DE4023390A1 - Vorrichtung zur ueberwachung von tintendruckkoepfen - Google Patents
Vorrichtung zur ueberwachung von tintendruckkoepfenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung von
Tintendruckköpfen, die jeweils für jeden ihrer Tintenkanäle ein
ansteuerbares Element aufweisen, das bei einem Druckvorgang den
Ausstoß eines Tintentropfens bewirkt.
Tintendruckeinrichtungen werden wegen ihrer hohen Leistung
bezüglich Druckgeschwindigkeit und -auflösung, ihres geringen
Geräuschpegels, der Möglichkeit der Farbausgabe usw. in zuneh
mendem Maße eingesetzt. Die zugehörigen Tintendruckköpfe arbei
ten dabei nach einem piezoelektrischen oder thermoelektrischen
(Bubble-Jet) Prinzip, bei dem jeweils der Druckvorgang, insbe
sondere der Tintenausstoß, in einfacher Weise erzeugt wird.
Bei der Piezo-Planar-Technik werden die einzelnen Tintenkanäle
des Druckkopfes von Piezoröhrchen bzw. -scheibchen umschlossen.
Durch einen an das Piezoelement angelegten elektrischen Impuls
zieht sich das Röhrchen zusammen und erzeugt eine Stoßwelle im
Kanal, sodaß anschließend ein Tintentropfen ausgestoßen wird.
Im Gegensatz zu dieser Technik ist beim Bubble-Jet-Verfahren
ein Heizelement in einem bestimmten Abstand zur Austrittsöff
nung des Tintenkanals angeordnet. Ausgelöst durch einen elek
trischen Impuls am Heizelement erhöht sich dessen Temperatur
und ebenso die Temperatur der Tinte, die in Kontakt mit dem
Heizelement steht. Die Tinte beginnt zu kochen und formt eine
Blase (Bubble), durch deren Anwachsen der Druck im Kanal
steigt und Tinte in Form eines Tropfens aus der Austrittsöff
nung nach außen geschleudert wird.
Vor Inbetriebnahme und während des Betriebs einer derartigen
Tintendruckeinrichtung ist der zugehörige Druckkopf auf Funk
tionsfähigkeit zu überwachen. So werden bei der Endkontrolle
alle Kanäle geprüft und die Betriebsspannung für den Druckkopf
abgeglichen. Zu diesem Zweck werden die ausgestoßenen Tinten
tropfen beispielsweise anhand einer stroposkopischen Meßvor
richtung optisch beobachtet und ihre Fluggeschwindigkeit be
stimmt, um die für den Abgleich geeigneten elektrischen An
steuerimpulse festzulegen.
Dies erfordert den Einbau des Druckkopfes in die Meßvorrich
tung und erlaubt eine automatisierte Funktionsprüfung für die
Fertigung hoher Stückzahlen nur unter beträchtlichem Aufwand.
Darüberhinaus kann die Ursache für fehlerhaft arbeitende Tin
tenkanäle, beispielsweise defektes Heizelement oder unterbro
chene Tintenzufuhr, ohne Öffnung des Druckkopfes und damit ohne
dessen Zerstörung nicht festgestellt werden.
Beim Betrieb der Tintendruckeinrichtung ist es auch notwendig,
Maßnahmen zur Wartung des Druckkopfes zu ergreifen. So wird
z. B. die Reinigung der Tintenkanäle in einer Service-Station
vorgenommen, deren Ansteuerung teils automatisch, teils durch
den Benutzer ausgelöst wird. Der zuletzt genannte Fall tritt
dann ein, wenn sich die Qualität des Druckbildes erheblich ver
schlechtert. Dies hat zur Folge, daß ein Einsatz einer derar
tigen Tintendruckeinrichtung bei unbeaufsichtigtem Druckbe
trieb, z. B. in Rechnernetzen, ungeeignet ist.
