Veränderungen möglich sind. In ähnlicher Weise kann jeder be schriebene Verfahrensschritt durch andere Schritte austauschbar sein, um das gleiche Ergeb nis zu erhalten. Die Ausführung wurde gewählt, um die Prinzipien der Erfindung und eine mögliche praktische Ausführung zu erklären, so daß der Fachmann in der Lage ist, die ver schiedenen Ausführungsformen der Erfindung sowie verschiedene Modifikationen zu verste hen, die für spezielle Anwendungen geeignet sind.

Es wird darauf hingewiesen, daß nicht nur ein und nur ein Element gemeint ist, wenn in Ver bindung mit einem Element die Einzahl verwendet wurde, es sei denn, dieses wurde explizit ausgeführt. In der Regel wird es sich um die Option von einem oder mehreren Elementen handeln.

Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung sein.

Claims

1. Tintenstrahldruckkopf-Druckverfahren für einen Druckkopf mit einer vorbestimmten Matrix von Tropfenerzeugern, das Verfahren die folgenden Schritte aufweisend:

a) Setzen eines vorbestimmten, akkumulierten Energievorratswerts für jede adres sierbare Teilfolge von Tropfenerzeugern (403);
b) Bestimmen einer nächsten Tropfenerzeugerausstoßfolge (405);
c) Setzen einer Ausstoßenergie für die adressierte Teilfolge von Tropfenerzeugern auf der Basis einer Funktion eines momentanen, akkumulierten Energievorrats (407, 409);
d) Drucken der nächsten Tropfenerzeugerausstoßfolge (411);
e) Rücksetzen des vorbestimmten, akkumulierten Energievorratswerts für die adres sierten Teilfolgen der Tropfenerzeuger als Funktion einer Anzahl von Düsen, die in dem Druckschritt gezündet wurden, als akkumulierte Rücksetz- Energievorratswerte (413, 415);
f) Wiederholen der Verfahrensschritte b) bis f) für jede Ausstoßfolge eines momen tanen Druckauftrags (417); und
g) Bewahren der akkumulierten Rücksetz-Energievorratswerte als die vorbestimm ten, akkumulierten Energievorratswerte für einen folgenden Druckauftrag (415).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Rücksetzen dadurch gekenn zeichnet ist, daß die Ausstoßenergie für eine adressierte Teilfolge nach der fol genden Gleichung bestimmt wird:
E* = (PW)(i_n/n)²(R),
wobei PW die Impulsbreite, i = V/R der elektrische Strom, V die Ausstoßspannungs quelle, R der Widerstand jedes Tropfenerzeugers in der Teilfolge und n die Anzahl der in der nächsten Ausstoßfolge genutzten Widerstände sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die weiteren Ver fahrensschritte:

- Überwachen jedes akkumulierten Rücksetz-Energievorratswerts der adressierbaren Teilfolge; und
- automatisches Warten des Druckkopfs zu vorbestimmten, akkumulierten Energie vorratswerten.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die weiteren Verfahrensschritte:

- Überwachen jedes akkumulierten Energievorratswerts der adressierbaren Teilfol ge;
- Erfassen wenigstens eines vorbestimmten, akkumulierten Energievorratswerts, E_prüf, welcher eine vorbestimmte Druckkopfbedingung anzeigt; und
- Senden eines Signals, welches eine Bedingung anzeigt, bei der der momentane, akkumulierte Energievorratswert Em den vorbestimmten akkumulierten Energie vorratswert übersteigt, Em < E_prüf.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Verfahrensschritt zum Setzen der Ausstoßenergie für die adressierten Teilfolgen der Tropfenerzeuger auf der Basis einer Funktion des momentanen akkumulierten Energievorrats (407, 409) weiterhin die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:

- Bestimmen, wann E1 < Em < E2; und
- Setzen von PW = a und V = b, wobei E1 und E2 mit den vorbestimmten Werten von Em verbundene Variablen sowie a und b Werte für eine vorbestimmte Impuls breite und eine vorbestimmte Versorgungsspannung sind, die mit jedem der vorbe stimmten Werte von E* innerhalb jedes Bereiches von Em1/E1 bis Em2/E2 ver bunden sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmt wird, wann Em < E_eol ist, wobei E_eol ein vorbestimmter Wert ist, der das Ende der Lebens dauer des Druckkopfs anzeigt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal geliefert wird, welches das Ende der Lebensdauer eines momentanen Druckkopfs anzeigt.

8. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Verfahrensschritt e) weiterhin dadurch ge kennzeichnet ist, daß Em rückgesetzt wird, um die Energie widerzuspiegeln, die während der Ausstoßfolge erfahren wurde, wobei
(Em)_neu = (Em)_alt + (x/n)(En),
und wobei En die von jeder Düse erfahrene Energie ist, wenn alle "n" Düsen auf die ser Adresse ausgestoßen haben.