Treten Störungen während des Druckbetriebs auf, z. B. hervorge
rufen durch Austrocknen einzelner Tintenkanäle, kann es bei den
nach dem Bubble-Jet-Prinzip arbeitenden Druckköpfen zu einer
Überhitzung der Heizelemente kommen, da die Wärmeableitung in
den mit Luft gefüllten Kanälen gegenüber der bei Tintenfüllung
wesentlich schlechter ist. Daher wird der Tintenvorrat indirekt
über eine Messung des Verbrauchs durch Zählung der Ansteuerim
pulse für die Heizelemente und Vergleich mit der theoretisch
vorhandenen Vorratsmenge überwacht. Diese Art der Kontrolle
bietet jedoch keinen Schutz gegen das Austrocknen der Tintenka
näle, wenn die Tintenzufuhr zum Druckkopf gestört ist, oder der
Vorratsbehälter durch Auslaufen weniger Tinte enthält als für
den Vergleich mit dem Verbrauch angenommen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art derart auszugestalten, daß eine automatische
und direkte Überwachung der Tintendruckköpfe in einer Tinten
druckeinrichtung mit einfachen Mitteln gewährleistet ist.
Diese wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Ultraschallsensor vor
gesehen ist, der die bei einem Druckvorgang entstehenden
Schallwellen aufnimmt und zur Auswertung das aufgenommene Ul
traschallsignal an eine mit ihm gekoppelte Einheit überträgt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung für nach dem thermo
elekrischen Prinzip arbeitende Tintendruckköpfe liefern die
Schallwellen, die bei der Blasenbildung durch das Verdampfen
der Tinte im Kanal sowie beim Tropfenausstoß entstehen, ein
charakteristisches Ultraschallsignal, das vom Sensor gemessen
und anschließend ausgewertet werden kann. Ebenso lassen sich
die Schallwellen bei Tintendruckköpfen messen, bei denen eine
Druckwelle durch Anwendung des piezoelektrischen Prinzips er
zeugt, und die Tinte dann tröpfchenweise ausgestoßen wird. Ins
besondere die Messung des Energieinhalts des Ultraschallsignals
ermöglicht Rückschlüsse auf die Stabilität des Druckvorgangs,
beispielsweise anhand der Blasengröße und der Gleichmäßigkeit
der Tropfenfluggeschwindigkeit.
Andere Weiterbildungen der Erfindung beziehen sich auf die
Anordnung des Ultraschallsensors in der Tintendruckeinrichtung,
beispielsweise als diskretes Bauelement auf einem für die Auf
nahme des Tintendruckkopfes vorgesehenen Druckmodul, sowie auf
die Integration eines in Dünnfilmtechnik ausgeführten Ultra
schallsensors in einen schichtenweisen Aufbau des Druckkopfes.
Durch Verwendung eines in den Druckmodul oder den Druckkopf
für die Tintendruckeinrichtung integrierten Ultraschallsensors
vereinfacht sich die Funktionsprüfung wesentlich. So wird das
Ausbleiben der Emission eines Tintentropfens aus dem Kanal da
durch direkt an der Quelle möglicher Störungsfälle detektiert,
daß vom Ultraschallsensor kein Signal empfangen wird.
Bei der Funktionsprüfung im Wege der Endkontrolle fallen keine
Justiermaßnahmen für den Einbau des Druckkopfes in eine dafür
vorgesehene Meßvorrichtung mehr an, so daß eine Automatisierung
für die Produktion hoher Stückzahlen einfacher zu realisieren
ist. Sobald die Schallwellen einzelner Kanäle ausbleiben, wird
der Druckkopf zu Reinigungszwecken automatisch in die Service-
Station gefahren. Dadurch vermeidet der Einsatz des Ultraschall
sensors die Überwachung durch einen Benutzer und gewährleistet
somit den unbeaufsichtigten Betrieb der Tintendruckeinrichtung.
Während des Betriebs einer derartigen Tintendruckeinrichtung
kann jede Störung der Tintenzufuhr unabhängig von ihrer Ursache
erfaßt werden, da bei fehlender Tinte kein Ultraschallsignal
vom Sensor aufgenommen wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird nun näher beschrieben. Im einzelnen zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Druckmoduls in
Seitenansicht mit darauf angeordnetem Tintendruckkopf,
und
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Tintendruckkopfes
teilweise in Schnittdarstellung.
Fig. 1 zeigt einen Druckmodul 10, der für einen Einbau in eine
Tintendruckeinrichtung vorgesehen ist. Der Druckmodul 10 be
steht dabei aus einem Gehäuse mit einer Montagefläche 11, die
als Trägerelement für einen Tintendruckkopf 12 sowie für eine
Kontaktplatte 13 dient. Die Kontaktplatte 13 ist als gedruckte
Leiterplatte ausgebildet und z. B. durch Kleben auf der Monta
gefläche 11 befestigt. Der Tintendruckkopf 12 arbeitet nach
dem sogenannten Bubble-Jet-Verfahren, bei dem ein Heizelement
je Tintenkanal vorgesehen und durch einen elektrischen Impuls
ansteuerbar ist. Es ist jedoch auch möglich, andere Arten von
Tintendruckköpfen zu verwenden, beispielsweise Tintendruck
köpfe mit piezoelektrischen Steuerelementen.
Durch die Kontaktplatte 13 kann der Tintendruckkopf 12 an einen
der Tintendruckeinrichtung zugeordneten Zeichengenerator ange
schlossen werden. Zu diesem Zweck weist die Kontaktplatte 13
eine der Anzahl der anzusteuernden Steuerelemente entsprechende
Anzahl von Kontaktnippeln 14 auf, die über Leitungen 15 mit
einem Koppelelement 16 des Tintendruckkopfes 12 verbunden sind.
Das Koppelelement 16 kann beispielsweise aus einem Steckkontakt
bestehen.
Der beim Ausführungsbeispiel verwendete, nach dem thermo
elektrischen Prinzip (Bubble-Jet) arbeitende Tintendruckkopf
12 weist eine Reihe von Tintenkanälen mit darin angeordneten
Heizelementen auf. Bei Erregung der Heizelemente durch einen
elektrischen Impuls entsteht in bekannter Weise durch Erwärmen
der Tinte über den Heizelementen eine Dampfblase, die zur Er
höhung des Druckes im Tintenkanal und schließlich zum tröpfchen
weisen Ausstoß der Tinte über Austrittsöffnungen führt. Dabei
treten Schallwellen 17 auf, die von einem auf der Montagefläche
11 angeordneten Ultraschallsensor 18 gemessen werden können.
In einer mit dem Ultraschallsensor gekoppelten Einheit 19 fin
det dannn die Auswertung des empfangenen Ultraschallsignals
nach Amplitude, Frequenz, zeitlichem Verlauf und Energieinhalt
mit standardisierten Schallanalyseverfahren statt. Damit er
folgt eine Überwachung, ob und wann nach Beginn des Heizimpul
ses die Tinte aus dem Tintenkanal ausgespritzt wird. Aus dem
empfangenen Ultraschallsignal lassen sich Aufheizzeitpunkt,
-geschwindigkeit und -dauer festlegen, wodurch anhand der ge
messenen Werte die optimale Betriebsspannung für den Tinten
druckkopf 12 so eingestellt wird, daß die Tropfenfluggeschwin
digkeit nicht mehr von der Amplitude der Ansteuerimpulse für
die Heizelemente abhängt. Diese Spannung ist nämlich einerseits
für einen stabilen Betrieb der Tintendruckeinrichtung ausrei
chend hoch zu wählen, andererseits darf sie jedoch nicht so
hoch sein, daß die Lebensdauer der Heizelemente verkürzt wird.
Außer zur Überwachung des Tintendruckkopfes während des Be
triebs ist ein Einsatz einer derartigen Überwachungsvorrichtung
auch bei der Endkontrolle möglich, die dann wegen der Integra
tion des Ultraschallsensors 18 in den Druckmodul bzw. in die
gesamte Druckeinrichtung voll automatisiert erfolgen kann. Da
bei wird der Druckmodul z. B. in eine Halterung gespannt, an der
der Sensor befestigt ist.
Der Tintendruckkopf 12 ist entsprechend der Darstellung in Fig. 2
schichtenweise aufgebaut und weist Düsenkanäle 20 mit darin
angeordneten Heizelementen 21 auf. In Transportrichtung der
Tinte 22 ist den Düsenkanälen 20 eine Tintenkammer 23 mit einer
etwa kreisförmigen Tintenzuführungsöffnung 24 vorgelagert. Die
Tintenzuführungsöffnung 24 führt durch eine die Düsenkanäle 20
tragende Silizium-Substratschicht 25 mit darunter angeordneter
Basisschicht 26 aus Aluminium. Abgedeckt sind die Tintenkam
mer 23 und die Düsenkanäle 20 durch eine Deckschicht 27 in
Form einer Abdeckplatte. Die bei der Ausbildung der Dampfblase
und beim tröpfchenweisen Ausstoß der Tinte 22 über Düsenaus
trittsöffnungen 28 der Düsenkanäle 20 auftretenden Schallwellen
17 können von einem - nicht näher dargestellten - in Dünnfilm
technik ausgeführten Ultraschallsensor, der in den schichten
weisen Aufbau des Tintendruckkopfes 12 integriert ist, emp
fangen werden.
Neben der Anordnung des Ultraschallsensors 18 auf der Monta
gefläche 11 gemäß Fig. 1 kann dieser auch auf der Kontakt
platte 13 als diskretes Bauelement oder an beliebiger Stelle in
der Tintendruckeinrichtung, z. B. am Tintendruckkopf 12 selbst,
angebracht werden. Je näher der Sensor an der Schallquelle
sitzt, desto geringer sind die Streueinflüsse auf das empfange
ne Signal. Auch die Anordnung mehrerer Schallsensoren für einen
Druckmodul ist denkbar, wobei aus den Laufzeitunterschieden
zwischen den einzelnen Sensoren Rückschlüsse auf den Ort der
Schallquelle gemacht werden können. Als Ultraschallsensoren
können Piezosensoren, Oberflächenfilter oder Polyphenylfolien
verwendet werden.
Claims (7)
1. Vorrichtung zur Überwachung von Tintendruckköpfen (12), die
jeweils für jeden ihrer Tintenkanäle (20) ein ansteuerbares
Element (21) aufweisen, das bei einem Druckvorgang den Aus
stoß eines Tintentropfens bewirkt,
gekennzeichnet durch einen Ultraschallsen
sor (18), der die beim Druckvorgang emittierten Schallwellen (17)
aufnimmt, und durch eine Auswerteeinheit (19) zur Analyse des
aufgenommenen Ultraschallsignals.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 für Tintendruckköpfe (12), die
nach dem thermoelektrischen Prinzip mit einem Heizelement (21)
als ansteuerbares Element arbeiten,
dadurch gekennzeichnet, daß vom Ultra
schallsensor (18) die Schallwellen (17) gemessen werden, die
bei der Blasenbildung durch Aufheizen des Heizelements (21) und
beim Ausstoß des Tintentropfens auftreten.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 für Tintendruckköpfe (12), die
nach dem piezoelektrischen Prinzip mit einem Piezoelement als
ansteuerbares Element arbeiten,
dadurch gekennzeichnet, daß vom Ultra
schallsensor (18) die Schallwellen (17) gemessen werden, die
bei der Druckwellenerzeugung durch Zusammenziehen des Piezoele
ments und beim Ausstoß des Tintentropfens entstehen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der
Tintendruckkopf (12) auf einem für eine Tintendruckeinrichtung
verwendeten Druckmodul (10) mit einem Trägerelement (11) sowie
einer Kontaktplatte (13) angeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ultraschallsensor (18)
in der Tintendruckeinrichtung angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Ultraschallsensor (18) auf
dem Trägerelement (11) des Druckmoduls (10) angebracht ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ultra
schallsensor (18) auf der Kontaktplatte (13) des Druckmoduls
(10) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für Tinten
druckköpfe (12), die schichtenweise aufgebaut sind,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ultra
schallsensor in Dünnfilmtechnik ausgeführt und in den Aufbau
des Druckkopfes (12) integriert ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: EASTMAN KODAK CO., ROCHESTER, N.Y., US |
|
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: POHLE, R., DIPL.-PHYS. FACHPHYS.F.ERFINDUNGSWESEN, |
|
8141 | Disposal/no request for examination |